水平軸與垂直軸風力發(fā)電機的比較

水平軸與垂直軸風力發(fā)電機風力發(fā)電機的不 同在以下幾個方面：水平軸風力發(fā)電機風力發(fā)電機的葉片葉片設 計,目前普遍采用的是動量一葉素理論，主要的方 法有法、法等。但是,由于葉素理論忽略了各葉素 之間的流動干擾，同時在應用葉素理論設計葉片葉 片時都忽略了翼型的阻力，這種簡化處理不可避免 地造成了結果的不準確性，這種簡化對葉片外形設 計的影響較小，但對風輪的風能利用率影響較大。 同時，風輪各葉片之間的干擾也十分強烈,整個流 動非常復雜，如果僅僅依靠葉素理論是完全沒有辦 法得出準確結果的。垂直軸風力發(fā)電機的葉片設計,以前也是按照 水平軸的設計方法，依靠葉素理論來設計。由于垂 直軸風輪的流動比水平軸更加復雜，是典型的大分 離非定常流動，不適合用葉素理論進行分析、設計, 這也是垂直軸風力發(fā)電機長期得不到發(fā)展的一個 重要原因。目前，大型水平軸風力發(fā)電機的風能利用率， 絕大部分是由葉片設計方計算所得，一般在40%以 o如前所述，由于設計方法本身的缺陷，這樣計算 所得的風能利用率的準確性很值得懷疑。當然，風 電廠的風力發(fā)電機都會根據(jù)測得的風速和輸出功 率繪制風功率曲線，但是，此時的風速是風輪后部 測風儀測得的風速參見，要小于來流風速,風功率 曲線偏高，必須進行修正。應用修正方法修正后， 水平軸的風能利用率要降低30%50%。對于小型 水平軸風力發(fā)電機的風能利用率，中國空氣動力研 究與發(fā)展中心曾做過相關的風洞實驗，實測的利用 率在23%29%。水平軸風輪的起動性能好已經是個共識，但是 根據(jù)中國空氣動力研究與發(fā)展中心對小型水平軸 風力發(fā)電機所做的風洞實驗來看，起動風速一般在 45m/s之間，最大的居然達到5.9m/s,這樣的起 動性能顯然是不能令人滿意的。垂直軸風輪的起動 性能差也是目前業(yè)內的共識，特別是對于式型風 輪,完全沒有自啟動能力，這也是限制垂直軸風力 發(fā)電機應用的一個原因。但是,對于式H型風輪,3 所示，卻有相反的結論。根據(jù)筆者的研究發(fā)現(xiàn)，只要 翼型和安裝角選擇合適，完全能得到相當不錯的起 動性能，通過對麟風P2200垂直軸風力發(fā)電機的風 洞實驗來看,這種式H型風輪的起動風速只需要2m/s,優(yōu)于上述的水平軸風力發(fā)電機。水平軸風力發(fā)電機的葉片在旋轉一周的過程 中,受慣性力和重力的綜合作用，慣性力的方向是 隨時變化的，而重力的方向始終不變，這樣葉片所 受的就是一個交變載荷，這對于葉片的疲勞強度是 非常不利的。另外，水平軸的發(fā)電機都置于幾十米 的高空，這給發(fā)電機的安裝、維護和檢修帶來了很 多的不便。垂直軸風輪的葉片在旋轉的過程中的受力情 況要比水平軸的好的多，由于慣性力與重力的方向 始終不變，所受的是恒定載荷，因此疲勞壽命要比 水平軸風輪長。同時,垂直軸的發(fā)電機可以放在風輪的下部或是地面，便于安裝和維護。水平軸與垂 直軸風力發(fā)電機風力發(fā)電機的不同在以下幾個方 面：水平軸風力發(fā)電機風力發(fā)電機的葉片葉片設 計,目前普遍采用的是動量一葉素理論，主要的方 法有法、法等。但是,由于葉素理論忽略了各葉素 之間的流動干擾，同時在應用葉素理論設計葉片葉 片時都忽略了翼型的阻力，這種簡化處理不可避免 地造成了結果的不準確性，這種簡化對葉片外形設 計的影響較小，但對風輪的風能利用率影響較大。 同時，風輪各葉片之間的干擾也十分強烈,整個流 動非常復雜，如果僅僅依靠葉素理論是完全沒有辦 法得出準確結果的。垂直軸風力發(fā)電機的葉片設計,以前也是按照 水平軸的設計方法，依靠葉素理論來設計。由于垂 直軸風輪的流動比水平軸更加復雜，是典型的大分 離非定常流動，不適合用葉素理論進行分析、設計, 這也是垂直軸風力發(fā)電機長期得不到發(fā)展的一個重要原因。目前，大型水平軸風力發(fā)電機的風能利用率， 絕大部分是由葉片設計方計算所得，一般在40%以 上。如前所述，由于設計方法本身的缺陷，這樣計算 所得的風能利用率的準確性很值得懷疑。當然，風 電廠的風力發(fā)電機都會根據(jù)測得的風速和輸出功 率繪制風功率曲線，但是，此時的風速是風輪后部 測風儀測得的風速參見，要小于來流風速,風功率 曲線偏高，必須進行修正。應用修正方法修正后， 水平軸的風能利用率要降低30%50%。對于小型 水平軸風力發(fā)電機的風能利用率，中國空氣動力研 究與發(fā)展中心曾做過相關的風洞實驗，實測的利用率在 23%29%o水平軸風輪的起動性能好已經是個共識，但是 根據(jù)中國空氣動力研究與發(fā)展中心對小型水平軸 風力發(fā)電機所做的風洞實驗來看，起動風速一般在 45m/s之間，最大的居然達到5.9m/s,這樣的起 動性能顯然是不能令人滿意的。垂直軸風輪的起動 性能差也是目前業(yè)內的共識，特別是對于式型風 輪,完全沒有自啟動能力，這也是限制垂直軸風力 發(fā)電機應用的一個原因。但是,對于式H型風輪,3 所示，卻有相反的結論。根據(jù)筆者的研究發(fā)現(xiàn)，只要 翼型和安裝角選擇合適，完全能得到相當不錯的起 動性能，通過對麟風P2200垂直軸風力發(fā)電機的風 洞實驗來看,這種式H型風輪的起動風速只需要 2m/s,優(yōu)于上述的水平軸風力發(fā)電機。水平軸風力發(fā)電機的葉片在旋轉一周的過程 中,受慣性力和重力的綜合作用，慣性力的方向是 隨時變化的，而重力的方向始終不變，這樣葉片所 受的就是一個交變載荷，這對于葉片的疲勞強度是 非常不利的。另外，水平軸的發(fā)電機都置于幾十米 的高空，這給發(fā)電機的安裝、維護和檢修帶來了很 多的不便。