垂直轴风力发电机技术的优势:
从设计方法,结构,环保等多个方面对水平轴和垂直轴风力发电机进行了比较,探讨了在诸多方面垂直轴风力发电机相对于水平轴的优点,最终得出了作为一种具有众多优点的风轮形式,垂直轴风力发电机将大有作为。
设计方法先进,水平轴风力发电机的叶片设计目前普遍采用的是动量—叶素理论,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时都忽略了翼型的阻力,这种简化处理不可避免的造成了结果的不准确性。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。
以前垂直轴风力发电机的叶片设计也是按照水平轴的方法,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。随着计算机技术的不断发展,计算流体力学得到了长足的进步,从最初的小扰动速势方程,到欧拉方程,以及更加复杂的N-S方程,目前的CFD技术完全能模拟在复杂外形下的复杂流动。对于垂直轴风轮的叶片,已经可以用CFD方法来设计,这无疑要比叶素理论的多。而水平轴叶片的设计还没有办法应用CFD方法来设计,这主要是由这两种风轮结构决定的。水平轴的叶片由于每个截面的扭角,弦长以及尖速比都不同,如果要用CFD模拟的话,就必须采用三维模型,这样计算网格至少要100万个,整个计算量就会大大增加。直观的说,模拟一个工况,在采用CPU为P4 3.0G的个人电脑上,计算时间大概需要7—10天,如果设计一个风轮可能需要几年到十几年时间,这样的代价在工业设计中是很难接受的。而垂直轴就完全不一样(仅限于Darrieus式H型风轮),叶片的每个截面都一样,这样就能简化成二维情况,网格数大大下降,计算量也随之下降,一般模拟一个工况只需要4个小时。从设计方法上讲,垂直轴风力发电机要比水平轴的先进的多。
H型V3.5立轴式发电机与水平轴式风力发电机的比较
机型
比较项目
H型V3.5立轴式发电机
横轴式风力发电机
启动风速要求(最小)
2米/秒(树叶动)
3—5米/秒
风能利用(极限近60%)
47%
30%-40%
空间直径
1.8平米
2.5平米
噪音(尖速比)
1.5-2
5-7
能量储存
自动
电压
220伏
维修
比较方便
不太方便
使用
独立、并联、入电网
风速过大时的保护
9级以上/自动
控制技术(逆变)
电压偏离1.5%
10%
价格
6万人民币
2万-6万
性能价格比
良好
一般
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