小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、適用經(jīng)濟(jì)型小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類(1) 槳葉式風(fēng)力機(jī)槳葉式風(fēng)力機(jī)是一種阻力型風(fēng)力機(jī)，因它的葉片形狀而得名。這種風(fēng)力 機(jī)的關(guān)鍵集中在如何減少逆風(fēng)方向葉片的阻力， 對(duì)此有許多設(shè)計(jì)方案。使用遮風(fēng) 板的，也有改變迎風(fēng)角的，不過槳葉式風(fēng)力機(jī)的效率很低， 除了在日本局部地區(qū) 曾經(jīng)使用過外，實(shí)際上幾乎沒有制造和使用的實(shí)例。 一般來說，這種風(fēng)力機(jī)歸類 為垂直軸型，但是也有把它設(shè)計(jì)成水平軸的。(2) 薩布紐斯式風(fēng)力機(jī)薩布紐斯式風(fēng)力機(jī)是20年代發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機(jī)，它以發(fā)明者薩布紐斯的 名字命名(我國(guó)有時(shí)稱它為S型風(fēng)力機(jī))。這種風(fēng)力機(jī)通常由兩枚半圓筒形的葉片 所構(gòu)成，也有用三一

2、四枚的。這種風(fēng)力機(jī)往往上下重疊多層。效率最大不超過 10%，能產(chǎn)生很大的扭矩。在發(fā)展中國(guó)家有人用它來提水、發(fā)電等。(3) 達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)是一種新開發(fā)的垂直軸式風(fēng)力機(jī)，以法國(guó)發(fā)明者達(dá)里厄的名字 命名，下圖為普通的形達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)和特殊的形達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)。其葉片多為 23枚。該風(fēng)力機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)與風(fēng)向無關(guān)，是升力型的。它裝置簡(jiǎn)單，成本也比較 便宜，但起動(dòng)性能差，因此也有人把這種風(fēng)力機(jī)和一部薩布紐斯風(fēng)力機(jī)組合在一 起使用。(4) 旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機(jī)垂直軸升力型旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機(jī)，這種風(fēng)力杉 L垂直安裝34枚對(duì)稱翼形 的葉片。它有使葉片自動(dòng)保持最佳攻角的機(jī)構(gòu)。 因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜價(jià)格也較高，但它 能改變槳距、

3、起動(dòng)性能好、能保持一定的轉(zhuǎn)速，效率極高。這種風(fēng)機(jī)也有把同樣 的葉片固定安裝的形式。(5) 弗來納式風(fēng)力機(jī)在氣流中回轉(zhuǎn)的圓筒或球，可以使該物體的周圍的壓力發(fā)生變化而產(chǎn)生升 力。這種現(xiàn)象叫馬格努斯效應(yīng)，利用這個(gè)效應(yīng)的發(fā)電裝置叫弗來納式風(fēng)力發(fā)電裝 置。在大的圓形軌道上移動(dòng)的小車上裝上回轉(zhuǎn)的圓筒，由風(fēng)力驅(qū)動(dòng)小車，用裝在小車軸上的發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種裝置，是 1931年由美國(guó)的J 馬達(dá)拉斯發(fā)明的， 并實(shí)際制造了重15噸、高27米的巨大模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)情況不 清，但時(shí)間很短便中止了?，F(xiàn)在弗來納式風(fēng)力機(jī)裝置又受到重視， 美國(guó)的笛頓大 學(xué)在重新進(jìn)行開發(fā)和試驗(yàn)。(6) 費(fèi)特肖奈達(dá)式風(fēng)力機(jī)這種風(fēng)力機(jī)是由

4、德國(guó)費(fèi)特公司的工程師肖奈達(dá)發(fā)明的，費(fèi)特肖奈達(dá)螺旋槳垂直地安裝在船底下部作為船的推進(jìn)器。 推進(jìn)器圓周的葉片，在刁；同的位置上 能夠改變方向，因隨著葉片的角度和回轉(zhuǎn)速度不同，其升力的大小和方向也不同， 所以可以不用舵。把這種費(fèi)特，肖奈達(dá)葉片上下相對(duì)可制成風(fēng)力機(jī)(如下圖)，其 工作原理和旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機(jī)相類似。費(fèi)特肖奈達(dá)式風(fēng)力機(jī)其中比較受關(guān)注的是達(dá)里厄風(fēng)力發(fā)電裝置。我們選取開發(fā)的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)就 是以達(dá)里厄風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為藍(lán)本開發(fā)。2 垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)越性現(xiàn)在，在全世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行總數(shù)中，水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組占 90鳩上，在世界上約有100多家公司從事批量生產(chǎn)這種類型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。垂

5、 直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)不力的原因是由多種因素造成的：發(fā)明垂直軸式風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組比水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組較晚；以前曾錯(cuò)誤地認(rèn)為垂直軸風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組的工作機(jī)構(gòu)(葉片)最大線速度對(duì)風(fēng)速之比不可能大于1,而對(duì)水平軸螺旋槳 式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，這種比值可達(dá)到 5:1以上。進(jìn)人60-70年代間，首先是加拿大、然后是美國(guó)、英國(guó)的風(fēng)電專家們經(jīng)過實(shí) 驗(yàn)指出，上述的結(jié)論對(duì)于利用葉片上升風(fēng)力的達(dá)里厄轉(zhuǎn)子是不適用的.就達(dá)里厄轉(zhuǎn)子而論.工作機(jī)構(gòu)線速度對(duì)風(fēng)速之比可達(dá)到 5:1以上，且風(fēng)能利用系數(shù)不比水 平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低.此后，垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組得到了大力開發(fā)，它的單機(jī)容量逐漸在增大當(dāng)今，所有發(fā)達(dá)國(guó)家，如

6、加拿大、美國(guó)和荷蘭在實(shí)踐中使用了達(dá)里厄轉(zhuǎn)子的垂直 軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，且認(rèn)為裝有曲線型葉片的傳統(tǒng)方案是比較可取的；而英國(guó)和羅 馬尼亞采用與轉(zhuǎn)軸平行的等厚葉片作為主要方案。 下面從幾方面對(duì)垂直軸式和水 平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作一些對(duì)比評(píng)估， 且以傳統(tǒng)的螺旋槳式和具有等厚葉 片達(dá)里厄型風(fēng)力發(fā)電饑組為例進(jìn)行說明。2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率與風(fēng)向的關(guān)系水平螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大效率只又在保證具有良好風(fēng)速的條件下 才能得到實(shí)現(xiàn) . 水平螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上設(shè)有風(fēng)輪定向系統(tǒng)將使風(fēng)力機(jī)組本 身復(fù)雜化并降低它的可靠性，根據(jù)此類型的國(guó)外風(fēng)力發(fā)電裝置的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 定向系統(tǒng)的故障率占總量的 13%.此外，在風(fēng)向

7、改變時(shí)由于定向機(jī)構(gòu)作用滯后， 風(fēng)輪的有效定向?qū)嶋H上是不可能的，對(duì)于具有直徑30-40mm以上風(fēng)輪的中型和大 型風(fēng)力機(jī)組來說，風(fēng)輪的定向效果將會(huì)降低 . 因?yàn)轱L(fēng)的氣流速度在葉片范圍內(nèi)存 在非共面性及其差異從而導(dǎo)致風(fēng)輪不可能定向在最佳位置上因此減少了發(fā)電 量。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益也就下降。風(fēng)輪定向系統(tǒng)使水乎軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙和支承塔架之間的連 接剛性變壞，因此造成出現(xiàn)自振現(xiàn)象 . 活動(dòng)部件和固定部件在頻率特性上的差異， 最終降低機(jī)組的可靠性和壽命 . 垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作效率原則上不取決 于風(fēng)向。因此不需要風(fēng)輪定向機(jī)構(gòu)， 上下氣流特性不均衡僅使葉片上受到的轉(zhuǎn)矩 發(fā)生一些變化。3

8、風(fēng)能利用系數(shù)理論上證實(shí)，水平軸螺旋槳式和垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪的理想風(fēng)能利 用系數(shù)等于 0.593, 這是因?yàn)閮煞N型式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子在翼型葉片受風(fēng)氣流 掃掠時(shí)產(chǎn)生的升力效果是一樣的。 現(xiàn)在，水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)能利用 系數(shù)達(dá) 0.4 以上;而俄羅斯生產(chǎn)的垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)驗(yàn)研究表明，其風(fēng) 能利用系數(shù)達(dá)到 0.4-0.45 是完全能實(shí)現(xiàn)的。因此，可以這樣說，水平軸螺旋槳 式和垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)能利用系數(shù)是十分接近的。4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)有一種觀點(diǎn)認(rèn)為 . 水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)力不等于 0，因此它 們的起動(dòng)不需要外部動(dòng)力， 但實(shí)際上水平軸螺旋槳風(fēng)輪只有在正對(duì)

9、來風(fēng)的情況下 才能自行起動(dòng) . 而在側(cè)風(fēng)時(shí) , 大型風(fēng)輪可能不會(huì)自行起動(dòng) ,需要外部動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙 和風(fēng)輪。以使風(fēng)輪正對(duì)來風(fēng) . 垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)力矩等于 0. 就是說， 該裝置不能自行起動(dòng) . 但是在強(qiáng)大陣風(fēng)時(shí)， 垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以自行起動(dòng) 雖然保證垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自行起動(dòng)的方法是眾所局知的， 例如通過改變其葉 片幾何參數(shù)的方法等， 但現(xiàn)在大多數(shù)處于運(yùn)行的垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都設(shè)有外 部動(dòng)力以便起動(dòng)和加速轉(zhuǎn)子 . 風(fēng)力發(fā)屯機(jī)組的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化將導(dǎo)致降低可靠性，而 采用輔助裝置將使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率降低。5風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)的合理性水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片慣性載荷沿葉片徑

10、向變化， 就是說其分 布對(duì)受力最有利 .風(fēng)輪的輪轂和支撐軸承部件結(jié)構(gòu)緊湊、 外形尺寸小 ;垂直軸風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組葉片的慣性載荷沿著橫梁垂直葉片方向變化， 輪轂和支撐軸承部件外形 尺寸大，因此， 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在滿足動(dòng)力系統(tǒng)的合理性上稍差。 然而當(dāng)風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組容量達(dá)兆瓦級(jí)時(shí)則必須計(jì)算顯著變化的載荷特性 . 其一，水平軸風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組葉片上的空氣動(dòng)力載荷在上下位置上是不一樣的 . 因?yàn)樵谌~片長(zhǎng)度范圍 上存在風(fēng)速差異，葉片以不同的比轉(zhuǎn)數(shù)運(yùn)行且把波動(dòng)扭矩傳給輪轂 ; 其二，重力 值無法計(jì)算 . 波動(dòng)的風(fēng)力和重力載荷將使葉片、輪轂和支承傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)大大 增加，在風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)科里奧利斯力也提高 .6

11、 葉片的結(jié)構(gòu)由于葉片上圓周速度和迎風(fēng)角度的不同， 水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉 片全部截面都處在不同的動(dòng)力狀態(tài)之中， 這種差別由于葉片截面彼此扭變而大大 減少，葉片的慣性載菏的特點(diǎn)導(dǎo)致型面向葉片端部縮小 . 因此，螺旋槳式葉片結(jié) 構(gòu)比垂直軸式直角形葉片復(fù)雜， 垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片表面對(duì)翼弦是對(duì)稱 的。從另一方面看， 垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用單獨(dú)散件玻璃鋼葉片組裝， 由于 必須要有法蘭接頭，故安裝較困難 .7 葉片的變距機(jī)構(gòu)水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片變距機(jī)構(gòu)不僅具有使風(fēng)輪制動(dòng)的作用， 而且還具有調(diào)整葉片最佳迎風(fēng)角度的作用， 以使風(fēng)輪保持在極限轉(zhuǎn)數(shù)內(nèi)， 防止風(fēng) 輪超速。但葉片的變距機(jī)

12、構(gòu)將使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)顯著復(fù)雜化， 因?yàn)樵谶@種情況 下，需要連續(xù)跟蹤轉(zhuǎn)數(shù)的系統(tǒng)和傳動(dòng)每枚葉片的變距機(jī)構(gòu)， 以及自動(dòng)控制葉片轉(zhuǎn) 動(dòng)角度的系統(tǒng)。 從防止風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)出現(xiàn)緊急工況的危險(xiǎn)性來看， 水平軸螺旋槳式風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組采用變距機(jī)構(gòu)是完全必要的。垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片若設(shè)置變距機(jī)構(gòu)不僅對(duì)制動(dòng)而且對(duì)葉片在旋轉(zhuǎn)圓周的所 有位置上保持最佳的迎風(fēng)角也是很有效的。 但現(xiàn)在，采用這種工作原理的裝置無 法按照以下的方案 : 繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一圈時(shí)整體的葉片對(duì)著風(fēng)向應(yīng)稍有擺動(dòng)。這說明制 造這種葉片變矩機(jī)構(gòu)和裝置的復(fù)雜性，葉片視風(fēng)向而定，其結(jié)構(gòu)將復(fù)雜化 . 實(shí)踐 表明，若無葉片變距機(jī)構(gòu)， 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率將在水平軸螺旋槳風(fēng)力

13、發(fā) 電機(jī)組相當(dāng)效率的水平上。8 葉片掃驚面和從葉片單位長(zhǎng)度上獲取的能量水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片掃掠面是由旋轉(zhuǎn)葉片的兩端部形成的 圓周面積確定 . 對(duì)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，此掃掠面由矩形面積確定，其兩邊 等于葉片長(zhǎng)度和風(fēng)輪的直徑。 這樣一來， 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的掃掠面由較有利 的形狀組成， 因?yàn)榫匦蚊娌粌H隨葉片長(zhǎng)度而變化， 而且隨葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的直徑而可以 改變，這樣在設(shè)計(jì)和修整風(fēng)力發(fā)電機(jī)組參數(shù)時(shí)增加了策略上變更的可能性。水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組盡管葉片扭轉(zhuǎn)，其葉片單位長(zhǎng)度上獲得的能 量，從根部至葉片端部變化很大， 這主要由于比轉(zhuǎn)數(shù)增加 從在葉片根部區(qū)域內(nèi) 的 0 增大到葉片端部的最大值

14、 ） ，而垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在葉片長(zhǎng)度上獲取的 能量的數(shù)值變化不大， 且其變化只取決于風(fēng)氣流能量的變化、 是否存在陣風(fēng)、 沿 風(fēng)機(jī)高度上風(fēng)速是否穩(wěn)定等。 但是這里還有獲取能量的其他因素葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)圓 周中不同位置上的迎風(fēng)角并非最、 當(dāng)葉片順氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩的降低、 經(jīng)過塔 架風(fēng)力陰影的葉片轉(zhuǎn)矩的降低等。 因此，可期望兩種型式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片獲 取的風(fēng)能的效率幾乎是一樣的。9 高速性系數(shù) （ 葉尖速度比 ）在水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中， 葉片數(shù)小于 4枚的高速 （葉尖速比達(dá) 5-7） 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組得到了最大的應(yīng)用 . 這種高速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組保證有最高的風(fēng)能利用 系數(shù)、即效率最大。 高速性系數(shù)

15、高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要配有很復(fù)雜的特殊裝置和系 統(tǒng)，以便在一定嚴(yán)格范圍內(nèi)限制轉(zhuǎn)速和防止風(fēng)輪超速轉(zhuǎn)動(dòng)。 穩(wěn)定的很高工作轉(zhuǎn)速 可使風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)連接簡(jiǎn)化， 它可獲得很高質(zhì)量的電能且變電系統(tǒng)也不復(fù) 雜。風(fēng)輪穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速要受葉片慣性荷載限制，因此，工作風(fēng)速一般限制在 12m/s 范圍內(nèi) . 且風(fēng)力發(fā)電機(jī)組只在一定風(fēng)力下按最佳工況運(yùn)行，這樣風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組的效率在其它風(fēng)速下自然會(huì)有所降低 . 對(duì)于裝有大直徑水平軸螺旋槳式風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組來說， 則增大了上下風(fēng)速非共面性和重力作用的影響， 重力作用會(huì)引起 葉片材料、 支承傳動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)部件上的波動(dòng)荷載。 高速性系數(shù)越高則這些影響 和作用越大， 高速性系數(shù)的大小

16、確定了所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的動(dòng)力穩(wěn)定性， 由此對(duì)結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度及其制造精度、零部件組裝質(zhì)量、潤(rùn)滑和聯(lián)鎖等提出了較高的要求。從這種觀點(diǎn)來看，評(píng)價(jià)低速運(yùn)行垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組較困難 . 在所有的已 知的實(shí)驗(yàn)中，垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高速性系數(shù)不超過 2. 5-2.8. 如果垂直軸 式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力特性 （包括風(fēng)能利用系數(shù) ） 保持在水平軸螺旋槳風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組的動(dòng)力特性水平上，葉尖速比降低到 1/2-1/3 ，就能顯著改善機(jī)組的運(yùn)行條 件。因?yàn)榻档蛣?dòng)力值， 可簡(jiǎn)化支承傳動(dòng)部件的要求， 不需要保證穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的機(jī)構(gòu) 和系統(tǒng). 降低葉尖速比就可在所有風(fēng)速值時(shí)以最佳的風(fēng)能系數(shù)下進(jìn)行運(yùn)行，即在 葉片結(jié)構(gòu)系統(tǒng)很簡(jiǎn)單時(shí)提高

17、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率 . 低速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)速工作 范圍可擴(kuò)大到 20-25m/s ，但是在這種情況時(shí)，必須注意到在低轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)提高扭 矩，這就會(huì)增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的材料用量， 因?yàn)闄M梁長(zhǎng)， 會(huì)使輪轂外形尺寸 增大和傳動(dòng)裝置增大。還必須考慮到，由于風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的可變性需在電力系統(tǒng) 中采用變換器，其目的是提高發(fā)電量的質(zhì)量并使其發(fā)電質(zhì)量與電網(wǎng)質(zhì)量相匹配。具有等厚葉片的垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以高速運(yùn)轉(zhuǎn)， 但對(duì)葉片上橫向慣性 荷載和振動(dòng)荷載的強(qiáng)度應(yīng)有一定的限制。 目前正在研制越來越堅(jiān)實(shí)的輕型和廉價(jià) 的復(fù)合材料將為建造達(dá)里厄型快速等厚葉片風(fēng)力機(jī)開辟了前景 .10 發(fā)電機(jī)和增速器的配置發(fā)電機(jī)和增速器可配置在

18、基座上和可取消扭矩的角傳動(dòng)裝置是垂直軸式風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組無可爭(zhēng)辨的優(yōu)點(diǎn) . 這樣就減小了對(duì)安裝用設(shè)備的要求 （外形尺寸和重 量的限制 ）和對(duì)運(yùn)行條件 （ 有無振動(dòng) ） 的要求。若設(shè)備配置在基座上時(shí)，它的安裝 和運(yùn)行條件得到了改善，簡(jiǎn)化了電能的輸送 .水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組避免采用角傳動(dòng)是把發(fā)電裝置放置在旋轉(zhuǎn)的 機(jī)艙中，此時(shí)， 由于提高了對(duì)安裝設(shè)備及對(duì)運(yùn)行條件的要求， 將不可避免出現(xiàn)復(fù) 雜性。與機(jī)艙一起轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)電機(jī)要輸出電力將會(huì)有不少困難 . 為了避免動(dòng)力母線 扭曲，必須限制機(jī)艙的回轉(zhuǎn)，采用集電輸送或者能脫離和拆開的母線 . 在所有這 些情況下，需在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中添加使它復(fù)雜化的輔助裝置 .必

19、須指出，在基座水平上傳送扭矩與采用加長(zhǎng)的傳動(dòng)軸有關(guān)， 但是由此造成 結(jié)構(gòu)復(fù)雜化可用在基座上布置設(shè)備的優(yōu)越性來補(bǔ)償 . 若采用前傳動(dòng)軸，即傳動(dòng)長(zhǎng) 軸是低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，長(zhǎng)軸不會(huì)引起結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜化 .11 可靠性水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)成功地利用了航空技術(shù)的成就， 特別是在設(shè)計(jì)裝 置的葉片、 控制系統(tǒng)和傳動(dòng)方面。 因此這些風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)過充分修整后其可靠 性的評(píng)估是不會(huì)低的 . 然而顯而易見，垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在修整之后，尤其 是對(duì)大型機(jī)組預(yù)料會(huì)有較高的可靠性。 這種判斷的根據(jù)是它的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化， 降 低了對(duì)制造傳動(dòng)裝置提出的要求，簡(jiǎn)化了安裝和維護(hù)條件等 . 這是由于垂直軸式 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組下列特點(diǎn)所決

20、定的 ; 沒有機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)，可在基座上設(shè)置 發(fā)電機(jī)和增速器，沒有必要設(shè)置葉片的變距機(jī)構(gòu) . 不存在從發(fā)電機(jī)輸送電力的向 題。必須指出，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高度可靠性，首先要由高水平工藝發(fā)展來保證 . 這一 因素對(duì)制造單位是由生產(chǎn)各種零部件的不同企業(yè)的協(xié)作網(wǎng)成員尤為重要。12 計(jì)算的風(fēng)速正如前面所述，水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的計(jì)算風(fēng)速，根據(jù)葉片慣性 荷載強(qiáng)度應(yīng)限制在 12-15m/s 八范圍內(nèi)。當(dāng)起動(dòng)風(fēng)速?gòu)?4. 5m/s 改變到 7. 5m/s 時(shí)，機(jī)組發(fā)電量將減少 2%。計(jì)算風(fēng)速對(duì)發(fā)電量影響很大 . 例如，計(jì)算風(fēng)速?gòu)?10. 4m/s 增加到 20m /s 時(shí)將使發(fā)電量增加三倍。這證明了對(duì)風(fēng)

21、潛力大的地區(qū)來說， 一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所采用的計(jì)算風(fēng)速值并不能充分利用當(dāng)?shù)睾艽蟮娘L(fēng)能資源。 如 前所述，低速垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)速工作范圍可提高到20-25m/s ，因此在風(fēng)潛力大的地區(qū)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無疑具有較大的優(yōu)越性 .14 生態(tài)上問題從對(duì)周圍環(huán)境作用的觀點(diǎn)來看， 低速垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與高速水平軸螺旋槳 式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比有多種優(yōu)點(diǎn) ; 空氣動(dòng)力因素和次聲級(jí)較低，電視和無線電于 擾較少，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)損壞時(shí)葉片碎片的分散半徑較小。 葉片同鳥類碰撞的幾率 小。.應(yīng)該說.達(dá)里厄具有生命力風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求除了有更好的使用性能（可靠性、 生態(tài)上清潔度，維護(hù)和修理方使、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用周期長(zhǎng)

22、等 ），一還要考慮其它 重要的因素如經(jīng)濟(jì)效益、造價(jià)、使用費(fèi)用等垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可在最大程 度上能滿足這些要求，在電力特性方面不遜于水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，且其優(yōu)越性在風(fēng)能潛力較高地區(qū)更明顯我們研制的垂直軸活動(dòng)葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：與現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比具備如下優(yōu)點(diǎn)：1，采用垂直軸風(fēng)葉葉片，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)占地面積大大減小，風(fēng)塔架由此可以 用鋼索進(jìn)行固定，因而制造成本大大減??；且由于風(fēng)葉是活動(dòng)的，它具有 自己適應(yīng)風(fēng)力的特點(diǎn)，小風(fēng)力時(shí)受風(fēng)面自然變大，而大風(fēng)力時(shí)受風(fēng)面自然 變小，因此，它適宜工作在四級(jí)到十級(jí)風(fēng)力的地區(qū)。2，使用稀土彈性儲(chǔ)能永磁發(fā)電機(jī)，由于其機(jī)械慣性小，電磁感應(yīng)速度快，所 以其磁極數(shù)量很少，同樣使制造成本大大下降。3，電能逆變器，其體積小，轉(zhuǎn)換效率高，壽命長(zhǎng)，不要有功調(diào)節(jié)系統(tǒng)他不像水平軸螺旋漿式風(fēng)機(jī)那樣，如果不調(diào)漿葉節(jié)距，輸出功率與風(fēng)速的 關(guān)系是近似風(fēng)速三次方的單調(diào)上升函數(shù).達(dá)里厄風(fēng)機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)，依靠風(fēng)機(jī) 與電機(jī)自身特性的配合形成一條駝峰形，具有最大值的函數(shù)曲線前半支隨風(fēng)速增加而輸出功率增加，到達(dá)最大值后隨風(fēng)速增加輸出電