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風(fēng)電技術(shù)　　新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)（H型）設(shè)計(jì)原理
　　針對(duì)目前眾多網(wǎng)友對(duì)新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)（H型）的設(shè)計(jì)原理比較感興趣，特在此將部分設(shè)計(jì)原理以及技術(shù)指標(biāo)作詳細(xì)地闡述，希望能給各位朋友予以更深入地了解。
　　最早的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種圓弧形雙葉片的結(jié)構(gòu)（Φ型或稱為達(dá)里厄），由于其受風(fēng)面積小，相應(yīng)的啟動(dòng)風(fēng)速較高，一直未得到大力發(fā)展，我國(guó)也在前幾年做了一些嘗試，但效果始終不理想。針對(duì)一些朋友問及：為何當(dāng)初采用Φ型設(shè)計(jì)而沒有用現(xiàn)在這種H型結(jié)構(gòu)?實(shí)際上，這和科技的發(fā)展特別是電腦的發(fā)展密切相關(guān)的，由于H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)需要非常大量的空氣洞力學(xué)計(jì)算以及數(shù)字模擬計(jì)算，采用人工的方法計(jì)算一次至少需要幾年的時(shí)間，而且不是一次計(jì)算就能得到正確的結(jié)果，所以在計(jì)算機(jī)還不是很發(fā)達(dá)的年代，人們根本無法完成這一設(shè)計(jì)構(gòu)思。
　　由于特殊應(yīng)用場(chǎng)合的需要，2001年我國(guó)率先開始了這項(xiàng)研究，并且在以后兩年的時(shí)間里不斷對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，在2003年初，產(chǎn)品走向成熟，并在海島以及邊疆大量采用以這種新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)為主要設(shè)備的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)。
　　目前，世界上主要以MUCE公司和日本某公司為該產(chǎn)品的主要研發(fā)和生產(chǎn)單位。
　　下面我就詳細(xì)講解一下H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)原理：
　　一、技術(shù)原理
　　該技術(shù)采用空氣洞力學(xué)原理，針對(duì)垂直軸旋轉(zhuǎn)的風(fēng)洞模擬，葉片選用了飛機(jī)翼形形狀，在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，它不會(huì)受到因變形而改變效率等；它用垂直直線4-5個(gè)葉片組成，由4角形或5角形形狀的輪轂固定、連接葉片的連桿組成的風(fēng)輪，由風(fēng)輪帶動(dòng)稀土永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電送往控制器進(jìn)行控制，輸配負(fù)載所用的電能。
　　該技術(shù)原理根據(jù)空氣片條理論，實(shí)際計(jì)算可選取垂直風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的切面進(jìn)行計(jì)算模型，按葉片實(shí)際尺寸，每個(gè)葉片的旋轉(zhuǎn)軸心距離為N米；用CFD技術(shù)進(jìn)行模擬氣動(dòng)系數(shù)計(jì)算，計(jì)算原理采用離散數(shù)字方法求解翼形斷面的氣動(dòng)力，用網(wǎng)格方法對(duì)雷諾數(shù)流動(dòng)渦量分布比較形成高雷諾數(shù)下對(duì)Navier-Stokes方程進(jìn)行數(shù)字模擬計(jì)算的原理結(jié)果。
　　采用稀土永磁材料發(fā)電的原理，配套與空氣洞力學(xué)原理的風(fēng)輪，采用直驅(qū)式結(jié)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
　　專利技術(shù)：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)（專利號(hào)：ZL200420081310.2）
　　二、功率特性
　　根據(jù)H型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速上升速度提高較快（力矩上升速度快），它的發(fā)電功率上升速度也相應(yīng)變快，發(fā)電曲線變得飽滿（如下圖）。在同樣功率下，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定風(fēng)速較現(xiàn)有水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)要小，并且它在低風(fēng)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)電量也較大。
　　三、結(jié)構(gòu)
　　由于此種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用了特殊空氣洞力學(xué)原理、三角形向量法的連接方式以及直驅(qū)式結(jié)構(gòu)的原理，使得風(fēng)輪的受力主要集中于輪轂上，因此抗風(fēng)能力較強(qiáng)；此種設(shè)計(jì)的特性還體現(xiàn)在對(duì)周圍環(huán)境的影響上，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無噪音以及電磁干擾小等特點(diǎn)使得新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)優(yōu)越性非常明顯。
　　垂直軸直線葉片永磁發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　附：現(xiàn)有垂直軸風(fēng)力發(fā)電電源比較：
　　目前，生產(chǎn)該類型垂直軸風(fēng)力發(fā)電電源系統(tǒng)產(chǎn)品最多的是日本（2002年開始研究），還有英國(guó)、加拿大等國(guó)目前也在研制中，這些國(guó)家的大部分產(chǎn)品在風(fēng)輪設(shè)計(jì)當(dāng)中采用平行連接桿，這種方式對(duì)發(fā)電機(jī)輸出軸要求較高，并且結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)安裝程序也偏多。另外，從力學(xué)方面分析，H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率越大、葉片越長(zhǎng)、平行桿的中心點(diǎn)與發(fā)電機(jī)軸的中心點(diǎn)距離越長(zhǎng)，抗風(fēng)能力就越差，因此，MUCE采取的是三角形向量法，彌補(bǔ)了上述的一些缺點(diǎn)。
風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵核心
　　風(fēng)力機(jī)部件，其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素。我國(guó)風(fēng)機(jī)葉片行業(yè)的發(fā)展是伴隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)及風(fēng)電設(shè)備行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。由于起步較晚，我國(guó)風(fēng)機(jī)葉片最初主要是依靠進(jìn)口來滿足市場(chǎng)需求的。隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研院所的共同努力，我國(guó)風(fēng)機(jī)葉片行業(yè)的供給能力迅速提升。
　　目前，我國(guó)風(fēng)機(jī)葉片市場(chǎng)已經(jīng)形成外資企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)、研究院所、上市公司等多元化的主體投資形式。外資企業(yè)主要有GE、LM、GAMESA、VESTAS等，國(guó)內(nèi)企業(yè)以時(shí)代新材、中材科技、中航惠騰、中復(fù)連眾為代表。截至到2008年5月，中國(guó)境內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組葉片廠商共有31家。其中，已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)階段的公司有10家。2008年，已經(jīng)批量生產(chǎn)的葉片公司生產(chǎn)能力為460萬千瓦。預(yù)計(jì)2010年，這些葉片公司全部進(jìn)入批量生產(chǎn)階段后，綜合生產(chǎn)能力將達(dá)到900萬千瓦。