垂直轴风力发电机

原创电子 [风光发电](javascript:void(0);)

垂直轴风力发电机（Vertical Axis Wind Turbine, VAWT）是一种风力发电装置，其主旋转轴垂直于地面，这与常见的水平轴风力发电机（Horizontal Axis Wind Turbine, HAWT）形成鲜明对比。

工作原理

风作用于围绕垂直轴旋转的叶片，驱动转子旋转。旋转的转子通过传动轴（或直接驱动）连接到发电机，将机械能转化为电能。

主要类型

1. 升力型：

原理：利用机翼（叶片）在气流中产生的升力作为主要驱动力（类似飞机机翼）。

代表： Darrieus 转子（经典的“打蛋器”形状）、H型Darrieus（直叶片）。

特点：效率通常较高（理论上接近水平轴），但通常需要一定的启动风速或外部启动装置；在高转速比下运行；叶片承受周期性变化的空气动力载荷。

2. 阻力型：

原理：利用风对叶片迎风面和背风面产生的压力差（阻力差）作为驱动力。

代表： Savonius 转子（通常由两个半圆柱形叶片组成）。

特点：启动扭矩大，能在低风速下启动；结构相对简单坚固；但效率通常较低（远低于升力型）；转速较低。

3. 混合型：结合升力型和阻力型的特点，旨在改善启动性能和效率。

与水平轴风力发电机相比

1. 效率较低：目前主流商业化的VAWT的风能利用系数通常低于同等尺寸的HAWT。部分原因是叶片在旋转过程中，其攻角在不断地、大幅度地变化，无法始终保持在最佳攻角，并且存在叶片在部分行程中实际是“逆风”运动（产生阻力而非升力）。

2. 叶片疲劳问题：由于风向无关性，叶片在旋转一周内会经历非常复杂的、周期性变化的空气动力载荷（尤其在升力型上）。这给叶片的结构设计和材料带来了巨大挑战，容易导致疲劳损坏。

总结

垂直轴风力发电机凭借其风向无关性、维护便利性和低噪音等特点，在中小型应用、城市环境、复杂风况场景以及特定离网需求中具有独特的优势和潜力。然而，在效率、大型化、叶片疲劳寿命等方面仍面临挑战，限制了其在大型风电场的主流应用。