垂直軸與水平軸的對比

1、垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是未來風(fēng)電的發(fā)展方向2010-10-02 00:10轉(zhuǎn)載自 HYPERLINK :/hi.baidu /zlgkj t blank zlgkj最終編輯 HYPERLINK :/hi.baidu /zlgkj t blank zlgkj垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是未來風(fēng)電的發(fā)展方向 隨著科技的飛速發(fā)展和人類生活水平的日益提高，能源消耗與日俱增，致使傳統(tǒng)能源日漸枯竭，而且環(huán)境污染也相當(dāng)嚴(yán)重。風(fēng)能是一種無污染的可再生能源，它取之不盡、用之不竭，隨著生態(tài)環(huán)境的要求和能源的需要，風(fēng)能作為清潔的新能源得到人們的重視。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)就是利用風(fēng)能為動力的發(fā)電裝置，它充分利用自然能，即節(jié)能又環(huán)保。 風(fēng)力發(fā)電

2、機(jī)因風(fēng)速不穩(wěn)定，故其輸出的電壓變化很大，須經(jīng)充電器整流穩(wěn)壓后，再對蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。然后通過有保護(hù)電路的逆變電源，把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流220V市電，才能保證正常使用。 其工作過程是：風(fēng)風(fēng)葉發(fā)電機(jī)充電器蓄電池逆變電源電網(wǎng)。 雖然風(fēng)力發(fā)電有很多優(yōu)點(diǎn)，但存在一個(gè)根本問題，是我們無法回避的：成本！為此，風(fēng)電成本高一直是影響風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展最大制約因素，風(fēng)電成本主要取決于風(fēng)電機(jī)組的成本和維護(hù)成本。 風(fēng)電雖然不燒煤，但是初始投資大。由于風(fēng)電設(shè)備造價(jià)要大大高于火電，火電設(shè)備建設(shè)成本每千瓦約4000元5000元，風(fēng)電則為8000元10000元。而風(fēng)電的年等效利用小時(shí)又小于火電，因

3、此在不考慮環(huán)境等外部效益的情況下，同火電相比，風(fēng)電的成本其實(shí)并不低。根據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)有條件下，風(fēng)力發(fā)電的平均成本在0.60元/度左右，如果采用進(jìn)口設(shè)備，則需要更高的電價(jià)，因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組進(jìn)口設(shè)備的售價(jià)要比國內(nèi)設(shè)備高出30%，而設(shè)備成本占到了發(fā)電成本的80%，由于設(shè)備過于依賴進(jìn)口，直接導(dǎo)致我國風(fēng)電成本上升。而目前火電的平均成本僅為0.30元/度，風(fēng)電的競爭劣勢顯而易見。相比于火電、水電等傳統(tǒng)電力能源，其成本缺乏競爭力。所以風(fēng)電雖無污染、能再生，是十分理想的清潔而又可持續(xù)發(fā)展的能源，卻無法大力推廣。降低成本、提高發(fā)電效率、增加壽命一直是風(fēng)電技術(shù)所追求的目標(biāo)。為此，合理的選擇機(jī)型至關(guān)重要。 根據(jù)

4、機(jī)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可分為兩類：水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。然而目前廣泛使用大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在很多不足。為了更好地利用風(fēng)能，合理的選擇機(jī)型。現(xiàn)就水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)優(yōu)劣做一下比較： 一、從結(jié)構(gòu)分析：1、水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)是隨風(fēng)變化的，因此發(fā)出的電時(shí)有時(shí)無，電壓和頻率不穩(wěn)定，是沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。風(fēng)小時(shí)，不發(fā)電?？耧L(fēng)吹來，又使風(fēng)輪越轉(zhuǎn)越快，系統(tǒng)就會被吹跨。為了解決這些問題，水平軸風(fēng)力增加了齒輪箱、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等裝置。 （1）、齒輪箱可以將很低的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速（大型的風(fēng)機(jī)通常為27轉(zhuǎn)/分）變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（通常為1500轉(zhuǎn)/分）。同時(shí)也使

5、得發(fā)電機(jī)易于控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的頻率和電壓輸出。 （2）、偏航系統(tǒng)可以使風(fēng)輪掃掠面積總是垂直于主風(fēng)向，風(fēng)輪沿水平軸旋轉(zhuǎn)，以便產(chǎn)生動力。為此，機(jī)艙要在水平面360度旋轉(zhuǎn)，隨時(shí)跟風(fēng)，達(dá)到“迎風(fēng)”目的。要知道，大型的風(fēng)機(jī)機(jī)艙總重幾十多噸，使這樣一個(gè)系統(tǒng)隨時(shí)對準(zhǔn)主風(fēng)向也有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度。這個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包含有風(fēng)向檢測、角位移發(fā)送、角位移跟蹤閉環(huán)電力拖動系統(tǒng)。 （3）、變槳矩系統(tǒng)，水平軸風(fēng)輪機(jī)當(dāng)風(fēng)速變化時(shí),為了調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，要有漿距調(diào)節(jié)系統(tǒng)，風(fēng)輪的葉片要圍繞根部的中心軸旋轉(zhuǎn)，以便適應(yīng)不同的風(fēng)況。停機(jī)系統(tǒng)，葉片尖部要甩出，以便形成阻尼。即在風(fēng)載荷下轉(zhuǎn)動漿葉一個(gè)角度。此扭矩非常大，只有用液壓系統(tǒng)才行。這個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)精

6、度高，液壓系統(tǒng)液體在冬季要有防凍措施，以防失靈。該系統(tǒng)價(jià)格貴、維護(hù)難。 （4）、液壓系統(tǒng)就是用于調(diào)節(jié)葉片槳矩、阻尼、停機(jī)、剎車等狀態(tài)下使用。 （5）、控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的神經(jīng)中樞。就大型風(fēng)機(jī)而言，一般在4米/秒左右的風(fēng)速自動啟動，在14米/秒左右發(fā)出額定功率。然后，隨著風(fēng)速的增加，一直控制在額定功率附近發(fā)電，直到風(fēng)速達(dá)到25米/秒時(shí)自動停機(jī)。風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)，要在這樣惡劣的條件下，根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向?qū)ο到y(tǒng)加以控制，在穩(wěn)定的電壓和頻率下運(yùn)行，自動地并網(wǎng)和脫網(wǎng)。并監(jiān)視齒輪箱、發(fā)電機(jī)的運(yùn)行溫度，液壓系統(tǒng)的油壓，對出現(xiàn)的任何異常進(jìn)行報(bào)警，必要時(shí)自動停機(jī)。 2、垂直軸風(fēng)力機(jī)無需對風(fēng)，不存在偏航功率損失；葉片

7、設(shè)計(jì)簡單，完全可以自主設(shè)計(jì)；機(jī)艙和齒輪箱可置于風(fēng)輪下或地面，維修費(fèi)用更低；垂直軸風(fēng)力機(jī)的噪音比水平軸更小，噪聲污染降低；此外，試驗(yàn)室研究表明其風(fēng)能利用系數(shù)不低于水平軸。垂直軸風(fēng)輪機(jī)不要迎風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以接受360度方位中任何方向來風(fēng)，主軸永遠(yuǎn)向設(shè)計(jì)方向轉(zhuǎn)動。 二、從力學(xué)角度分析：葉片是風(fēng)電機(jī)的“心臟”，葉片的性能直接關(guān)系到風(fēng)電機(jī)的性能。 1、水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)：現(xiàn)有水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是參照直升飛機(jī)的螺旋槳設(shè)計(jì)的，屬于高風(fēng)速葉片。這種葉片結(jié)構(gòu)相似懸臂梁，葉片上受到正面風(fēng)載荷力和離心力，會使根部產(chǎn)生很大彎矩的應(yīng)力，大量事故都是葉片根部折斷。為此，這種葉片強(qiáng)剛性能要求很高，造價(jià)高昂，MW級風(fēng)電機(jī)葉片

8、非常巨大，在高風(fēng)速狀態(tài)產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)載，風(fēng)載的強(qiáng)度很驚人，造成的后果就是大幅提高塔架和機(jī)組的強(qiáng)度和成本，造成風(fēng)電機(jī)的強(qiáng)烈振動，造成機(jī)械和疲勞損壞，還容易形成沖擊電流，影響并網(wǎng)的穩(wěn)定性。 2、垂直軸風(fēng)輪機(jī)，葉片兩頭與軸固定，它的形狀不是由葉片的剛度來保證的。葉片是柔性的，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)后無彎矩應(yīng)力。葉片只受拉應(yīng)力，用料少、壽命長，不易折斷。 所以，葉片性能是造成風(fēng)電機(jī)高昂成本的主要因素，也是造成故障和高額維護(hù)費(fèi)的主要因素，我們要降低風(fēng)電機(jī)成本、提高發(fā)電效率就必須改善葉片性能。 三、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析： 1、水平軸風(fēng)機(jī)的機(jī)倉放置在高高的塔頂，而且是一個(gè)可旋轉(zhuǎn)360度的活動聯(lián)接機(jī)構(gòu)，自身重達(dá)十幾噸至幾十噸，葉片上隨

9、機(jī)風(fēng)載荷達(dá)幾十噸，重心高、不穩(wěn)定、易翻倒。由于高位放置安裝，維護(hù)不便。 2、垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)、齒輪箱放在底部，重心低、穩(wěn)定、維護(hù)方便。由于塔架低矮，降低了成本。 總結(jié)上述：水平軸風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)復(fù)雜，重幾十噸的機(jī)艙需安裝在近百米的高空，功率存在偏航損失等，這些都是國內(nèi)風(fēng)電成本較高的原因。垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)力學(xué)性能好、結(jié)構(gòu)簡單、成本低，具有競爭優(yōu)勢。所以垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)才是未來風(fēng)電的發(fā)展方向。我們公司主要業(yè)務(wù)是專業(yè)從事研發(fā)、生產(chǎn)銷售垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。公司的簡單介紹，是05年8月進(jìn)入中國的，對垂直軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)，到材料結(jié)構(gòu)等多方面進(jìn)行系統(tǒng)的研發(fā)，現(xiàn)在在垂直軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)這一世界級難題的項(xiàng)目中取得

10、突破，在世界上首次應(yīng)用空氣動力學(xué)原理解決垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在強(qiáng)風(fēng)時(shí)的自動限速難題，使垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有應(yīng)用價(jià)值。 公司的核心競爭力，主要在四個(gè)方面，第一是技術(shù)的先進(jìn)性，第二是優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，第三產(chǎn)品線的豐富規(guī)模。 它申請了很多基礎(chǔ)的發(fā)明專利，并且它擁有兩項(xiàng)專門的技術(shù)，使它在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)建立了門檻。孫總剛才講了風(fēng)力發(fā)電機(jī)在05、06、07發(fā)展得非常迅猛，這里講的還是水平軸的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，像風(fēng)車一樣的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這個(gè)技術(shù)在世界上已經(jīng)很成熟了，而且主要被歐美大的公司所控制。比如說美國的GE，他們掌握了這些產(chǎn)品的專利技術(shù)。在06年底，中國已經(jīng)有二十多家大中型企業(yè)投入風(fēng)力發(fā)電事業(yè)，但是多數(shù)是水平軸的風(fēng)

11、力發(fā)電機(jī)。但是我們這家公司致力于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究上，它的噪音小，對環(huán)境影響比較小，安全性比較高，對風(fēng)能利用率比較高，對鳥類比較安全。像水平軸經(jīng)常傷害到鳥類，但是垂直軸的就不會有這個(gè)情況。 大家可以看到，在國內(nèi)有很多家公司宣稱自己有了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)，但是往往他們有的是這種風(fēng)輪技術(shù)，但是我們這家公司所擁有的升力型風(fēng)輪，對整個(gè)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)上，包括穩(wěn)定性和遇到小風(fēng)量能夠啟動的要求上有一個(gè)質(zhì)的飛躍。 這個(gè)公司生產(chǎn)的垂直軸的發(fā)電機(jī)，沒有噪音，安全性高，維護(hù)費(fèi)用低，對地基的要求低。這里面有一個(gè)主要的技術(shù)對比表，在五個(gè)項(xiàng)目上，我們公司和主要的歐美國家產(chǎn)品技術(shù)上的對比。通過這個(gè)表格可以看到，在主要的

12、技術(shù)指標(biāo)上，我們這個(gè)公司已經(jīng)完全在世界上處于領(lǐng)先的地位。 優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)始人，在這個(gè)行業(yè)內(nèi)有二十多年的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在是這個(gè)公司的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師和電氣控制設(shè)計(jì)師。他對企業(yè)的管理，組織架構(gòu)戰(zhàn)略品牌等方面，有很強(qiáng)的規(guī)劃能力。這個(gè)創(chuàng)始人本身有創(chuàng)業(yè)家的冒險(xiǎn)精神，敢于背水一戰(zhàn)的境界，還是非常有創(chuàng)業(yè)的精神。 它的首席技術(shù)顧問是上海同濟(jì)大學(xué)土木工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、橋梁抗風(fēng)實(shí)驗(yàn)室和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室主任。 這個(gè)公司的產(chǎn)品線也是非常豐富的，要提高水平軸的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，往往都是在大的風(fēng)力發(fā)電廠或者是空曠的地方才有，但這個(gè)垂直軸可以應(yīng)用到市區(qū)。 07年向大約20個(gè)多國家和30個(gè)顧客銷售55套產(chǎn)品，銷售額約90萬元人民幣，美國的部分地區(qū)、愛爾蘭等國建了代理商。 商業(yè)模式是這樣的，目前為顧客量身定制產(chǎn)品，并實(shí)行誰定制誰獨(dú)家銷售的策略，讓顧客與公司共同分享科研成果。 在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展上，現(xiàn)在主要把重點(diǎn)集中在國際市場，歐美現(xiàn)在對節(jié)能產(chǎn)品的補(bǔ)貼是非常多的，這也是它的一個(gè)主要策略。另外還有一個(gè)考慮，為