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提要：1、技术背景；2、工作原理；3、装置构造；4、应用领域；
5、商业模式；6、经济和社会效益；7、团队介绍。
一、技术背景
替代能源的需求：我们暂不考虑石油、煤炭、天然气作为能源被消耗后对地球造成什么影响，单就使用成本而言，把石油、煤炭、天然气作为能源使用已不再便宜。因为人类对自然资源的开发总是先易后难，石油、煤炭、天然气的开采成本将越来越高，市场价格也会水涨船高，寻找更便宜的能源不仅是政府战略，更是市场行为。
在已知的替代能源中，风电最为理想。风能资源丰富，分布广泛；风力发电，环境友好，是最容易实现大规模利用的可再生清洁能源。但因风能的不稳定性，品位低，风力机发出的电力波动大，风大时多发电，风小时少发电，无风时不发电，这样的电源很难满足用户的要求。再加上目前电网的调峰能力有限，风电并网困难，并网的风电机也常常因电网不能接纳而弃风。 解决之道就是风电存储。目前风车式风力发电机没有储能功能，风电存储需要借助其它设施，如抽水电站、大型蓄电池等，但抽水电站对地理环境要求严格，适合建设抽水电站的地点很少，且建设成本巨大，甚至超过风能发电站本身；而大型蓄电池的建设、维护费用同样巨大且储能效率低。因此，研发大容量、低成本、高适应性的风电存储技术是发展风电的当务之急。
节能减排的需要：石油、煤炭、天然气、生物质等含碳能源仍然是当今世界主要的能源，虽然我们还不能断言CO2就是导致全球气候变化的罪魁祸首，但这些含碳物质燃烧后产生的废气、灰尘对环境、生态的破坏是确定的，市民对汽车尾气的痛恨而又无奈，居民对垃圾焚烧电厂的抗议阻挠，这都表明我们不能用燃烧的方式来获取能源。诚然，社会的存在和发展需要能源的支持，今天的我们不能没有电，也不能没有汽车、飞机，我们只能寻找清洁的能源，清洁的发电方式，清洁的电动交通工具，清洁的生产和生活方式。人类经过几十万年的进化，已从火的时代发展到电的时代，我们可以保留对火的崇拜，但不应延续用火的生产和生活方式。节能减排同样需要清洁的发电、用电技术。
二、工作原理
说到发电，大家很容易就联想到磁铁、硅钢片、铜导线，好像离开了这些材料，发电机就造不出来。其实，不需要这些材料，也能生产出强大的电力。在自然界中，这种现象普遍存在，比如闪电，大气的某种运动就能产生电荷，并储存起来，等聚集到一定程度就以闪电的方式释放出来。这种电能的产生、储存、释放是周而复始的，亿万年来，生生不息。
人们担心石油用完了怎么办，煤炭用完了怎么办，其实这种担心是多余的，能源在这个宇宙里有的是，在地球上也是无穷无尽的。可再生清洁能源的开发利用应该效法自然。
储能型风力发电机就是这样一种效法自然的发电、储电装置。
在自然界中，龙卷风虽然不常见，但人们对它的印象特别深刻，原因是龙卷风太可怕了，遇上它如同遇上了魔鬼。为什么龙卷风具有如此强大的破坏力？它的能量从何而来？分析龙卷风的形成机制对风能开发很有帮助。不过，储能型风力发电机的研发灵感并不来自龙卷风，而是水力发电，龙卷风的形成机制只是佐证了储能型风力发电机的技术可行性。
风力发电与水力发电存在相似之处，它们都是利用流体的动能发电。水力发电总是先建大坝，抬高水位，蓄水成库，这实际上是一个聚能、储能的过程，然后才通过水轮机发电，鲜有将水轮机直接放在河流中发电。相比之下，风力发电的模式就有些让人费解，因为风车是直接放在空中发电的，没有了聚能、储能的过程，从而导致风力发电效率低，品质差，并网难。如果风力发电也有聚能、储能的过程，风电的那些缺陷就不复存在。根据这样的思路，我们研发出一种储能型的风力发电机。
我们知道，高速旋转的飞轮是可以存储能量的，但受材料强度、结构尺寸的限制，飞轮储能容量有限，并且随着存储时间的延长，能量损失加大，所以飞轮不适合大容量、长时间的能量存储。而这些缺陷是源于飞轮的刚体属性，如果飞轮是柔体－－气旋，那么飞轮储能就会出现新机。储能型风力发电机就是将柔体飞轮－－气旋与风力发电机完美融合，而产生的具有聚能、储能、发电功能的风力机。
那么，柔体飞轮－－气旋是怎样储能的呢？
飞轮是以旋转的动能形式来储能的，由于惯性，有旋转就有离心，且转速越高，离心力越大，所以刚体飞轮对构成材料的强度要求苛刻，而刚体材料的强度是有极限的，这就限制了刚体飞轮储能容量的提高。而柔体飞轮－－气旋则不存在强度问题，因为气旋除了受惯性离心力的作用外，还受气压梯度力的作用，而气压梯度力是向心的。那么向心的气压梯度力是怎么产生的呢？原来，气旋的离心力导致气旋核心区域的气体密度减小，气压降低，趋向真空。这样一来，气旋的外部气压高于内部气压，从而产生向心的气压梯度力，气旋的转速越高，离心力越大，气旋核心的真空度越高，向心的气压梯度力越大，从而保证气旋不会解体。又由于气旋产生真空，形成气压梯度，即势能，风的动能转化为势能，起到储能作用。所以，储能型风力发电机的储能表现为风能以旋转动能和真空势能的形式储存起来。当然，储能型风力发电机仅依靠旋转动能和真空势能还是远远不够的，还得与电磁储能相结合，协同达到储能的目的。
另外，气旋还有一个重要特性，是刚体飞轮所不具有的，那就是加速特性。气旋是一个有心力体系，外力矩等于零。根据角动量守恒原理，一个转动的物体，它的旋转速度如果不受外力矩作用，即外力矩等于零，那么它的角动量就不会因物体的形状的变化而变化，即角动量守恒。根据角动量守恒计算公式，气旋的旋转半径减小，气旋的转速增大。因此，气旋外部的气体进入气旋内部，半径减小，速度会增大，从而加强了储能效果。
储能型风力发电机集聚能、储能、发电于一体，同一台机器，既是发电机，又是储能器。它将自然风转换为高速旋转的气旋，自然界的风驱动的是风电机的气旋，气旋以旋转动能、真空势能、电磁能的形式将风能存储起来，再由气旋驱动发电机发电。储能型风力发电机发出的电是高压直流电。这就是储能型风力发电机的工作原理。
下面我们来分析龙卷风的形成机制，以佐证储能型风力发电机的技术可行性。
龙卷风是空气在流体力学、电磁学原理作用下形成的能量聚集体，龙卷风是带负电荷的近似管状的空气涡旋。
第一步积雨云带电。云带电的机制比较复杂。这里不作讨论。
第二步正负电荷分离。一般认为，正负电荷在重力的作用下发生分离，正电荷在积雨云的上部，负电荷在积雨云的下部。
第三步产生涡旋磁场。正负电荷的分离导致积雨云内部的静电场发生变化（增强），从而感应出涡旋磁场（增强的环形磁场）。
第四步产生感应电流。变化的涡旋磁场使带电的积雨云内部某一区域发生旋转（类似感应电动机），并使电荷沿涡旋磁场垂直方向移动（形成电流），电流方向是向上的，即正电荷向积雨云上部移动，负电荷向积雨云下部移动，与重力分离电荷的方向一致。这是一个正反馈过程，其结果是在积雨云内部形成一个圆柱状的带电气旋。
第五步产生磁场。圆柱状的带电气旋相当于一个通电螺线管，在旋转轴区域产生磁场。由于圆柱气旋的上部带正电，下部带负电，上下部所产生的磁场正好排斥，导致圆柱气旋在积雨云里不断生长（伸长）。又由于流体力学原理，旋转产生离心，圆柱气旋逐渐向圆筒气旋演变，旋转轴区域形成低压区。而电磁学原理使圆筒气旋的上下端口形成磁塞（磁镜效应），使轴区的低压得以维持。在大气压和磁收缩的共同作用下，圆筒气旋的直径减小，向管状气旋演变。气旋的动能有一部分以磁能的形式储存起来。
第六步形成漏斗状气旋。管状气旋不断沿轴向生长，向上生长因重力和正电荷的排斥而受到限制，向下生长虽受负电荷的排斥，但重力可部分抵消，管状气旋最终向下伸出积雨云，形成漏斗状气旋。
第七步形成龙卷风。管状气旋一旦向下伸出积雨云，管状气旋会快速下探，因为一方面积雨云上部的正电荷与管状气旋的上端口的正电荷产生排斥，积雨云下部的负电荷对上端口的正电荷的吸引；另一方面重力作用。当管状气旋的上端口接近积雨云的下部时，正负电荷发生放电，涡旋电流减小，但根据电磁学原理，气旋储存的磁能释放使涡旋电流得到补偿，气旋转速不受影响。至此龙卷风形成。通常所指的龙卷风就是管状气旋的下部带负电荷的气旋。
第八步龙卷风的死亡。由于空气是电介质，龙卷风携带的负电荷不易传导流失，在端口周围的空气被气旋端口的负电荷电场极化而形成准等离子体，磁镜效应使这些离子化的空气难以进入龙卷风内部，使龙卷风轴心区域维持低压或真空。真空的存在使气旋在流体力学上得以维持旋转。但当龙卷风的下端口触及水面或地面，这种维持就遭到破坏。
当龙卷风的下端口触及水面时，因为水是导体，下端口的负电荷被传导离去，相应的磁塞作用也就消失，水被吸入龙卷风，这就是龙吸水。当龙卷风的下端口触及地面，因为大地也是导体，下端口的负电荷也被传导离去，磁塞作用消失，地面上的物体包括空气被吸入龙卷风，造成破坏。
但是龙卷风一旦吸入空气、水等物体后，内部的低压不再维持，当内外气压平衡时，龙卷风也就解体了。
从上面的分析中可以看出，龙卷风最基本的特征是存在低压或真空区，在自然状态下龙卷风要维持一个低压或真空区，龙卷风至少具备三个条件：空气涡旋、气旋带电、形成磁塞。地面上常见的旋风为什么没有进一步发展为龙卷风，原因是旋风不带电，无法维持旋风轴心的低压或真空区；海面上的台风是强烈的空气涡旋，气旋虽然也带有电荷，但台风没有形成有效的磁场，不存在磁塞，台风内部不存在低压或真空区，所以台风相比较龙卷风，破坏力要小。
储能型风力发电机不是人造龙卷风发电，只是应用了相同的物理原理。
三、装置构造
储能型风力发电机主要由三部分组成：聚能组件、储能组件、发电组件。聚能组件由若干导风板和上下盖板组成的圆筒体，上（下）盖板留有排风口，自然风经导风板以切线方向吹入，其作用是将自然风转换为气旋；储能组件由中轴和气旋组成，中轴上均匀安装若干叶片，气旋推动叶片带动中轴同步旋转，风能以旋转动能、真空势能、电磁能的形式存储起来；发电组件就是与中轴同轴运转的发电机。
当然，根据不同的应用场合，其结构会有所变化。
四、应用领域
1、风能发电；2、电网储能；3、电动交通；4、海水淡化
五、商业模式
储能型风力发电机的商业模式是与应用领域相联系的，不同的应用场合对应着不同的商业模式。下面介绍的商业模式可供投资商参考。
1、陆上风电－－风电住房：利用储能型风力发电机能与建筑物融为一体，且对风场要求不高的特性，设计的一种商业模式。
风电住房是一种能够实现商业化风能发电的住房。在屋顶上安装个风力发电机，是不能称其为风电住房的，因为风电机的功率太小，发出的电没有商业价值。所以风电住房是一个风力发电厂，同时也是一个储能站。另外，为了增加风电住房的可操作性，风电住房应是公益性的，零房价，开发商的利润来自风电收益。
关于风电住房的具体操作，请参看“风电住房－－城市化的最佳模式”一文，这里不再重述。
2、海上风电－－海水淡化：利用储能型风力发电机在工作中形成的低压，让海水减压蒸发，获得淡水，而风力发电不受影响。
我国很多沿海城市特别是北方城市严重缺水，为此国家不得不跨流域大规模调水，像北京、天津、青岛、大连这些沿海城市完全可通过海水淡化来解决淡水资源缺乏的问题。这些缺水的沿海城市为什么舍近求远，关键就是海水淡化的成本过高。
近来有人提出引渤海水入内蒙、甘肃、新疆，以解决水资源的匮乏对当地经济的制约和生态恢复。其实，只要将海水改为淡化水，调入大西北，这个方案没有风险。不过，话又说回来，如果华北平原的生产和生活用水取自渤海、黄海的淡化水，那么陕西、甘肃、宁夏、内蒙、新疆就可以直接在黄河上游、海河上游取水，何必千里迢迢来海边取水呢？
储能型风力发电机与海水淡化相结合，可以解决海上风电和海水淡化的高成本问题。这里需要指明的是海水淡化不影响风力发电。具体操作可以本着谁投资谁受益的原则，电力公司、自来水厂可以在海边建造这种风电机，用电大户、用水大户也可以在海边建造这种风电机，生产出的电力和淡水可以自用，也可以按各方都能接受的价格卖给电网和水网。
储能型风力发电机的海水淡化工艺流程如下：在风电塔的附近海域设置若干具有过滤功能的成排浮筒，浮筒上口插入虹吸管，虹吸管与风电塔底部的蒸发室相通。由于储能型风力发电机在工作时会产生低压，浮筒内的海水被虹吸喷射入蒸发室，蒸发室内的海水减压蒸发，水蒸汽被风电机抽吸到风电塔的顶部，经过冷凝变成淡水。另外，海风中也含有水汽，进入风电塔后也会冷凝成淡水。由于风电塔具有一定的高度，塔顶部形成的淡水会自流而下，不需要泵送。蒸发室内的低温浓缩海水可以直接排放到海面上，在海浪、潮汐、阳光的作用下被稀释。上述海水淡化方法有以下优点：1、整个过程使用的是风力，不需要外部动力；2、减压蒸发淡化海水，吸收海水热量，而海水热量又来自太阳，不需人为加热；3、巧用风电塔，使淡化水自流输送；4、风力发电照常进行。
我国华北平原的海拔不超过100米，只要风电塔高于100米，淡化水就可以通过地下管道网，自流遍及整个华北平原。如果淡化水能够保证华北平原的用水，那么南水北调的水、黄河上游的水、海河上游的水就可以送往大西北缺水地区。
当然，如果海面结冰，上述淡化方法就不能用了。这时可采用海冰淡化获得淡水。
3、动力电池－－电动交通：利用储能型风力发电机的储能特性和在工作中产生的强磁场，开发新型的电动交通工具。
储能型风力发电机可以设计成动力电池，安装在电动汽车上，各方面性能都远远超过锂电池。不过需要指明的是，这种动力电池存储的是高压直流电，而目前普遍使用的化学电池是低压直流电，所以电动系统需要重新设计。我个人的观点是电动汽车的发展前景不大，未来的交通工具应该是电动飞行器。因为电动汽车解决不了交通拥堵问题。
利用储能型风力发电机在工作中产生的强磁场，可以设计出一种电动飞行器，其飞行原理与直升机相似，不过它无需螺旋桨。有趣的是，这种电动飞行器的外形以飞碟形状为最佳，也许飞碟也是利用这种原理飞行的。
如果将储能型风力发电机安装在远洋轮船上，就能实现轮船的风电驱动。也许有人会疑问，风电机安装在轮船上，增加了阻力，无法获得有效的驱动力。根据牛顿力学原理，这个疑问不无道理。风车式的风电机是阻挡型的，风电机获得的动力不足以抵消风的阻力，还有水的阻力，所以，风车式的风电机安装在轮船上是无驱动作用的。而储能型风电机是内吸型的，风是被吸入风电机的，风对风电机所产生的阻力远小于驱动力，储能型风电机能够在轮船上形成有效的驱动力。
4、电网储能－－直流电网：如果将众多的储能型风力发电机串联起来，就形成了具有储能调峰功能的直流电网。储能型风力发电机具有大容量、低成本、高适应性的优点，非常适合电网储能。但是，储能型风力发电机储存的是高压直流电，而目前的电网是交流电，这就需要交直流转换。如果是直流电网，则可省略交直流转换，不但节约了设备成本，还提高了电网运行的效率和安全性。
而实际上，交流电现在已经越来越不好用了。我们知道，电子产品用的都是直流电，这些产品连接到公共电网上，都要经过整流器。在家用电器中，使用交流电的产品越来越少，照明的白炽灯被节能灯、LED灯取代，空调、冰箱、洗衣机采用了变频调速电机，而变频的第一步就是把交流电变成直流电。在工业电动领域，直流调速比交流调速更容易，效率更高。
在电力输送中，高压直流电比高压交流电，线路损耗更少、成本更低。三峡电厂送往上海的电力就采用了直流输电。在未来的超导输电技术中，也倾向于直流输电。储能型风力发电机发出的是高压直流电，与未来的电网技术相符合。
现在的公共电网之所以采用交流电，大概有两个方面的原因。一是电源原因，由于发电机发出的是交流电，变压器又能方便地实现电压变换，白炽灯、异步电机这些不计较能效的廉价产品的大量使用，巩固了交流电网的地位；二是历史原因，交流电网一旦形成，更改的难度很大，原有的设备将被淘汰，根据交流电设计的电气产品需要改造。但现在，这些阻力正在变小，节能减排实施力度的加大，智能电网的升级换代，太阳能光伏发电等直流电源的增多，电子化电气产品的普及，直流电网取代交流电网的时机日趋成熟。
实际上，储能型风力发电机也可以当作水力发电机使用，在超大功率上，更有优势。大家知道，三峡电厂安装的是70万千瓦发电机，当时我国不具有这方面的生产技术，只得采用以市场换技术，花费巨资进口。制造这种巨型发电机，工艺要求很高，材料用量很大，价格自然也就很贵。如果采用储能型风力发电机，成本会大幅降低，而性能更好。例如，发出的高压直流电与直流输电方案一致，省略了交直流变换站。又如，降温对电机来说极其重要，像这种巨型发电机，一旦降温出现问题，价值几千万的发电机就会很快烧毁而报废。而储能型风力发电机不存在降温问题。
六、经济和社会效益
1、目前的火电成本约是4000元人民币/千瓦，水电约是5000～6000元/千瓦，风电是8000元以上/千瓦，海上风电2万元以上/千瓦，核电是火电的2～3倍，太阳能光伏是火电的5～10倍，而储能型风电机的风电成本是2000～3000元/千瓦。不但成本低，而且没有火电的温室气体排放、水电的移民、大风车的视觉和噪声污染、核电的核废料处理等诸多问题。
2、储能型风力发电机与住房结合，将产生巨大的经济和社会效益。一座风电住房，其风电装机容量可达50万千瓦，年发电10亿度电以上，同时还能提供4万套（
一座风电住房的风电装机为50万千瓦，1万座风电住房的风电装机总容量为50亿千瓦，年发电量在10万亿千瓦时以上。相比较，我国目前的电力装机总容量约9亿千瓦，而美国约10亿千瓦；2009年我国全社会用电量3.643万亿千瓦时。
3、储能型风力发电机作为储能器应用于交通工具，将彻底改变交通现状。不要以为电动汽车是城市交通的救星，电动汽车解决不了城市拥堵问题，电动飞行器才是我们所需要的交通工具。储能型风力发电机的储能机制能够实现人类的自由飞行。
将储能型风力发电机安装在轮船上，就实现了海上风能发电，为轮船提供动力，这比纯粹的海上风能发电要实用得多，节能减排的意义更大。
4、目前，海水淡化的成本在5～6元/吨，成本主要在于能耗和设备。储能型风力发电机与海水淡化联用，电力和淡水的双重收益可以有效减轻成本的压力。
5、储能型风力发电机的投资规模可大可小，但以制造大型风电机为好。目前，上万千瓦的风电机不但市场上没有，厂家也很难造出来，原因是风轮叶片很难承受如此之大的功率；但对于储能型风力发电机而言，大功率正是它的优势。如果投资规模在5000万元以上，可以实现年产5万千瓦储能型风电机10台，每台利润1000万元以上。
七、团队介绍
汪宏正，安徽巢湖人，68年出生，高中学历。常年在外打工，在江浙一带居多。从事电动自行车行业十几年。从学徒工到技术员，再到厂长，靠的是对工作的热情，事业的执着。期间申请过两个发明专利。“利用垃圾和污水制取氢的方法”（申请号是02137993.9，公开号是CN1468799A）由于没有及时缴纳相关费用，导致专利失效。“开关磁阻电机的磁极结构”（申请号是200610050232.3，公开号是CN1848621A）这是职务发明。“储能型风力发电机”是今年5月20日由金华裕阳知识产权代理有限公司代理申请的，申请号是201020201327.2，审查通过的通知我已收到，年内可拿到证书。
联系邮箱：wswe888@163.com
联系电话：15957954866
联 系 人：汪宏正（储能型风力发电机的发明人）
