垂直轴风电技术研究进展及其在高海拔地区及应用.pdfVIP

第七届全国风能应用技术年会暨青海省等高原地区凤能开发利用研讨会论文集 垂直轴风电技术研究进展及其在高海拔地区的应用 何利用庆余孙亮 《W『h风发科技发％iⅢ0目 摘要t垂直轴风力发电机组目为成年低等特点，在屉近几年取得，较快发胜．小少J家开始投入力量开胜垂直 轴机组的研制，并非得了一定的成果，本文舟镕垂直轴风电技术研究的必威体育精装版进暖和在高海拔地区开胜膻用的实践情 况．指¨{选掸低成车、适台{地风况的垂直轴#L组足开创青藏尚腻等高海拔地睦匾能利用的报好途径。 关键词：垂直轴；风力发电机组：研究进展．高海拔； 前言 当前风电市场上的土流产品是水平轴风力发电机组．单机容量主流机型是I5MW机组，3MW、 5MW及更大的机型也正在逐步进入市场…。与水平轴机组蓬勃发展的趋势相比，垂直轴风电技术的 进展相对缓慢，能实现大规模成功商用的大功率机型几乎没有。但由丁水平轴机组成本居高不F， 造成风电场盈利能力围难．以低成本著称的垂直轴机组逐新得到重视，井取得了长足的进步，特别 是在高海拔地区的应用已经取得了重要进展。关键技术一旦攻克，将会促使风电整体成本火幅度下 降，垂直轴机组将会拥有广阔的市场应用前景。 2 垂直轴风电技术的现状和发展趋势 21 与水平轴技术的比较优势 水平轴风力发电机组是日前技术犀成熟、占据主流市场的风电机纽，其风轮叶片数一般为2—3。 垂直轴风力发电机组是正在迅速发展中的风电机组．而且风轮的形状多样，圈1、瞄2是几款典型 的大型水平轴、垂直轴机组。 目1 鲤型的水平轴风力发电机纽 5I 第七届全国风能应用技术年会暨青海省等高厚地区风能开发利用研计舍论文集 目2 典型的垂直轴风力发电机组 水平轴技术的优点在丁．风轮(叶片)技术、传动和发电机技术、功率调节及控制技术、并阿 技术等非常成熟『21。但其缺点也是显而易见的：①主要设备如发电机、齿轮箱、传动系统等位于50m 以上的高空，安装、维护成本相对高昂：@为使桨面时刻对风．需要装有偏航系统：③太多数机型 为了实现最佳功率输出和安全控制。需要变桨系统：@整机系统复杂，可靠性存在问题。尽管水平 轴机组发展一直很快，但成本始终居高不下。 相对于水平轴，垂直轴技术则有许多优点：①风轮无需信航系统去迎风．投有对风损失；@主 要设备位于地面．安装、运行、维护成本低；③平直不变截面的叶片可以采用复合材料拉挤成彤， 结构强度高；④整体上系统简洁，可维护性好，设备成本也相对较低。 削3显示了两种机组的在外形上的区别。 图3 典型∞|直轴风却发电机组 但垂直轴的缺点也根明显【3】，主要有：①受制于叶片、悬臂和转轴结构的材质、强度和刚度等 因素，不易做大，结构的安全性始终困扰设计人员：@难于变棠，大风时吸收的功率太，对风轮结 掏和发电机的承载能力和控制系统要求高；@风轮形式多样，效率千差万别，没有一种被认可的高 第七届垒国凤能直用技术年会暨青海省等高犀地区风能开发利用研讨叁论支集 效率气动布局进入商业化，人型化的。型机组气动效率比较低而造成否定垂直轴发展的印象。这些 缺点和原因导致大型垂直轴机组一直没有发展起米。 但总体而言．与水平轴机组相比，垂直轴机组仍然具有一定的比较优势。 2,2垂直轴风电技术的进展 1931年，法国r程师达里厄(DameLLs)先生发明了橄榄球状的升力型垂直轴风力发电机组， 然后在美国申请了专利。但直到1970年代末才开始引起注意，美国国家宇航局、圣地砸(Samiia) 实验室和加拿大国家空气动力实验室对选里厄型机组进行了大量的试验和研究。华裔科学家鲍亦和 只是因为缺乏补贴，蚍及加州鸟类保护者的抗议，项目在运行16年后下马。1988年加拿大曾研制 出当时全球犀大的风电机组——4．2MW级别的垂直轴。型机组．最大高度达126m。但由于叶片用 材、变速箱设计、振动和控制设计方面出现了失误．这台机组在运行4年后退役(蚓5)，现在用于 观光项目f4】。 翻4美国FIoWind公目建设的垂直轴风场 上述两个项目受挫后．全球大型垂直轴机组研制出现丁停滞。与此同时