知识点：垂直轴风力发电

我们都知道对一个国家来说，能源是非常重要的。但是一些传统的能源比如像石油，数量越来越少，所以很多人都将目光转向了可再生能源。其中风力发电受到了很多人的关注，毕竟这种可再生能源只要地球存在，就可以一直存在。

提起风力发电机 , 人们常常联想起 3 个叶片的荷兰风车 , 通常被称为水平轴风机 , 也是目前技术最成熟、占据主流市场的产品。水平轴风机技术主要包括风轮 ( 叶片 ) 技术、发电机和传动技术、并网技术三大部分 , 后两部分技术已成熟 , 但由于在水平轴风机设计中 , 叶片除了靠叶素理论计算、设计外 , 还要靠经验对计算值进行修正。新兴市场的风电发展迅速，在国家政策支持和能源供应紧张的背景下，中国的风电特别是风电设备制造业也迅速崛起，已经成为全球风电最为活跃的场所。2006年全球风电资金中9%投向了中国，总额达16.2亿欧元（约162.7亿元人民币）。2007年，中国风电装机容量已排名世界第五。截止到2010年，中国风电装机容量已达42287MW，跃居世界首位。中国巨大的风电市场以及廉价的劳动力成本，吸引了大量国外风电巨头纷纷在中国设厂，或采取与国内企业合资的方式，生产的产品都被贴上了中国制造的标签。中国制造的风电设备产品占据越来越大的市场份额，风机产品正在经历一个由全球制造向中国制造的转变。

垂直轴 H 型风力发电机的兴起与发展

转轴垂直于地面的风机 , 简称垂直轴风机。垂直轴风机的应用可以追溯到几千年前 , 人们利用垂直轴风机进行提水。但利用垂直轴进行发电的研究直到 20 世纪20 年代后才开始 , 由于研究工具、方法的落后 , 结果导致认为垂直轴风机风能利用率不如水平轴风机 , 但制造工艺、成本低于水平轴风机的结论 。

随着计算机技术的日新月异 , 计算流体力学(Computational Fluid Dynamics , 简称 CFD) 得到了飞速的发展 , 从最初的小扰动速势方程 , 到欧拉方程以及更加复杂的 N - S 方程 , 尤其进入 21 世纪后 , 已经可以模拟动态下的复杂外形气流流动 ,这为垂直轴风机的研究提供了一个基础。传统的水平轴风力发电机叶片受其叶片特殊的非等截面结构限制 , 目前还不能用 CFD 方法设计、计算 , 只能靠大量的经验来设计。

对于 H 型垂直轴风轮叶片 , 由于是等截面结构 , 已经可以用 CFD 方法来设计 , 计算精度要高于叶素理论方法 , 因此 , 目前世界上研究垂直轴风机的机构也越来越多。

现有的中、小型 H型垂直轴风机如图所示不仅在系统效率上达到了中小型水平轴风机的水平 , 而且还解决了低风速启动和高风速下自动限速的问题 , 在世界上首次使中、小型垂直轴风机具有商业应用价值 , 同时由于 H 型风机无噪声的特点 , 比中、小型水平轴风机具有更广的应用范围 , 为中、小型垂直轴风机的大规模商业开发奠定了基础。

垂直轴 H 型风力发电机的优势

1、垂直轴的发电系统装在塔筒的底下，整体重心低，更容易适应复杂环境和大型化，毕竟安装维修都方便。

2、垂直轴的桨叶旋转起来是一个简单的圆柱形，理论上能接受各个方向的风能，不用对风装置，发电量应该会更高。

3、噪音小，一般十几转就可以发电了，200转已经是额定转速，一般风速1-28米/秒的范围就可以发电，转速低，也不会影响生态，也不用润滑油。

4、转动半径小，可以节约更多的空间，能容纳下更多的设备。

5、发电机输出的曲线比较硬，在风速5-9米/秒的范围内，输出的电量要高过水平轴20%左右。

6、控制上也简单，并不需要为宜以及偏航系统来驱动桨叶运行。

由于 H 型垂直轴风机高效、无噪声等特点 ,未来无论是在风电场应用还是中小型独立用户 ,H 型垂直轴风机必将被大量应用。

垂直轴 H 型风力发电机的应用领域

由于 H 型垂直轴风机的特性 , 因此风力发电机的应用方式、应用领域发生了改变。水平轴风机由于噪声、对风向等问题 , 风机要么用于风电场 , 要么用于边远地区解决无电问题 , 这些应用场合都远离城市中心区域 , 但H 型风机将扩展新的应用领域。比如 , 除了风电场应用以外 , 还可以充分利用大型建筑物的集风作用和大型建筑物顶层的空间、高度 , 建造风电大楼和零能耗大楼。 城市公共照明和高速公路亦可以通过风 / 光互补方式大量应用风力发电机 

另外 , 具有风资源条件的企事业单位也可以大量应用 H 型垂直风机 , 比如靠海边的海水淡化装置、油田采油机和海上钻井平台等 。

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