水平軸與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的比較

水平軸與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的不 同在以下幾個方面：水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片葉片設(shè) 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(yīng)用葉素理論設(shè)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(jié)果的不準(zhǔn)確性，這種簡化對葉片外形設(shè) 計的影響較小，但對風(fēng)輪的風(fēng)能利用率影響較大。 同時，風(fēng)輪各葉片之間的干擾也十分強烈,整個流 動非常復(fù)雜，如果僅僅依靠葉素理論是完全沒有辦 法得出準(zhǔn)確結(jié)果的。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計,以前也是按照 水平軸的設(shè)計方法，依靠葉素理論來設(shè)計。由于垂 直軸風(fēng)輪的流動比水平軸更加復(fù)雜，是典型的大分 離非定常流動，不適合用葉素理論進(jìn)行分析、設(shè)計, 這也是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)長期得不到發(fā)展的一個 重要原因。目前，大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率， 絕大部分是由葉片設(shè)計方計算所得，一般在40%以 o如前所述，由于設(shè)計方法本身的缺陷，這樣計算 所得的風(fēng)能利用率的準(zhǔn)確性很值得懷疑。當(dāng)然，風(fēng) 電廠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都會根據(jù)測得的風(fēng)速和輸出功 率繪制風(fēng)功率曲線，但是，此時的風(fēng)速是風(fēng)輪后部 測風(fēng)儀測得的風(fēng)速參見，要小于來流風(fēng)速,風(fēng)功率 曲線偏高，必須進(jìn)行修正。應(yīng)用修正方法修正后， 水平軸的風(fēng)能利用率要降低30%50%。對于小型 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率，中國空氣動力研 究與發(fā)展中心曾做過相關(guān)的風(fēng)洞實驗，實測的利用 率在23%29%。水平軸風(fēng)輪的起動性能好已經(jīng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)所做的風(fēng)洞實驗來看，起動風(fēng)速一般在 45m/s之間，最大的居然達(dá)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(fēng)輪的起動 性能差也是目前業(yè)內(nèi)的共識，特別是對于式型風(fēng) 輪,完全沒有自啟動能力，這也是限制垂直軸風(fēng)力 發(fā)電機(jī)應(yīng)用的一個原因。但是,對于式H型風(fēng)輪,3 所示，卻有相反的結(jié)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(dāng)不錯的起 動性能，通過對麟風(fēng)P2200垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng) 洞實驗來看,這種式H型風(fēng)輪的起動風(fēng)速只需要2m/s,優(yōu)于上述的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片在旋轉(zhuǎn)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(jī)都置于幾十米 的高空，這給發(fā)電機(jī)的安裝、維護(hù)和檢修帶來了很 多的不便。垂直軸風(fēng)輪的葉片在旋轉(zhuǎn)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(fēng)輪長。同時,垂直軸的發(fā)電機(jī)可以放在風(fēng)輪的下部或是地面，便于安裝和維護(hù)。水平軸與垂 直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的不同在以下幾個方 面：水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片葉片設(shè) 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(yīng)用葉素理論設(shè)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(jié)果的不準(zhǔn)確性，這種簡化對葉片外形設(shè) 計的影響較小，但對風(fēng)輪的風(fēng)能利用率影響較大。 同時，風(fēng)輪各葉片之間的干擾也十分強烈,整個流 動非常復(fù)雜，如果僅僅依靠葉素理論是完全沒有辦 法得出準(zhǔn)確結(jié)果的。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計,以前也是按照 水平軸的設(shè)計方法，依靠葉素理論來設(shè)計。由于垂 直軸風(fēng)輪的流動比水平軸更加復(fù)雜，是典型的大分 離非定常流動，不適合用葉素理論進(jìn)行分析、設(shè)計, 這也是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)長期得不到發(fā)展的一個重要原因。目前，大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率， 絕大部分是由葉片設(shè)計方計算所得，一般在40%以 上。如前所述，由于設(shè)計方法本身的缺陷，這樣計算 所得的風(fēng)能利用率的準(zhǔn)確性很值得懷疑。當(dāng)然，風(fēng) 電廠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都會根據(jù)測得的風(fēng)速和輸出功 率繪制風(fēng)功率曲線，但是，此時的風(fēng)速是風(fēng)輪后部 測風(fēng)儀測得的風(fēng)速參見，要小于來流風(fēng)速,風(fēng)功率 曲線偏高，必須進(jìn)行修正。應(yīng)用修正方法修正后， 水平軸的風(fēng)能利用率要降低30%50%。對于小型 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率，中國空氣動力研 究與發(fā)展中心曾做過相關(guān)的風(fēng)洞實驗，實測的利用率在 23%29%o水平軸風(fēng)輪的起動性能好已經(jīng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)所做的風(fēng)洞實驗來看，起動風(fēng)速一般在 45m/s之間，最大的居然達(dá)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(fēng)輪的起動 性能差也是目前業(yè)內(nèi)的共識，特別是對于式型風(fēng) 輪,完全沒有自啟動能力，這也是限制垂直軸風(fēng)力 發(fā)電機(jī)應(yīng)用的一個原因。但是,對于式H型風(fēng)輪,3 所示，卻有相反的結(jié)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(dāng)不錯的起 動性能，通過對麟風(fēng)P2200垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng) 洞實驗來看,這種式H型風(fēng)輪的起動風(fēng)速只需要 2m/s,優(yōu)于上述的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片在旋轉(zhuǎn)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(jī)都置于幾十米 的高空，這給發(fā)電機(jī)的安裝、維護(hù)和檢修帶來了很 多的不便。