导言：随着大型风力发电机的大型化，制造成本和建设成本的增大、电波干扰等问题受到重视，让大型风力发电机陷入停滞状态。而一度被认为是“有潜力无产品市场”的小型风力发电机已然产品化，风透镜风车在风速相同的情况下，可获得原有小型风力发电机2～3倍的发电量。 了解风透镜风车独特技术……
日本九州大学风险企业开发出了“风透镜风车”。 其特点是，通过套在叶片上的圆环聚集风，在风速相同的情况下，可获得原有小型风力发电机2～3倍的发电量。在日本，受环保规定的影响，大型风力发电机的建设处于停滞状态，因此这种风车作为新型电源越来越受到关注。
“发电成本掌握着自然能源普及的关键。我们瞄准这一点，开发出了‘风透镜风车’。希望今后能实现1000台的年销量，销售价格降到现在的一半，进一步推动普及”，九州大学风险企业WINDLENS公司社长高田佐太一雄心勃勃地这样说道。
风透镜风车是一种在风车3枚叶片的周围安装环状“风透镜”的小型风力发电机。就像透镜通过折射光线聚集太阳光一样，此环能聚集风，因此而得名。其特点是，在风速相同的情况下，可获得原有小型风力发电机2～3倍的发电量。
现在的销售价格为每台300万～400万日元。迄今的销量大约为60台，虽然不多，但最近常常接到来自全球各地的咨询。高田希望在几年内实现量产化。
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现在九州大学伊都校区内设置的“风透镜风车”。高13.4米，风车主体直径为3.4米，额定输出功率为5千瓦。 在风速为4米的情况下，每年可发电3000千瓦时
风透镜风车主要有以下四个特点
风透镜风车主要有以下四个特点
首先是与原有小型风力发电机相比，可获得2～3倍的发电量。其原因在于风透镜产生的“聚风效果”。风力发电的输出与风速的3次方成正比。而风透镜风车采用了可聚集风的结构，可使风速增大到原先的1.3～1.5倍。因此，在风速相同的情况下，可获得相当于风速3次方的约2～3倍的发电量。
高田解释说：“尽管风透镜风车的直径仅为2.5米，风透镜的外径仅为3.4米，但九州大学进行计算机模拟的结果显示，在平均风速为毎秒4米的情况下，每年可确保3000千瓦时左右的发电量。”
据日本光伏发电协会估算，2010年度日本每户家庭一年的总耗电量为5650千瓦时，因此可满足50％以上电力需求。
第二个特点是，几乎不产生噪音。通常情况下，在大型风车叶片顶端部分形成的称为卡曼涡流的空气涡流是产生噪音的主要原因。然而风透镜风车的叶片周围安装有风透镜，可抑制形成卡曼涡流，因此几乎不会产生噪音。
高田说：“实际上，测定结果显示，声量在45分贝以下，寂静程度可与图书馆相媲美。”
第三个特点是，通过风透镜的聚风效果，即使风向混乱也可进行发电，而且能够利用风力朝向风吹的方向。因此无需使用电力驱动可跟踪风向的偏摆驱动装置。
第四点，由于风透镜部分是固定的，不能旋转，因此对于飞鸟来说，风车辨识度高，撞到风车的发生频率低。并且支柱的高度在15米以下，也避开了野鸟的活动范围。实际上，到目前为止尚未有飞鸟撞上风车的报告。
“有潜力无产品”的小型风力发电机市场
“有潜力无产品”的小型风力发电机市场
风力发电机根据输出规模，大致分为大型风力发电机和小型风力发电机。现在，大型风力发电机在全球范围内以2500千瓦为中心，风车直径在30米以上。而小型风力发电机的风车直径定义为7米以下，输出规模在20千瓦以下。
风力发电的发电量与风车半径的2次方、风速的3次方成正比。如果半径为原先的2倍，则发电量为4倍。也就是说，规模越大，发电成本越低。因此风力发电机逐年趋于大型化，以中国、欧洲和美国为中心，采用大型风力发电机在加速。
而另一方面，日本虽然曾一度出现过大型风力发电机建设热潮，但现在基本不再增加。其原因在于，能够建设大型风车的场所有限。与中国和美国不同，日本国土狭小，而且岛屿和山区等倾斜度大的地形较多，还常常遭遇台风、强风和雷击等，自然环境严峻。
在这种情况下，从2007年起，大型风车所产生的噪音和低频声波对健康的损害问题也浮出水面。由于发电站周边居民投诉出现头疼和失眠等不适症状的情况增多，因此大型风力发电机的建设陷入停滞状态。日本环境省从2010年4月起，针对所有风力发电机进行为期4年的受害实态调查，现在已经停止发放新设置补贴。
再者，随着大型风力发电机的大型化，制造成本和建设成本的增大、飞鸟撞击风车、电波干扰、环境破坏等问题也开始受到重视。
而小型风力发电机则可设置于无法设置大型风力发电机和太阳能电池板的场所。另外，小型风车也不会出现因风车支柱与大型叶片之间的干扰而产生的低频声波。电波干扰、自然破坏和景观问题也比大型风车少得多。因此，可以说小型风力发电机的潜在市场非常大。
不过，虽然环保性能出色，但小型风力发电机被认为是“有潜力无产品市场”。普及并未取得丝毫进展，主要原因在于，与大型风力发电机相比，其发电成本较高，在当前情况下即使采用也不合算。
目前的发电成本方面，大型风力发电机为10～14日元／千瓦时，光伏发电为46日元／千瓦时，而小型风力发电机为大型风力发电机的几十倍以上。并且，在与发电成本密切相关的建设成本和运行成本中，建设成本大型风力发电机为1千瓦20万～30万日元，光伏发电为60万日元，而小型风力发电机高达光伏发电的2～3倍。
因此，现在许多大学和企业的研究人员及技术人员都在积极推进研发，力争使小型风电的发电成本降到与光伏发电同等水平。
在这种情况下，风透镜风车因发电成本较低而备受关注。
高度定在15米以下以削减建设成本
高度定在15米以下以削减建设成本
高田除了通过采用风透镜削减运行成本之外，还在致力于削减建设成本。
首先是削减部件的制造成本。核心机构的制造委托日本企业，而其他部件则全部向中国企业订货。
并且，通过将风车高度控制在15米以下，大幅削减了建设成本。现在日本《建筑基准法》规定，建设超过15米的建筑物及装置，需要就建筑计划是否合乎法规事先接受审查。这时，除了要向一级建筑师支付几十万日元的报酬之外，到通过审查还需要花费几个月的时间。不过，如果是15米以下的建筑，就不需要上述审查，因此可立即着手进行建设，能够大幅降低建设成本。
高田说：“再者，支柱的设置也比较简单。仅需在地下挖3米的坑，将支柱埋入其中并用混凝土固定，因此一天时间就能建好。”
原来的风车支柱越高，越能获得较强的风，因此发电量会增加。不过，风透镜风车即使风力较弱也能发电，因此不需要太高的支柱。支柱低还可减轻台风引起的暴风以及雷击造成的损坏。
高田表示：“并且通过改变形状，比如增加风透镜的长度等，还可实现5、6倍的发电量。不过，在对制造成本等进行综合探讨之后得出的结论是，现在的形状最为合适。”
这样研制出的小型风力发电机，建设成本与光伏发电相同，只要年平均风速在毎秒4米以上，便可在住宅区、无法设置大型风力发电机及太阳能电池板的山区以及大厦顶部等任何场所以极短时间设置。
通过使风从较窄一侧吹向较宽一侧来增加风速
通过使风从较窄一侧吹向较宽一侧来增加风速
高田于2008年4月成立了WINDLENS。直接原因是受九州大学委托。
实际上，高田原先是泵生产企业的技术人员，从2000年起开始从事大型风力发电机的开发、设置及运营。最初5年非常顺利，在日本各地总共建设了约50台大型风力发电机。但是，由于居民反对建设风电的活动日趋加剧，加之日本政府决定停止提供补贴，因此不得不中断了该业务。但是，高田并没有放弃开发风力发电的潜力，而是继续摸索怎样才能解决大型风力发电机及小型风力发电机所面临的课题。
在这种情况下，因所属企业提供研究经费而相识的九州大学教授大屋裕二向高田提出了共同进行研究的邀请。
专业是风力及流体工程学的大屋教授正是风透镜风车的发明者，他在2002年提出了专利申请，并于2004年获得专利。为了实现风透镜风车的产品化，他向高田提出了共同进行研发的邀请。
风透镜风车之所以取得了专利，是因为聚集风的机制非常新颖。从直觉上来说，人们往往觉得风从风透镜较宽的一侧吹向较窄的一侧时，风速会增大。但实际上在风透镜风车中，风是从风透镜较窄的一侧吹向较宽的一侧。这时安装于风透镜周围的“凸边”会产生强大的空气涡流，通过涡流使风车后的气压降低。因此，风会被吸入低气压处，从而增大风透镜内的风速。
发电成本与光伏发电等同
发电成本与光伏发电等同
“风透镜风车可解决大型风力发电机的全部课题。关键在于如何使发电成本降到与光伏发电同等水平。我一定尽力相助。”
高田欣然应允了大屋教授的邀请。随后便离开泵企业，作为风透镜风车制造、销售及设置企业成立了WINDLENS。并从九州大学取得了销售权。
在进行建设时，高田向福冈市提出了合作申请。在通常情况下，大型风力发电机如果年平均风速达不到毎秒6米以上就达不到经济效益，因此不能建设。从这一点来说，福冈市就是不能设置大型风力发电机的地区。不过，如果使用风透镜风车，只要年平均风速为毎秒4米，就有利可图。因此，WINDLENS、九州大学以及福冈市三方共同开始调查福冈市内风速为毎秒4米的场所。调查结果显示有许多场所可进行设置，比如Sea Side Momochi（百道海岸）等。
恰好在2009年，日本总务省发布了《绿色分权改革》政策，表示将力争建立地区主权型社会，除了行政和财政制度之外，还强调了能源及食品供应的地区主权。
根据绿色分权改革，由公共机构实施了关于风透镜风车的性能和噪音的调查。之后在2011年，高田等意想不到地获得了日本政府的推荐。
高田表示：“获得政府推荐使我们有了很大的自信。”
高田等力争今后进一步削减发电成本，并对预定今年7月实施的“可再生能源固定价格收购制度（FIT）”满怀期待。而且，最近来自海外的咨询也比较多，除了已在英国和中国得到采用之外，美国也计划引进。因此高田等还将大力在海外进行普及。
另一方面，高田等也在致力于研制和建设大型风透镜风车。2011年在九州大学伊都校区内设置了风车直径为12米的风透镜风车。直径为原来的5倍左右，但输出却达到了相当于原先20倍的100千瓦。不过，如果因大型化而再次出现以往的大型风力发电机存在的课题，就本末倒置了，因此今后将继续与九州大学共同推进产品开发，力争找到最佳解决方案。
高田表示：“我们力争实现发电成本低、对人和环境都有益的风力发电机。希望能成为该领域的领军者，为全球环境对策做出贡献。”
