一、垂直軸風力發(fā)電機的優(yōu)點

 

　　1.總體性能指標高。在構(gòu)造上運用了直葉片和三角形雙支點設(shè)計，并且主要受力點集中于輪轂，解決了葉片脫落、斷裂和葉片飛出等問題，垂直軸風力發(fā)電機的葉片按相同的角度差形成圓周，這樣設(shè)計的目的可以降低對中心支架的壓力;另外，齒輪箱、減速箱和傳動裝置等一系列的輔助設(shè)備都可放置在離地面相對近的工作平臺上，減輕了風機本身的重量，一定程度上減少了風機的構(gòu)造和維護成本，并且垂直軸風機可利用于建筑集成上，有利于城市建設(shè)。

 

　　2.降低噪音污染。采用了水平面旋轉(zhuǎn)以及葉片應(yīng)用飛機翼型原理設(shè)計，使得噪音降低到在自然環(huán)境下測量不到的程度。

 

　　3.不需要安裝輔助系統(tǒng)。垂直軸風機和水平軸風機相比，由于垂直軸風機的葉片旋轉(zhuǎn)平面平行于地面，這樣使得對風能的獲取可以來自各個方向，不需要像水平軸風機那樣增加偏航裝置來調(diào)節(jié)接受風能的方向，總體結(jié)構(gòu)上變的更加的簡單，一定程度上減小了風機運行產(chǎn)生的振動，提升了其可靠性。

 

　　4.抗風能力強。水平旋轉(zhuǎn)和三角形雙支點設(shè)計原理，使得它受風的壓力小，可以抵抗每秒45米的臺風。

 

　　5.葉片構(gòu)造簡單。由于垂直軸風機葉片對風能的捕獲能力增強了，葉片受風力旋轉(zhuǎn)時只受風機的壓力以及旋轉(zhuǎn)離心力對葉片的張力，所以對葉片材料的要求程度降低，選用的材料更加的通用，減少了購買葉片的成本。

 

　　6.轉(zhuǎn)速范圍變大。垂直軸風力發(fā)電機相比于水平軸風機，其可以達到的最大轉(zhuǎn)速要比水平軸風機高的多，在強風速下的運行穩(wěn)定性比水平軸風機好，最大值可以承受 60m/s 的高強度風速。只要控制策略和風機本身材料選擇合適，垂直軸風機對風能的利用要遠遠地大于水平軸風機。

 

　　同時，垂直軸風力發(fā)電機具有以下缺點：一是垂直軸風機的啟動性能指標比水平軸風機差，二是葉片在旋轉(zhuǎn)一周中，在有些位置產(chǎn)生負力矩，導致風機輸出效率低;三是所有風電機組的共同問題：抗震動問題，尤其是大型風機的震動問題;四是由于風是一種不確定的實時變化的因素，風力發(fā)電的輸出功率的穩(wěn)定性不如傳統(tǒng)意義上的火力發(fā)電，導致波動大不容易并網(wǎng)。

 

　　二、垂直軸風力發(fā)電機的改進分析

 

　　搭建一個垂直軸風力發(fā)電機平臺需要軟件設(shè)計與硬件設(shè)計兩大方面。在硬件設(shè)計中，主要包括風機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，零件的材料選取，各部分結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計等內(nèi)容。在軟件設(shè)計中主要包括對垂直軸風機的空氣動力學分析，對于風機大的控制策略以及控制軟件的開發(fā)等內(nèi)容。軟硬件設(shè)計兩個方面既是獨立的，又是聯(lián)系的，每個方面都是建立在其他方面的基礎(chǔ)上，最后軟硬件結(jié)合形成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)。由于軟件的開發(fā)與應(yīng)用在研究中復雜繁瑣，這里不過多的介紹，下面主要介紹在硬件設(shè)計上對垂直軸風力發(fā)電機有著重要影響的硬件要求。對于垂直軸風機的開發(fā)與利用，不光要在控制策略等方面進行深入研究，而且對于風機的硬件條件也不容忽視。最終的目的是要使風機在各種條件對風機的各方面進行優(yōu)化設(shè)計，使得風機能夠更好地利用風能，確保風機的輸出功率達到最高效率，并且對于風機本身而言，要使得它的使用壽命增加，維護更方便，構(gòu)造與維修成品更加地符合經(jīng)濟性。

 

　　對于風機葉片數(shù)量的選擇，一要看設(shè)計初衷里想要風機達到的輸出功率是多少;二是需要考慮葉片與風機的齒輪箱變速箱之間的配合問題;三是考慮到風機對環(huán)境的噪聲污染;四是考慮風機的構(gòu)建與維護費用。現(xiàn)今，常見的H軸風機大多都是4葉片、6葉片和8葉片風機。

 

　　葉片數(shù)量在一定程度上影響著風機的整體性能。不管風機葉片的材料成分以及外形尺寸，對兩葉片風機和三葉片風機進行比較，兩者的輸出功率相差不多，但是兩葉片風機可以有較高的葉尖速比，當風速過大時，兩葉片風機會比三葉片風機實用。

 

　　風輪的葉片數(shù)對風力機負載有一定影響，葉片數(shù)量多時，會增加風機的噪聲，同時增大了對風輪的振動，對機器硬件的抗壓抗震條件增加了硬性指標。但是從外觀上考慮，三葉片風機由于其對稱性等原因，更能被大眾所接受。

 

　　兩葉片風機由于葉片數(shù)量減少后，構(gòu)造風機的成本以及維護成本會相應(yīng)地減少，但也伴隨著一些不利因素，因此，對風機葉片數(shù)量的選擇要視具體情況而定，要確定構(gòu)建風機的目的。比如家用風機、大型風機并網(wǎng)以及用于教學的實驗風機，這些風機的葉片數(shù)都是不確定的。

 

　　三、轉(zhuǎn)速控制

 

　　當風機達到額定功率后，此時的風機轉(zhuǎn)速被稱為風機的額定轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速是一個重要的標量，尤其是在變槳距風機中，控制系統(tǒng)控制對槳距角的變化，目的主要在于將風機控制在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，保證風機的輸出功率一直在額定功率下，這樣就使得風機的輸出功率穩(wěn)定，而且這個穩(wěn)定值跟風機最大限度利用風能后的理想值相差最小。變槳距控制的最終目的就是要使得風機保持在這個最佳的額定轉(zhuǎn)速下運行。

 

　　葉尖速比在風機整體運行過程中影響著風機各硬件的整體性能。當風速不變時，葉尖速比大說明此時風機的轉(zhuǎn)速快，轉(zhuǎn)速快一是說明接收到的風能多，二是轉(zhuǎn)速快可以使得葉片產(chǎn)生較大的上升浮力，一定程度上減輕了風輪支架對主軸的重量，對有利于風機的使用壽命。所以在設(shè)計風機時，都會讓風機具有較大的葉尖速比。另外，較高的葉尖速比減小了對葉片材料上的要求，降低了構(gòu)造風機的成本。但是，如果當葉尖速比過高時，也會引發(fā)一些問題：比如首先會造成噪聲污染，不利于人們的生活，其次會造成風機的振動問題，如果產(chǎn)生共振的話會直接威脅風機的使用壽命，如果該風機在城市中應(yīng)用的話，甚至會威脅人類的生命安全。所以對風機的葉尖速比要選擇合適的值。