案例 006 · SOGES 2022 · 伦敦中央圣马丁学院 · Unit 10 · Sky Group 命题
SOGES——磨砂外壳的风力发电机产品渲染,纯白背景,可见上部转子模组与下部圆柱形外壳的整体形态
能源系统 · 循环设计 · 工程 · 量产工艺

SOGES —— 城市风力发电系统

基于 Sky Group 命题的循环再利用方案。将其 800 吨退役卫星天线钢材转化为家用规模的风力发电、储能与家庭能源中枢三件套,按注塑量产规格设计,覆盖从单间公寓到多居室住宅的部署形态,以订阅制商业模式落地。

SOGES 是中央圣马丁学院(UAL)产品与工业设计专业 BA 第三年 Unit 10 课题的产出,提交于 2022 年 5 月。命题方为 Sky Group——课题来自其 Bigger Picture 可持续发展计划(获英国 Albert 影视行业碳认证,承诺 2030 年实现碳中和,配套 1100 万英镑用于新业务孵化)。命题动因来自一项具体的物料盘点:Sky 在产品下架过程中累积了约 800 吨退役卫星天线钢材,这是一个适合做生产性再利用的库存规模。

空气动力学方案由剑桥大学博士 Jun Ma 与谢菲尔德大学 Ning Qin 教授分别审阅。

院校
伦敦中央圣马丁学院(UAL)
课题
Unit 10 · BA 毕业年度
客户命题
Sky Group · Bigger Picture 计划
提交时间
2022 年 5 月
角色
独立完成
工具
SolidWorks · CFD 与声学仿真 · KeyShot · Adobe CS
外部审阅
剑桥大学 Jun Ma 博士 · 谢菲尔德大学 Ning Qin 教授

命题与约束。

01 / 问题
● 独立完成 · Unit 10 · Sky Group 命题

命题原文:"开发一款以低碳钢为关键结构材料、放置于家庭场景中的产品或概念。"项目系统命名为 Sky Power。退役卫星天线经回收处理后,作为风机外壳与结构件的钢材来源,组成家用级别的"风机 + 储能 + 控制中枢"系统,以订阅制方式交付。家庭能源中枢在用户不在家时进入 Saving Mode,将消费侧与发电侧作为同一问题来优化,而不是两套独立逻辑。方案与联合国 SDG 7(清洁能源)、SDG 8(体面就业)、SDG 11(可持续城市)、SDG 12(负责任消费)四项目标对齐。

选址精度借助 colouring.london 公开数据集——将建筑高度、类型、用途与可持续指标交叉成 3D 城市风场地图,定位气流条件足够且屋面几何合适的部署点。单台基准输出约 22.9 W,阵列状态可达 95–225 W/h。

伦敦城市可持续性地图——建筑类型、入住率与能效评级数据叠加,用于小型城市风机选址(colouring.london 数据集) SOGES 风机内部结构——爆炸视图展示上下外壳、HAWT 叶片、1:120 齿轮箱、发电机、主控板与接电口

四轮迭代,两所学校审阅。

02 / 工程

空气动力学方案得到了 剑桥大学 Jun Ma 博士谢菲尔德大学 Ning Qin 教授(FRAeS、AFAIAA、CEng)的支持,两位分别审阅了叶片几何、气流行为与结构决策。风机经历了四轮迭代(V1–V4),每一轮在 SolidWorks 中建模、做压力与声学仿真,再根据审阅反馈调整——其中 Jun Ma 博士的审阅安排在 V3 到 V4 之间。最终叶片几何遵循水平轴风机(HAWT)原理,落在 Betz 极限(Cp ≤ 0.59)之内;功率推算使用 Qin 教授给出的工程估算值 Cp Max ≈ 0.5。

机械总成按注塑量产工艺设计:上下外壳、安装在转子轴上的 HAWT 叶片、1:120 齿轮箱、发电机、PCB 主控板与并网接口——所有结构件均按可由回收卫星天线钢材冲压成型的工艺约束设计。

SOGES 设计迭代 V1——早期立方体外壳概念,转子模组与基座模组分离 SOGES 设计迭代 V2——立方体外壳阵列探索,验证转子布置方案 SOGES 设计迭代 V3——圆形转子与立方体外壳定子整合方案 SOGES 设计迭代 V4——几何形态收敛阶段,定型前的最终方案

不是一件单品,而是一套系统。

03 / 系统

用户侧的系统按房间尺度分为 S、M、L 三档家庭能源中枢,分别对接储能电池、配电盘、电表与并网接口——使整套方案从单间公寓到多居室住宅都可部署。商业模式直接借用 Sky 已有的订阅制运营能力,把硬件作为服务交付:以 2022 年 5 月英国家庭年均电费 £1,339(按 £0.19/kWh 计)为基准,风机部分通过自发电节约约 £113.15/年,能源中枢的 Saving Mode 将家庭浪费电从 46% 降至 40%,再贡献约 £80.34/年——按 £8/月 + £10/月的订阅价计算,整套系统给用户带来约 £40.34/年净收益,风机硬件本身回本周期约 10.4 年。

SOGES 家庭能源中枢套件——按房间尺度的 S、M、L 三档并排展示 SOGES 家庭能源中枢特写——控制面布局,可见主模组与指示区域 SOGES 储能单元——壁挂式储能电池与配电盘组合件,正交等轴视图
800 吨Sky 退役卫星天线钢材库存的对接量
4轮设计迭代 · 剑桥 + 谢菲尔德学术审阅
1:120风机齿轮箱传动比

项目交付。

04 / 成果
~22.9 W单台基准输出(阵列状态 95–225 W/h)
10.4 年风机硬件回本周期(订阅制模型)
800 吨系统可对接的钢材库存规模
05 / 项目复盘

SOGES 起点是一个明确的客户约束——Sky 的 800 吨钢材库存——再从这个限制向外延展,做成一套相互连接的家庭能源系统。难点在于判断:哪些约束应当被当作设计输入接受下来(Sky 现成的订阅制运营能力、卫星天线钢材的结构特性、屋顶部署的规划现实),哪些应当被推回去重写(单一产品不足以回应命题——少了控制中枢与储能上下文,方案是不完整的)。

从这里带出去的工作方法:把工程具体性放在概念姿态之上(齿轮箱传动比、Betz 极限内的叶片几何、可回收材料规格作为设计内容而非装饰);把制造商与供应商的真实约束作为第一天就纳入考虑的设计输入;以及把利益相关方的逻辑(客户的可持续平台、规划官员的限制条件)写进 brief,而不是最后阶段加上一层包装。

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