垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风,在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势,它不仅使结构设计简化,而且也减少了风轮对风时的陀螺力。
尽管风力发电机多种多样,但归纳起来可分为两类:①水平轴风力发电机,风轮的旋转轴与风向平行;②垂直轴风力发电机,风轮的旋转轴垂直于地面或者气流的方向。
利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型,其中有利用平板和杯子做成的风轮,这是一种纯阻力装置;S型风车,具有部分升力,但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩,但尖速比低,在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下,提供的功率输出低。
达里厄式风轮是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。在20世纪70年代,加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究,是水平轴风力发电机的主要竞争者。达里厄式风轮是一种升力装置,弯曲叶片的剖面是翼型,它的启动力矩低,但尖速比可以很高,对于给定的风轮重量和成本,有较高的功率输出。世界上有多种达里厄式风力发电机,如Φ型,Δ型,Y型和H型等。这些风轮可以设计成单叶片,双叶片,三叶片或者多叶片。
其他形式的垂直轴风力发电机有马格努斯效应风轮,他由自旋的圆柱体组成,当它在气流中工作时,产生的移动力是由于马格努斯效应引起的,其大小与风速成正比。有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔,通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流,以增加速度,偶写还利用太阳能或者燃烧某种燃料,是水平气流变成垂直方向的气流。
垂直轴风力发电机——使风电建筑一体化成为可能
风力发电和太阳能发电一样,最初是为了解决应急电源和边远地区供电而开发出来的产品,因而在最初发展并不是很快。
到了上个世纪二、三十年代,全球经济危机带来的能源紧张,让世界各国的专家想到了以风力发电作为补充能源的可行性。第二次世界大战后,各国纷纷进行研究,由于当时的技术水平较差,启动风速要求较高,发电噪音也很大,所以只能将风力发电机放在人迹罕至的地方或风力较大的地方。设备也是往大型风力发电机发展,专门建设大型风力发电场,由于水平轴风力发电机的特性,小型风力发电在相当长的时间里未得到较好的发展。
各个发达国家均大力发展新能源产业,而太阳能一直是新能源商业化的,因为太阳能的设置地点较灵活,不会产生噪音,可以和建筑进行一体化设计。而风力发电较太阳能而言,它的成本优势明显,如何使得风力发电和建筑进行一体化设计、在建筑周围设置小型风力发电机而又不影响人的生活质量,这成为了欧美一些国家研究的焦点!
垂直轴风力发电机
(vertical axis wind turbine VAWT)从分类来说,主要分为阻力型和升力型。阻力型垂直轴风力发电机主要是利用空气流过叶片产生的阻力作为驱动力的,而升力型则是利用空气流过叶片产生的升力作为驱动力的。由于叶片在旋转过程中,随着转速的增加阻力急剧减小,而升力反而会增大,所以升力型的垂直轴风力发电机的效率要比阻力型的高很多。