垂直轴风力机的现在和未来
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2024年垂直轴风力发电机市场规模分析1. 引言垂直轴风力发电机是一种利用空气流动产生的动能转化为电能的设备。
近年来,随着对可再生能源的重视和环境保护意识的增强,垂直轴风力发电机市场逐渐兴起。
本文将对垂直轴风力发电机市场规模进行分析。
2. 市场规模概述垂直轴风力发电机市场规模根据不同地区和应用领域的需求而有所差异。
目前,全球垂直轴风力发电机市场规模呈现出稳步增长的趋势。
以下是市场规模的主要特点:•地区差异:垂直轴风力发电机市场在不同地区的规模存在差异。
发达国家和地区,如美国和欧洲,是该市场的主要消费地。
亚太地区的市场也在逐渐崛起,预计将成为未来市场的重要增长点。
•应用领域:垂直轴风力发电机的应用领域多样化,包括城市供电、农村电力、工业电力等。
其中,城市供电是市场规模最大的领域,占据总体市场份额的大部分。
3. 市场规模分析根据相关调研数据和市场预测,垂直轴风力发电机市场规模将在未来几年持续增长。
以下是市场规模分析的几个关键点:•市场增长趋势:垂直轴风力发电机市场在近几年保持了较高的增长率,预计未来几年仍将保持稳定增长。
主要驱动因素包括政府政策的支持、技术创新的推动以及能源转型的需求增加。
•市场预测:根据市场预测,2025年全球垂直轴风力发电机市场规模预计将达到X亿美元,年均复合增长率为X%。
亚太地区的市场份额有望加大,成为市场增长的主要推动力。
•竞争格局:市场竞争激烈,主要厂商包括ABC公司、XYZ公司等。
随着市场规模的扩大,新进入市场的竞争者也在增多。
技术创新和产品质量将成为厂商竞争的关键因素。
4. 市场机遇与挑战垂直轴风力发电机市场存在着一些机遇和挑战,需要相关企业和政府部门共同努力应对:•市场机遇:随着可再生能源需求的增加和环境保护意识的提高,垂直轴风力发电机市场面临着广阔的发展机遇。
政府政策的支持和技术创新的推动也为市场发展提供了良好的环境。
•市场挑战:垂直轴风力发电机市场面临着一些挑战,如技术难题、成本问题以及对风能资源的限制。
垂直轴风机发展趋势垂直轴风机(VAWT)作为一种创新型的风能转换装置,在近年来得到了越来越多的关注和研究。
与传统的水平轴风机(HAWT)相比,VAWT具有许多优点,例如结构简单、设计灵活、起风速低、适应性强等。
因此,VAWT在垂直轴风机发展趋势方面有着极大的潜力。
1.提高效率:为了提高VAWT的风能转换效率,研究人员正在不断寻求新的设计和材料。
一种常见的改进方法是采用更高效的叶片设计,例如改变叶片形状、采用翼型叶片等。
此外,使用新型高性能材料也可以提高效率。
通过这些改进,VAWT的风能转换效率将会大幅提升。
2.减小噪音:垂直轴风机往往比水平轴风机产生更低的噪音。
然而,在城市和居民区域安装VAWT仍然存在着噪音问题。
因此,研究人员目前正致力于减小VAWT的噪音水平。
一种方法是通过改变叶片形状和布局来减少气流噪音。
另一种方法是采用新型的减振材料来减少机械噪音。
这些改进将有助于将VAWT更广泛地应用于城市环境。
3.提高可靠性和耐久性:为了提高VAWT的可靠性和耐久性,研究人员正在开发新的结构和材料。
目前,许多VAWT使用钢铁或铝合金作为主要结构材料,但这些材料容易生锈和腐蚀。
因此,研究人员正在寻求使用耐腐蚀性更好的材料,例如复合材料和纳米涂层。
此外,结构优化和疲劳分析也可以提高VAWT的耐久性,延长其使用寿命。
4.提高可视性:由于VAWT可以在低风速条件下运行,因此其安装位置更加灵活。
VAWT可以安装在建筑物的屋顶、景观区域、停车场等地方,以最大限度地利用风能资源。
然而,VAWT的可视性问题是限制其在城市和居民区域安装的一个重要因素。
为了解决这个问题,研究人员正在开发新的设计和材料,使VAWT更加美观和融入周围环境。
5.发展智能化和自适应控制技术:随着智能技术的飞速发展,智能化和自适应控制技术将在VAWT中得到广泛应用。
通过添加传感器和数据采集系统,可以实现对风速、温度、湿度等环境参数的实时监测和数据分析。
2024年垂直轴风力发电机市场分析现状引言垂直轴风力发电机作为一种新型的可再生能源发电设备,近年来在市场上得到了越来越多的关注。
本文将对垂直轴风力发电机市场的现状进行分析和总结,以了解其发展态势。
市场规模垂直轴风力发电机市场在过去几年中快速增长,主要受益于全球对可再生能源的日益重视。
根据市场研究机构的数据,2019年全球垂直轴风力发电机市场规模达到了XX万美元,预计到2025年将增长到XX万美元。
这显示了市场的潜力和增长动力。
市场驱动因素垂直轴风力发电机市场的增长主要受到以下几个因素的驱动:环境保护意识增强随着全球气候变化的加剧和环境污染问题的突出,政府和社会对可再生能源的需求不断增加。
垂直轴风力发电机作为一种低碳、环保的能源发电设备,因此受到广泛关注。
能源需求增长全球能源需求持续增长,传统能源的供应面临压力。
垂直轴风力发电机作为一种可再生能源发电设备,能够为能源供应带来新的选择,因此成为解决能源需求增长的重要手段。
技术进步和成本下降垂直轴风力发电机技术不断改进,效率提升,同时相关设备和材料的成本逐渐降低。
这使得垂直轴风力发电机在成本效益和性能方面更具竞争力,加速了市场的发展。
市场面临的挑战虽然垂直轴风力发电机市场发展迅猛,但仍面临一些挑战:空间占用和视觉影响垂直轴风力发电机相较于传统的水平轴风力发电机在空间占用方面更具优势,但仍然需要一定的土地或海域。
此外,垂直轴风力发电机的外观较为突出,在城市等区域的使用可能受到限制。
不稳定的供电垂直轴风力发电机的风能利用效率受到天气和环境变化的影响,导致供电不稳定。
这对于电网的稳定运行提出了一定的挑战,需要结合储能技术来解决。
市场前景和发展趋势尽管面临一些挑战,垂直轴风力发电机市场仍具有广阔的前景和发展空间。
未来几年,市场有望出现以下趋势:技术创新和进一步成本降低随着对垂直轴风力发电机技术的不断研发和改进,其效率和性能将进一步提升,同时相关设备和材料的成本也将进一步降低,增强市场竞争力。
2024年垂直轴风力发电机市场环境分析1. 引言垂直轴风力发电机是一种新兴的清洁能源发电技术,具有独特的设计和运行原理。
本文将对垂直轴风力发电机市场环境进行分析,包括市场规模、市场竞争、政策环境等方面内容。
2. 市场规模垂直轴风力发电机市场在过去几年中迅猛发展。
根据市场研究机构的数据,2019年全球垂直轴风力发电机市场规模达到XX亿美元,预计未来几年将继续保持高速增长。
市场规模的增长主要受到全球对清洁能源的需求增加和政府对可再生能源的支持政策的推动。
3. 市场竞争垂直轴风力发电机市场竞争激烈,主要的竞争对手包括国内外的发电设备制造商和风力发电技术提供商。
目前市场上存在着多家知名企业,它们通过产品创新、技术研发和市场营销等手段来提升自身竞争力。
市场竞争主要体现在产品的性能、价格、可靠性和运营维护等方面。
垂直轴风力发电机具有一些优势,例如其结构简单、占地面积小、适应性强等特点,这些优势使得其在适合的环境下具有竞争力。
4. 政策环境政府的支持政策对垂直轴风力发电机市场的发展起到重要推动作用。
各国政府纷纷出台了一系列鼓励清洁能源发展的政策和法规,其中包括对垂直轴风力发电机的补贴政策、税收减免等。
这些政策的出台为垂直轴风力发电机行业提供了良好的市场环境和发展机遇。
5. 市场前景垂直轴风力发电机市场前景广阔。
随着能源消耗需求的不断增长以及全球对环境污染的关注度提高,清洁能源发展成为各国共同的目标。
垂直轴风力发电机作为一种新兴的清洁能源技术,具备成长性和潜力。
未来几年,预计垂直轴风力发电机市场将继续保持高速增长。
技术的创新和市场需求的增加将推动行业的发展。
同时,随着成本的进一步降低和效率的提高,垂直轴风力发电机的竞争力将进一步增强。
6. 结论垂直轴风力发电机市场具有广阔的发展前景。
市场规模在不断扩大,竞争也在日益激烈。
政府的支持政策和技术的创新将进一步推动市场的发展。
对于进入垂直轴风力发电机市场的企业来说,需要加大研发投入、提高产品性能以及积极把握市场机遇。
垂直轴风机发展趋势
首先,从技术发展的角度来看,VAWT目前面临的主要技术挑战是提
高能量转换效率和降低噪音。
相对于传统的水平轴风机(Horizontal
Axis Wind Turbine,简称HAWT),VAWT的能量转换效率较低,这主要是
由于其叶片在运动过程中遇到的气流速度和方向变化较大导致的。
因此,
未来的技术发展重点将放在提高叶片的设计和结构,以增加能量捕捉效率。
其次,从市场应用的角度来看,VAWT在城市和低海拔地区的应用潜
力巨大。
由于VAWT具有较小的占地面积和较低的环境噪音,可以更容易
地安装在城市屋顶、大楼和桥梁等高度有限的区域。
因此,未来的市场应
用将更加关注城市化地区和人口稠密地区。
此外,VAWT还可以应用于离岛、远离电网或资源匮乏的地方,为当地居民提供可再生能源。
最后,从研究前景的角度来看,VAWT的研究将会聚焦在多领域交叉
创新上。
比如,通过材料科学和工程技术的创新,开发新型叶片材料,提
高VAWT的耐风性和抗腐蚀性能;通过电力系统和智能控制技术的发展,
实现VAWT的智能化管理和网格集成。
此外,与其他能源技术和设备的结合,如太阳能、蓄能系统和电动车充电桩的结合等,也将成为VAWT研究
的重点。
综上所述,垂直轴风机作为一种新兴的风能利用设备,具有一些优点
和发展趋势。
未来的发展将集中在技术创新、市场应用和研究前景等方面。
随着技术的进步和应用范围的扩大,相信垂直轴风机将成为可再生能源领
域的重要组成部分。
万方数据 万方数据现代制造工程2010年第3期综述3.6叶片制造由于水平轴风力发电机大部分是升力型风力机,这种风力发电机的工作原理类似飞机升力原理,因此叶片的截面也为变截面翼形,而且由于水平轴风力发电机正在向巨型化方向发展,叶片的尺寸越来越大,因此制造风力机叶片模具需要很多投资,工艺也复杂,风力发电机成本增大。
而垂直轴风力发电机的叶片截面均为等截面,可用挤出模来制造,相对制造简单,即使叶片尺寸很大,制造成本也很低。
4垂直轴风力发电机的缺点4.1风能利用率目前,大型水平轴风力发电机的风能利用率一般在40%以上。
对于水平轴风力发电机的风能利用率,根据中国空气动力研究与发展中心做的风洞实验,实测的利用率在23%一29%¨o|。
对垂直轴二叶轮的S型风力发电机,理想状态下的风能利用系数为15%左右,而达里厄型风力发电机在理想状态下的风能利用系数也不到40%H1|。
其他结构形式的垂直轴风力发电机的风能利用系数也较低,这也是限制垂直轴风力发电机发展的一个原因。
4.2起动风速根据中国空气动力研究与发展中心对水平轴风力发电机所做的风洞实验,起动风速一般在4—5—n/s之间。
垂直轴风轮的起动性能差HJ,特别对于达里厄式①型风轮,完全没有自启动能力,这也是限制垂直轴风力发电机应用的一个原因。
但是,对于某些特殊结构的垂直轴风力发电机,例如H型风轮,只要翼形和安装角选择合适,这种风轮的起动风速只需要2·ll/s。
4.3机组品种和产品质量目前,企业生产的垂直轴风力发电机组大部分是1kW以下的机组,1~20kW的机组数量少、质量不稳定、没有批量,需进一步完善和产业化。
少数企业产品可靠性差,售后服务不好,有的产品没有通过国家指定的检测机构测试合格就批量生产销售,严重损害了用户利益¨o。
4.4增速结构由于垂直轴风力机的尖速比较低,叶轮工作转速低于多数水平轴风力机,因此许多垂直轴风力发电机增速器的增速比较大,增速器的结构也比水平轴风力发电机的增速器结构复杂,增加了垂直轴风力发电机的制造成本,也增加了维护和保养增速器的成本。
垂直轴风力发电机市场前景分析1. 引言垂直轴风力发电机以其独特的结构和性能优势逐渐成为可再生能源领域的热门选择。
本文将对垂直轴风力发电机市场的前景进行分析,以了解其未来发展的趋势和潜力。
2. 垂直轴风力发电机的优势2.1 结构特点垂直轴风力发电机采用垂直的转轴,相较于传统的水平轴风力发电机,具有更灵活的布局和更小的占地面积。
此外,垂直轴风力发电机还能够适应复杂的气流条件,比如垂直轴旋转,无需风向传感器。
2.2 高效能源利用垂直轴风力发电机利用垂直方向上的风能,能够在各种风向下进行高效发电,不受风向的限制。
这使得其在城市和山区等气流复杂的地区具有更多应用潜力。
2.3 低噪音和视觉影响垂直轴风力发电机的设计使其转子位于塔架之下,减少了产生噪音和视觉影响的可能性。
这使得其更适合在城市和居民区等对噪音和景观要求较高的环境中使用。
3. 垂直轴风力发电机市场现状分析3.1 市场规模目前,垂直轴风力发电机市场仍处于起步阶段,规模相对较小。
然而,随着可再生能源发展的重视和技术进步的推动,市场对垂直轴风力发电机的需求正在逐渐增长。
3.2 市场发展趋势随着技术的不断成熟和经济效益的提升,垂直轴风力发电机市场有望迎来快速增长。
预计未来几年,随着政府对可再生能源的支持力度增大和技术的进一步突破,垂直轴风力发电机将成为主流市场上的重要角色。
3.3 市场竞争格局目前,垂直轴风力发电机市场主要由一些国际大型公司和一些新兴的科技企业主导。
一方面,大型公司具有技术、资金和市场渠道等方面的优势;另一方面,新兴企业在技术创新、产品设计等方面更具活力。
预计未来,市场将呈现出合作共赢的竞争格局。
4. 垂直轴风力发电机市场前景分析4.1 市场驱动因素4.1.1 可再生能源政策支持各国政府纷纷推出鼓励可再生能源发展的政策和激励措施,给垂直轴风力发电机市场带来了巨大的发展机遇。
4.1.2 能源安全和环境保护需求人们对能源安全和环境保护的关注日益增加,垂直轴风力发电机作为清洁能源的代表,具有巨大的市场潜力。
1. 概述在全球范围内,能源问题一直是国际社会的关注焦点。
随着环境保护意识的增强和传统能源资源的日益枯竭,可再生能源作为一种清洁、可持续的能源形式,受到了越来越多的关注。
而风能作为可再生能源的一种,已经成为各国发展清洁能源的重要选择之一。
在风能发电技术中,垂直轴风力发电机因其独特的结构和性能,备受关注。
本文将探讨国外垂直轴风力发电机的发展现况和趋势。
2. 国外垂直轴风力发电机的发展现况垂直轴风力发电机因其垂直的旋转轴线,以及与地面垂直方向的叶片布局,不受风向的限制,具有更好的风向适应性,可以克服传统水平轴风力发电机在风向变化时的转向机构设计和运行故障问题。
其受到了研究和应用领域广泛的关注。
经过多年的研发和实践,国外垂直轴风力发电机已经取得了一定的技术突破和进展。
其技术特点和发展现状主要体现在以下几个方面:1) 结构设计创新:国外各大科研机构和企业在垂直轴风力发电机的结构设计上进行了大量的创新研究,提出了一系列符合实际应用需求的设计方案。
采用了更加轻巧、稳定的叶片设计,提高了转子的可靠性和转动效率;采用了模块化设计,降低了制造成本和维护成本等。
2) 材料和制造工艺的改进:随着新材料和制造工艺的不断发展,垂直轴风力发电机的叶片、塔架等关键部件的材料和工艺也得到了很大程度的改进,提高了其结构强度和使用寿命。
3) 风场适应性优势凸显:由于其特殊的结构设计,垂直轴风力发电机在复杂的风场环境中表现出更好的适应性和稳定性,大大降低了运行风险。
3. 国外垂直轴风力发电机的发展趋势随着全球清洁能源市场的迅速发展,国外垂直轴风力发电机的发展也呈现出一些明显的趋势:1) 技术研发持续深入:未来,国外各大科研机构和企业将继续深入开展垂直轴风力发电机的技术研发工作,不断提高其效率和可靠性,降低成本,以满足不断增长的市场需求。
2) 多元化的应用场景:垂直轴风力发电机逐渐在城市、高楼大厦等区域得到应用,成为一种新的城市绿色能源形式,未来其应用场景将更加多元化,满足不同领域的能源需求。
2023年垂直轴风力发电机行业市场发展现状垂直轴风力发电机是一种新型的风能利用设备,相较于传统的水平轴风力发电机,具有多个优点。
近年来,随着环保意识不断增强以及新能源政策的支持,垂直轴风力发电机行业市场也越来越火热,成为了新能源市场的重要一环。
发展现状1. 出现新的垂直轴风力发电机企业随着垂直轴风力发电技术的不断成熟,越来越多的企业涌入这一市场。
这些企业涵盖了整个产业链,包括垂直轴风力发电机的设计、制造、销售和运营,具有较强的竞争力。
2. 设备技术不断创新随着垂直轴风力发电技术和市场需求的不断变化,垂直轴风力发电机也不断提升技术水平和性能,发展出多种型号和规格,使其更适合不同的应用场景。
3. 政策支持力度逐渐加大中国政府一直积极推动新能源的发展,加大了对垂直轴风力发电机行业市场的政策支持力度。
通过不断完善政策,推动垂直轴风力发电机的应用和规模化发展。
市场趋势1. 行业快速增长随着垂直轴风力发电技术的不断成熟和应用范围的逐渐拓展,垂直轴风力发电机行业呈现出爆发式增长的趋势。
预计未来几年内,行业规模将持续扩大。
2. 产业链逐渐完善随着市场需求的不断增长,垂直轴风力发电机的产业链正在逐渐完善。
从垂直轴风力发电机的设计、制造、销售和运营等多个方面,不断涌现出专业化、分工明确的企业。
3. 投资规模逐渐扩大随着市场的不断扩大和政策的不断支持,越来越多的投资者开始涌入垂直轴风力发电机行业,增加了企业的发展资金和技术支持。
4. 国际化程度不断提升随着全球新能源市场的不断发展,垂直轴风力发电机行业也在逐步实现国际化。
越来越多的垂直轴风力发电机企业开始向海外市场拓展,为国际市场提供更好的产品和服务。
结论垂直轴风力发电机行业市场的发展具有很大的潜力和市场空间,同时也面临着一些挑战,如行业标准不完善、技术水平和制造工艺有待提升等问题。
但总体来说,垂直轴风力发电机行业仍然是一个非常具有前景的新能源市场,将为中国的新能源发展提供更强的动力。
垂直轴风力机的现在和未来摘要:本文主要介绍小型垂直轴风力机的类型,各类小型垂直轴风力机的优缺点、小型垂直轴风力机的设计思想,以及小型垂直轴风力机主要设计参数的关联性和未来垂直轴风力机的发展方向,也简要介绍了磁悬浮在垂直轴风力机中的应用状态。
0 引言小型垂直轴风力机具有无需对风向、无噪音、安全、可靠、外形美观和维护简单等优点,目前已经开始应用于城市中心区域的公共照明、居民家庭、大型户外广告、电信基站、油田、风电大楼、高速公路全程监控系统、游船、乡村电站等领域。
由于国内外各垂直轴风力机制造商使用的研发手段、研发工具的差异以及研发技术水平的参差不齐,导致垂直轴风力机外观五花八门,大部分的产品性能难以与水平轴风力机相提并论。
使得主流风力机厂商(大型水平轴风力机制造商)未进入该行业,也造成用户对垂直轴风力机产生很多认识上的误区。
但因其具有传统水平轴风力机难以比拟的优势,其地位也被越来越多的人重视,近些年越来越多的人摒弃传统观念,投入到该行业的研究与开发当中。
1垂直轴风力机分类根据驱动垂直轴风力机转动的气动力的不同,垂直轴风力机可分为两个主要类别,一类是利用空气产生的阻力作功,典型的结构是萨布纽斯型风力机( 有时也称为S 型风力机)。
它通常由两枚轴线错开的半圆柱形叶片组成,也有用3 至4 枚的,这种风力机往往上、下重叠多层。
其优点是启动转矩较大,缺点是由于围绕着风轮产生不对称气流,从而对它产生侧向推力更易产生振动,同时迎风面积大,抗风能力差,而且效率都很低,因此较难以商业化。
另一类是利用空气产生的升力作功,叶片具翼型剖面,空气绕叶片流动产生的合力形成转矩。
最典型的是达里厄(Darrieus)型垂直轴风力机和衍生出的H 型垂直轴风力机。
达里厄(Darrieus)型风力机的结构型式有Φ型和特殊的Δ型,其叶片多为2-3 枚,装置简单,成本也较低,但启动性能差,因此也有人把这种风力机和萨布纽斯风力机组合在一起使用。
H 型垂直轴风力机结构型式较多,叶片和轴的连接形式也多样化,不同的连接形式将影响风力机的气动性能和力学结构。
通过对翼型、攻角、叶片数量和实度比等参数较好的选择,以及良好的结构设计后,该型垂直轴风力机具有较好的空气动力学性能,其风能/ 电能的转换效率可达到26%左右。
2 垂直轴风力机现状摘要:本文主要介绍小型垂直轴风力机的类型,各类小型垂直轴风力机的优缺点、小型垂直轴风力机的设计思想,以及小型垂直轴风力机主要设计参数的关联性和未来垂直轴风力机的发展方向,也简要介绍了磁悬浮在垂直轴风力机中的应用状态。
0 引言小型垂直轴风力机具有无需对风向、无噪音、安全、可靠、外形美观和维护简单等优点,目前已经开始应用于城市中心区域的公共照明、居民家庭、大型户外广告、电信基站、油田、风电大楼、高速公路全程监控系统、游船、乡村电站等领域。
由于国内外各垂直轴风力机制造商使用的研发手段、研发工具的差异以及研发技术水平的参差不齐,导致垂直轴风力机外观五花八门,大部分的产品性能难以与水平轴风力机相提并论。
使得主流风力机厂商(大型水平轴风力机制造商)未进入该行业,也造成用户对垂直轴风力机产生很多认识上的误区。
但因其具有传统水平轴风力机难以比拟的优势,其地位也被越来越多的人重视,近些年越来越多的人摒弃传统观念,投入到该行业的研究与开发当中。
1垂直轴风力机分类根据驱动垂直轴风力机转动的气动力的不同,垂直轴风力机可分为两个主要类别,一类是利用空气产生的阻力作功,典型的结构是萨布纽斯型风力机( 有时也称为S 型风力机)。
它通常由两枚轴线错开的半圆柱形叶片组成,也有用3 至4 枚的,这种风力机往往上、下重叠多层。
其优点是启动转矩较大,缺点是由于围绕着风轮产生不对称气流,从而对它产生侧向推力更易产生振动,同时迎风面积大,抗风能力差,而且效率都很低,因此较难以商业化。
另一类是利用空气产生的升力作功,叶片具翼型剖面,空气绕叶片流动产生的合力形成转矩。
最典型的是达里厄(Darrieus)型垂直轴风力机和衍生出的H 型垂直轴风力机。
达里厄(Darrieus)型风力机的结构型式有Φ型和特殊的Δ型,其叶片多为2-3 枚,装置简单,成本也较低,但启动性能差,因此也有人把这种风力机和萨布纽斯风力机组合在一起使用。
H 型垂直轴风力机结构型式较多,叶片和轴的连接形式也多样化,不同的连接形式将影响风力机的气动性能和力学结构。
通过对翼型、攻角、叶片数量和实度比等参数较好的选择,以及良好的结构设计后,该型垂直轴风力机具有较好的空气动力学性能,其风能/ 电能的转换效率可达到26%左右。
2 垂直轴风力机现状由于垂直轴风力机不仅具有低转速、大扭矩的特性,而且垂直轴风力机叶片连接结构多为箱梁式结构,具有稳定性好的特点,同时由于垂直轴风力机尖速比低于同功率的水平轴风力机,风轮重量又远大于同功率的水平轴风力机风轮,垂直风轮的转动惯量也远大于相同功率的水平轴风力机,所以垂直轴风力机不仅具有无噪音、安全性好等应用性优点,还具有风速变化时转速突变较小,电压和功率波动相对较平缓,对电网的影响小的优点,因此不仅可作为离网型风力机系统广泛应用于城市、楼顶、通信、户外广告、海岛、乡村电站、油田抽油机等风资源较好的各个领域,也可以组建并网系统。
2.1垂直轴风力机的类型目前世界上依然有阻力型和升力型两大类垂直轴风力机在应用。
2.1.1 阻力型垂直轴风力机典型的阻力型垂直轴风力机特点是启动性好、低转速,缺点是风能利用率低、无法实现气动限速功能、抗台风能力弱。
该类风力机适用场合较少,仅适合常年风速较低、对风能利用率要求不高、无台风的地区使用。
2.1.2 升力型垂直轴风力机升力型垂直轴风力机外形差异较大,简单的分类又有如下几种。
第一种是经典达里厄型。
经典达里厄型风力机叶片弦宽较小、叶片数量2-3 个,启动性能差,需要借助其他手段启动,但最大的缺陷在于由于叶片的连接结构形式,风力机无法实现气动限速,因此强风时就无法运转,否则风力机极易解体。
如果作为并网型风力机,该产品应用范围较窄,但优点是无需塔架,风力机结构简单、成本低。
第二种升力型为直叶片H 型,直叶片H 型风力机如果设计得当,可实现气动限速而达到超速控制的目的,但该类型风力机叶片和轴的连接方式呈多样化,通过叶片和轴的不同连接方法,风轮将获得不同的力学和气动特性。
此外,H 型直叶片还衍生出双H 型直叶片垂直轴风力机。
A 类是叶片两端和轴平行连接。
这种风轮叶片两端和轴平行连接,气动性能较优,但轴长度高,受到的弯矩较大,不利于风轮的力学特性。
B 类是将风轮轴缩短到最低限度,风轮轴仅为发电机轴的突出部位,连接叶片的部件倾斜和发电机轴连接,并和叶片在叶片的中部连接,由于轴短,因此轴所受弯矩最小,轴载荷就小,有利于轴的设计并降低风力机重量和成本。
但当风轮转动后,由于风轮内、外以及风轮内部各点的空气压差不同,上、下“敞开”的风轮将造成风轮内、外压差损失,而压差正是升力型垂直轴风力机产生转动力矩的最重要因素。
该型风力机是以牺牲气动效率达到力学结构最优为目的,因此在叶片、实度、叶片数量等各项设计相同条件下效率较低。
C 类是将轴相应地缩短到叶片长度的1/2 左右,这种风轮结构兼顾风轮的气动性能和力学结构,如果再配合其它手段减小风轮转动时风轮内外的压差损失,将基本获得和叶片在两端连接的垂直轴风力机相同的气动效率,同时力学性能也较佳, 最适合商业化。
第三种升力型为变形的H 型垂直轴风力机,即旋翼型垂直轴风力机,在H 型基础上叶片呈扭曲斜向布置,可消除风力机的“死点”,并在高转速下可有限降低阻力。
但由于该型风力机在各个水平方向截面的力矩都很小,因此该类风力机如果叶片弦宽较小时需要很高的启动风速,而且该型风力机叶片连接方式使叶片攻角无法改变,因此也就无法实现气动超速控制,一般仅能通过卸载电阻做超速控制,只适合百瓦级风力机,不利于向大、中型方向发展。
2.1.3 混合型垂直轴风力机混合型风力机即将萨布纽斯阻力风轮置于达里厄升力型风轮中央,以达到改善达里厄风力机启动性能的目的。
但由于经典萨布纽斯风轮最佳线速度为空气来流速度的1/3,因此决定该型风轮效率的主要因素不是达里厄风轮而是萨布纽斯风轮和萨布纽斯风轮直径和达里厄风轮直径的比值,比值约接近1 其效率也越接近萨布纽斯风轮的效率,但如果该比值很小,则将失去改善启动性能的功能。
对于这种混合型风轮,较好的设计是利用一个超越离合器将两种风轮在一定转速下分离,可适当提高混合型风轮的风能利用率。
但由于萨布纽斯风轮对达里厄风轮的扰流作用,这种混合风轮的效率依然很低,而且这种风轮和达里厄风轮一样具有无法对风轮实现气动限速的缺点,可利用风速范围较窄;优点是结构简单、成本低。
上述大多数升力型垂直轴风力机叶片安装角(叶片弦线和风轮切线之间的夹角)一般为固定式,安装角固定的升力型风力机相对结构简单,但难以实现气动超速控制,为了达到超速控制的目的,扩大可利用风速范围,现有绝大部分小型升力型垂直轴风力机都采用卸载电阻或短路方式进行超速控制,但通过大量风洞实验证明,利用卸载电阻甚至于短路方式仅适合应用于有限风速条件下和百瓦级垂直轴风力机,高风速下和较大型垂直轴风力机并不适合用卸载电阻或短路用于超速控制。
还有一款是有限可变安装角的小型垂直轴风力机是所谓“有限可变安装角”是指叶片安装角在有限范围内受控变化。
有限可变安装角垂直轴风力机如同水平轴风力机的变浆距功能,不提高垂直轴风力机的效率,仅实现超速控制。
该技术的应用扩大了垂直轴风力机的可利用风速范围,适合于千瓦级垂直轴风力机做超速控制,极大地提高了千瓦级垂直轴风力机的商业应用价值,为千瓦级垂直轴风力机的商业化奠定了基础。
2.2 垂直轴风力机叶片数量、实度比和启动性直叶片H 型垂直轴风力机的叶片数量通常从2 个到5 个甚至更多,但不同叶片数量是影响启动性能的重要原因之一。
叶片数量少,启动时垂直轴风力机的“死点”位置越多,2 或3个叶片风轮“死点位置最多,4 个叶片较少,5 个叶片基本无”死点“位置。
所谓“死点”即叶片处于风轮某个位置时,无论风速多高风力机都不能自启动。
其原因是在该位置下气流作用在叶片上的扭矩不足以使叶片转动;但较多的叶片相当于提高了实度比(垂直轴风力机的实度比是叶片宽度之和除以风轮圆周长度),当实度比较高并达到一定数值后,风轮转动时前面叶片产生的扰流将影响后面叶片,风力机效率将开始下降;而较低的实度比在空载条件下能获得较高的转速,但带载能力又较差,垂直轴风力机实度比选择和水平风力机实度比选择不同,较合适的实度比为0.2 ~0.25 左右。
H 型直叶片还衍生出双直翼型,双直翼型相当于提高了风力机的实度比,可提高启动性能。
该类型风力机的设计思想来源于双翼飞机,但双翼在做直线运动和回旋运动时的气动特性差异很大。