无声的革命

城市可能是多风的地方，尤其是在英国，但城市风力涡轮机是罕见的景象。伦敦眼的建筑师们正试图改变这一现状，他们雄心勃勃地计划在2012年奥运会之前在伦敦安装6600个风力涡轮机，以提高伦敦的绿色资质。但这些涡轮机不会是我们熟悉的三叶机组;它们将是这座城市前所未见的。

David Marks和Julia Barfield，这对著名的夫妻建筑团队设计了“灯塔”，这是一个由五台垂直轴的风力涡轮机组成的y形结构，专门设计用于从城市中出现的尴尬风况中产生最大的电力。大卫·马克斯说:“我们生活在世界上风最大的国家之一。”“哪儿都不缺它。然而，他说，利用它并不简单。

尽管我们习惯于在城市中心的边缘或沿海地区看到发电站，但在城市内部发电是有逻辑的。

马克斯说:“维多利亚时代的人们决定把发电厂建在市中心是对的，因为那里需要电力。”他说，他们之所以把这些人搬出城市，是因为这是一项肮脏的技术。但风能真的很清洁，城市中心的涡轮机可以避免远程发电在能源生产和传输方面的巨大损失。”

城市风力发电存在两个问题，一个与风的性质有关，另一个与城市的性质有关。城市环境的平均风速往往较低，偶尔会有阵风;风也是狂暴的，风向迅速变化。这意味着传统的水平轴涡轮机效率低下。它们只能在迎着风的时候发电，而当它们在跟踪以获得最佳方向时，它们并没有发电。

第二个问题是风力涡轮机产生的噪音和振动在城市中是不可接受的;它会干扰大量在附近生活和工作的人，震动还会破坏建筑物和基础设施。

Beacon的设计避免了这些问题，因为它使用的涡轮机。的QuietRevolution涡轮，由工程咨询公司开发XCO2它是一种三叶垂直轴涡轮，据称是静音和无振动的。

马克斯说:“当我第一次看到QR涡轮机的设计时，我就对它印象深刻。”他说，我立刻就意识到，在城市环境中，这具有我们过去经常看到的普通风力涡轮机所不具备的优势和潜力。

Marks和Barfield一直在寻找其他垂直轴涡轮机，并将其纳入i-360项目中，该项目计划在布莱顿建造一个针状塔，带有一个甜甜圈状的观景平台;QR设计是城市风能项目的自然选择，也在他们的绘图板上。

XCO2公司董事总经理罗伯特·韦伯(Robert Webb)说，垂直轴涡轮机将在任何方向的风中旋转。他说:“我们利用真实的风力数据进行了一些建模，预测我们在能源输出方面将比同等大小的螺旋桨式涡轮机高出约30%。”

一台QR涡轮额定风速为12.5米/秒，瞬时功率为6kW。韦伯说，但这有一点误导。“更贴切的说法是年平均能源消耗，我们通常引用1万千瓦时/年，风速5.9米/秒，这是相当典型的城市环境。”

垂直的配置也产生更少的噪音。虽然涡轮每分钟的转速比水平轴涡轮高，但叶片在空气中的速度较低。对于水平涡轮来说，叶片的尖端——在运动时产生湍流空气的漩涡，从而产生噪音——每转一圈都要绕一个大圈，而垂直结构的叶片与旋转轴平行，离旋转轴旋转1.5米，导致叶片速度相对较低。

根据Webb的说法，QR有三个叶片扭曲成典型的螺旋s形，可以消除振动。他说，从空气动力学角度来说，理想的设计是单片叶片，但这需要配重，而这并不实用。两个叶片会给涡轮带来负荷波动。但三片叶片可以减轻负荷。随着叶片扭曲的几何形状，这意味着风在涡轮机的迎风面和背风面拉动每个叶片，在每次旋转过程中均匀地传播扭矩。你减轻了负担，所以它是恒定的。”

韦伯补充说，扭曲叶片的几何形状还有一个“令人愉快的副作用，不是完全没有意料到的”。刀片的形状变成了一种被称为悬链线的曲线形状——一种由链的末端形成的曲线——这种形状比不扭曲的形状更容易制作、更轻、更高效。

韦伯说，叶片的轻巧也是一个重要的考虑因素，因为这可以减少叶片旋转时产生的离心力。“我们想要非常高性能，因为离心力在叶片承受的结构载荷中占很大比例，叶片越重，离心力越大。”所以我们想要非常非常轻的东西。我们能够与设计和制造轻型飞机的人合作，获得预浸渍碳纤维的最新发展。我们的刀片有7米长，重约4公斤。”

“灯塔”号的5个QR涡轮机所在的框架设计相对简单，马克斯说。“你需要把涡轮机安装在屋顶上，而在伦敦市中心，由于20世纪50年代的规划规定，大多数建筑的高度都在50米以下。”我们与XCO2和结构工程师合作，以获得最佳的布局。”

Beacon的y型支撑结构高40米，每个单元每年可产生约5万千瓦时的发电量。

该涡轮机被设计用于城市中任何有明显风力的地方，如主要道路沿线、河岸和环岛。马克斯对其潜力非常有信心，他提出了一个雄心勃勃的计划，在2012年奥运会期间在伦敦周围安装6,650台涡轮机。他认为，这将满足一半的需求伦敦市长的目标一步就能从可再生能源中产生665千兆瓦/年的电力。

该计划将包括沿泰晤士河建造600座灯塔;在M25公路上有1800人，在主要道路上有4170人。

马克斯说:“每平方公里有4个或每24公顷有1个。”“如果和伦敦交通局的公交站或灯柱数量相比，那就不算人口稠密了。”

马克斯说，正是这种设计的效率使得相对较少的涡轮机能够产生超过330gwr /年的发电量。

“为了获得同样的能量，你需要60万个安装在建筑上的水平轴小涡轮机，而这是不可能发生的，对吗?”但你可以想象6,650个信标。这是一个可以实现的目标。

每台涡轮机的成本为10万至15万英镑，总成本还不到奥运会成本的10%。

在美学方面可能会有一些争论，但马克斯认为Beacon是一款优雅的设计，具有很大的吸引力。“在天际线上，它们几乎消失了，看起来非常轻盈。”您需要考虑对建筑遗产的视觉影响，以及安装和维护的通道。但我给大多数人看的人都说它看起来还不错。”

马克斯说，伦敦的提案尚未做出决定，但灯塔已经准备好部署，利用可再生能源的需求迫在眉睫。

他说，这是必须要做的事情。每个人都同意需要这样做，也可以这样做。我们能做到——让我们继续努力吧。”