作品名稱：一種可匹配風速的混合型垂直軸風力發電系統
學校名稱：山東理工大學
參賽隊伍：大風車
參賽學生：程詩濤 伊家迪 杜鴻坤
指導老師：宋汝君
伴隨世界經濟發展,燃料能源的嚴重短缺成為困擾人類發展的首要問題，如何解決這一問題成為當今世界面臨的最大難題。近些年，隨著風電技術的逐漸完善，風機的運行成本逐漸降低等各方面的優勢逐漸顯露，使得其市場需求得到了空前的提升。在我國，小型風電的作用是非常重要的，尤其是在當前大型風電發展面臨瓶頸不能得到有效解決的情況下，小型風電可以作為大型風電的補充，尤其是在農村能源利用領域。小型風電將會成為實現農村電氣化的重要措施之一，并且小型風電將成為普及新能源的重要手段，可以幫助人們逐步認識和接受新能源。同時隨著機電產業的快速發展，無線傳感器網絡得到的廣泛應用。電子產品微小化使得其供能問題成了無線傳感器技術發展的重大阻礙。但傳統供能產業停滯不前，并且電池容量小、壽命短、受環境限制、回收困難、易造成重金屬污染等缺點日益凸顯，所以利用自然界的能量為低能耗電子設備穩定供能成為一個重要的研究方向。
針對現有小型垂直軸風力發電機風能利用率低的問題，我們提出了一種可匹配風速的混合型垂直軸風力發電系統。按照垂直軸風力機氣動原理，我們綜合利用垂直軸風力機升力型和阻力型兩種翼型各自的優點，以H型風輪為主體，上端安有一S型風輪和壓電發電裝置。當風速較低時S型風輪受到較大扭矩啟動并帶動下方H型風輪啟動；當風速較大時，H型轉速高于S型，二者之間的超越離合器發揮作用，兩種風輪將作異速轉動；當風速過大時，復合式超越離合器使S型風輪與H型風輪結合，增大阻力實現風機的過速保護。與單一的升力型和阻力型風力機相比，該新型風力發電機可在更寬的風速范圍進行工作。為進一步提高風能利用率，本作品設計了以諧振網絡為基礎的能量調節系統，通過在發電機與負載之間增加諧振網絡，實現能量的儲存與分配，使得發電機的轉速快速與風速匹配，從而減小發電機對外界做工引起的能量損失，提高系統發電效率。
當風吹向S型風輪時，每個葉片的兩側會產生壓力差，使得風輪繞著旋轉軸轉動，從而帶動驅動軸轉動，整個轉子也同步轉動；轉子上的直線型壓電振子的磁鐵與定子上L型的壓電振子的磁鐵在軸向上完全重合，從而保證重合時具有最大磁力作用；轉子在定子中旋轉，會呈現周期性變化，使得兩種壓電振子發生非線性振動，陶瓷壓電片發生形變，實現風能向電能的轉化。所產生的的電能將代替傳統能源（如電池）為無線傳感器網絡節點供能。
