水平轴与垂直轴风力发电机的比较

水平轴与垂直轴风力发电机风力发电机的不 同在以下几个方面：水平轴风力发电机风力发电机的叶片叶片设 计,目前普遍采用的是动量一叶素理论，主要的方 法有法、法等。但是,由于叶素理论忽略了各叶素 之间的流动干扰，同时在应用叶素理论设计叶片叶 片时都忽略了翼型的阻力，这种简化处理不可避免 地造成了结果的不准确性，这种简化对叶片外形设 计的影响较小，但对风轮的风能利用率影响较大。 同时，风轮各叶片之间的干扰也十分强烈,整个流 动非常复杂，如果仅仅依靠叶素理论是完全没有办 法得出准确结果的。垂直轴风力发电机的叶片设计,以前也是按照 水平轴的设计方法，依靠叶素理论来设计。由于垂 直轴风轮的流动比水平轴更加复杂，是典型的大分 离非定常流动，不适合用叶素理论进行分析、设计, 这也是垂直轴风力发电机长期得不到发展的一个 重要原因。目前，大型水平轴风力发电机的风能利用率， 绝大部分是由叶片设计方计算所得，一般在40%以 o如前所述，由于设计方法本身的缺陷，这样计算 所得的风能利用率的准确性很值得怀疑。当然，风 电厂的风力发电机都会根据测得的风速和输出功 率绘制风功率曲线，但是，此时的风速是风轮后部 测风仪测得的风速参见，要小于来流风速,风功率 曲线偏高，必须进行修正。应用修正方法修正后， 水平轴的风能利用率要降低30%50%。对于小型 水平轴风力发电机的风能利用率，中国空气动力研 究与发展中心曾做过相关的风洞实验，实测的利用 率在23%29%。水平轴风轮的起动性能好已经是个共识，但是 根据中国空气动力研究与发展中心对小型水平轴 风力发电机所做的风洞实验来看，起动风速一般在 45m/s之间，最大的居然达到5.9m/s,这样的起 动性能显然是不能令人满意的。垂直轴风轮的起动 性能差也是目前业内的共识，特别是对于式型风 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,对于式H型风轮,3 所示，却有相反的结论。根据笔者的研究发现，只要 翼型和安装角选择合适，完全能得到相当不错的起 动性能，通过对麟风P2200垂直轴风力发电机的风 洞实验来看,这种式H型风轮的起动风速只需要2m/s,优于上述的水平轴风力发电机。水平轴风力发电机的叶片在旋转一周的过程 中,受惯性力和重力的综合作用，惯性力的方向是 随时变化的，而重力的方向始终不变，这样叶片所 受的就是一个交变载荷，这对于叶片的疲劳强度是 非常不利的。另外，水平轴的发电机都置于几十米 的高空，这给发电机的安装、维护和检修带来了很 多的不便。垂直轴风轮的叶片在旋转的过程中的受力情 况要比水平轴的好的多，由于惯性力与重力的方向 始终不变，所受的是恒定载荷，因此疲劳寿命要比 水平轴风轮长。同时,垂直轴的发电机可以放在风轮的下部或是地面，便于安装和维护。水平轴与垂 直轴风力发电机风力发电机的不同在以下几个方 面：水平轴风力发电机风力发电机的叶片叶片设 计,目前普遍采用的是动量一叶素理论，主要的方 法有法、法等。但是,由于叶素理论忽略了各叶素 之间的流动干扰，同时在应用叶素理论设计叶片叶 片时都忽略了翼型的阻力，这种简化处理不可避免 地造成了结果的不准确性，这种简化对叶片外形设 计的影响较小，但对风轮的风能利用率影响较大。 同时，风轮各叶片之间的干扰也十分强烈,整个流 动非常复杂，如果仅仅依靠叶素理论是完全没有办 法得出准确结果的。垂直轴风力发电机的叶片设计,以前也是按照 水平轴的设计方法，依靠叶素理论来设计。由于垂 直轴风轮的流动比水平轴更加复杂，是典型的大分 离非定常流动，不适合用叶素理论进行分析、设计, 这也是垂直轴风力发电机长期得不到发展的一个重要原因。目前，大型水平轴风力发电机的风能利用率， 绝大部分是由叶片设计方计算所得，一般在40%以 上。如前所述，由于设计方法本身的缺陷，这样计算 所得的风能利用率的准确性很值得怀疑。当然，风 电厂的风力发电机都会根据测得的风速和输出功 率绘制风功率曲线，但是，此时的风速是风轮后部 测风仪测得的风速参见，要小于来流风速,风功率 曲线偏高，必须进行修正。应用修正方法修正后， 水平轴的风能利用率要降低30%50%。对于小型 水平轴风力发电机的风能利用率，中国空气动力研 究与发展中心曾做过相关的风洞实验，实测的利用率在 23%29%o水平轴风轮的起动性能好已经是个共识，但是 根据中国空气动力研究与发展中心对小型水平轴 风力发电机所做的风洞实验来看，起动风速一般在 45m/s之间，最大的居然达到5.9m/s,这样的起 动性能显然是不能令人满意的。垂直轴风轮的起动 性能差也是目前业内的共识，特别是对于式型风 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,对于式H型风轮,3 所示，却有相反的结论。根据笔者的研究发现，只要 翼型和安装角选择合适，完全能得到相当不错的起 动性能，通过对麟风P2200垂直轴风力发电机的风 洞实验来看,这种式H型风轮的起动风速只需要 2m/s,优于上述的水平轴风力发电机。水平轴风力发电机的叶片在旋转一周的过程 中,受惯性力和重力的综合作用，惯性力的方向是 随时变化的，而重力的方向始终不变，这样叶片所 受的就是一个交变载荷，这对于叶片的疲劳强度是 非常不利的。另外，水平轴的发电机都置于几十米 的高空，这给发电机的安装、维护和检修带来了很 多的不便。