垂直轴风力机的特点

三、垂直轴风力机的特点

1.垂直轴风力机的优点

同水平轴风力机相比，垂直轴风力机具有以下优点。

（1）垂直轴风力机不需要复杂的偏航对风系统，就可以实现任意风向下的正常运行发电，这样不仅大大简化了控制系统，而且不会因对风系统的偏差而造成能量利用率降低。研究表明，若风向偏离40°，则水平轴风力机的能量利用率将降低约50％。

（2）水平轴风力机的主要设备（发电机、变速箱、制动系统等）需安置在塔柱顶部，安装和维护比较困难；而垂直轴风力机的主要设备可放置在地面，这样大幅度地减少了安装与维护费用，且机组整体稳定性好。

（3）水平轴风力机的叶片通常采用锥形或螺旋形变截面，翼型剖面复杂，故叶片的设计及制造工艺复杂，造价高；而垂直轴风力机的叶片多采用等截面翼型，制造工艺简单，造价低。

（4）水平轴风力机的叶片仅有一端固定，类似于悬臂梁，当叶片处于水平位置时，因重力和气动力的作用而形成很大的弯矩，对叶片的结构强度很不利；而垂直轴风力机的叶片通常采用Troposkien曲线形状，叶片仅受展向张力。

（5）垂直轴风力机可通过适当提高叶轮的高径比（叶轮高度与直径的比值）来增加其扫风面积，可以在增加单机容量的同时减小机组的占地面积，从而提高风力发电场单位面积的风能利用率，有利于垂直轴风力机向大型化、产业化方向发展。

2.垂直轴风力机的缺点(https://www.daowen.com)

当然，垂直轴风力机自身也存在缺点。

（1）风能利用率低。对于水平轴风力机的风能利用率，根据中国空气动力研究与发展中心做的风洞实验，实测的风能利用率为23％～29％。对于垂直轴二叶轮的S形风力机，理想状态下其风能利用率为15％左右，而达里厄型风力机在理想状态下的风能利用率也不到40％。其他结构形式的垂直轴风力机的风能利用率也较低，这是限制垂直轴风力机发展的一个原因。

（2）启动风速高。根据中国空气动力研究与发展中心对水平轴风力机所做的风洞实验，水平轴风力机风轮的启动风速一般为4～5 m/s。垂直轴风力机风轮的启动性能差，特别是达里厄型风力机的Φ形风轮，完全没有自启动能力，这也是限制垂直轴风力机应用的一个原因。但是，对于某些特殊结构的垂直轴风力机的风轮，例如H形风轮，只要翼型和安装角选择合适，这种风轮的启动风速只需要2 m/s。

（3）机组品种少，产品质量不稳定。目前，企业生产的垂直轴风力发电机组大部分是1 kW以下的机组，1～20 kW的机组数量少，质量不稳定，没有批量生产，需进一步完善和产业化。

（4）增速结构复杂。由于垂直轴风力机的叶尖速比较低，叶轮工作转速低于多数水平轴风力机的叶轮工作转速，因此许多垂直轴风力机增速器的增速比较大，增速器的结构也比水平轴风力机的增速器结构复杂，增加了垂直轴风力机的制造成本，也增加了维护和保养增速器的成本。

通过以上分析可以看出，垂直轴风力机具有很好的发展潜力，特别是在大型化发展方面比水平轴风力机更具有优势。我国在垂直轴风力机研制技术方面基本处于刚刚起步阶段，2005年成功研制了第一台完全具有自主知识产权的50 kW垂直轴风力机小型试验机，如图4-47所示。