垂直軸與水平軸的對比

1、垂直軸風力發(fā)電機是未來風電的發(fā)展方向2010-10-02 00:10轉載自 HYPERLINK :/hi.baidu /zlgkj t blank zlgkj最終編輯 HYPERLINK :/hi.baidu /zlgkj t blank zlgkj垂直軸風力發(fā)電機是未來風電的發(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)境污染也相當嚴重。風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，風能作為清潔的新能源得到人們的重視。 風力發(fā)電機就是利用風能為動力的發(fā)電裝置，它充分利用自然能，即節(jié)能又環(huán)保。 風力發(fā)電

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

3、此在不考慮環(huán)境等外部效益的情況下，同火電相比，風電的成本其實并不低。根據有關部門的統(tǒng)計，在現(xiàn)有條件下，風力發(fā)電的平均成本在0.60元/度左右，如果采用進口設備，則需要更高的電價，因為風電機組進口設備的售價要比國內設備高出30%，而設備成本占到了發(fā)電成本的80%，由于設備過于依賴進口，直接導致我國風電成本上升。而目前火電的平均成本僅為0.30元/度，風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、增加壽命一直是風電技術所追求的目標。為此，合理的選擇機型至關重要。 根據

4、機型風力發(fā)電機可分為兩類：水平軸風力發(fā)電機和垂直軸風力發(fā)電機。然而目前廣泛使用大型水平軸風力發(fā)電機存在很多不足。為了更好地利用風能，合理的選擇機型?，F(xiàn)就水平軸風力發(fā)電機和垂直軸風力發(fā)電機優(yōu)劣做一下比較： 一、從結構分析：1、水平軸風力發(fā)電機。由于風力發(fā)電機是隨風變化的，因此發(fā)出的電時有時無，電壓和頻率不穩(wěn)定，是沒有實際應用價值的。風小時，不發(fā)電。狂風吹來，又使風輪越轉越快，系統(tǒng)就會被吹跨。為了解決這些問題，水平軸風力增加了齒輪箱、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輪轉速（大型的風機通常為27轉/分）變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機轉速（通常為1500轉/分）。同時也使

5、得發(fā)電機易于控制，實現(xiàn)穩(wěn)定的頻率和電壓輸出。 （2）、偏航系統(tǒng)可以使風輪掃掠面積總是垂直于主風向，風輪沿水平軸旋轉，以便產生動力。為此，機艙要在水平面360度旋轉，隨時跟風，達到“迎風”目的。要知道，大型的風機機艙總重幾十多噸，使這樣一個系統(tǒng)隨時對準主風向也有相當?shù)募夹g難度。這個調節(jié)系統(tǒng)包含有風向檢測、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)，水平軸風輪機當風速變化時,為了調節(jié)轉速，要有漿距調節(jié)系統(tǒng)，風輪的葉片要圍繞根部的中心軸旋轉，以便適應不同的風況。停機系統(tǒng)，葉片尖部要甩出，以便形成阻尼。即在風載荷下轉動漿葉一個角度。此扭矩非常大，只有用液壓系統(tǒng)才行。這個閉環(huán)調節(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)價格貴、維護難。 （4）、液壓系統(tǒng)就是用于調節(jié)葉片槳矩、阻尼、停機、剎車等狀態(tài)下使用。 （5）、控制系統(tǒng)是風力發(fā)電機的神經中樞。就大型風機而言，一般在4米/秒左右的風速自動啟動，在14米/秒左右發(fā)出額定功率。然后，隨著風速的增加，一直控制在額定功率附近發(fā)電，直到風速達到25米/秒時自動停機。風機的控制系統(tǒng)，要在這樣惡劣的條件下，根據風速、風向對系統(tǒng)加以控制，在穩(wěn)定的電壓和頻率下運行，自動地并網和脫網。并監(jiān)視齒輪箱、發(fā)電機的運行溫度，液壓系統(tǒng)的油壓，對出現(xiàn)的任何異常進行報警，必要時自動停機。 2、垂直軸風力機無需對風，不存在偏航功率損失；葉片

7、設計簡單，完全可以自主設計；機艙和齒輪箱可置于風輪下或地面，維修費用更低；垂直軸風力機的噪音比水平軸更小，噪聲污染降低；此外，試驗室研究表明其風能利用系數(shù)不低于水平軸。垂直軸風輪機不要迎風調節(jié)系統(tǒng)，可以接受360度方位中任何方向來風，主軸永遠向設計方向轉動。 二、從力學角度分析：葉片是風電機的“心臟”，葉片的性能直接關系到風電機的性能。 1、水平軸風力發(fā)電機：現(xiàn)有水平軸風力發(fā)電機葉片是參照直升飛機的螺旋槳設計的，屬于高風速葉片。這種葉片結構相似懸臂梁，葉片上受到正面風載荷力和離心力，會使根部產生很大彎矩的應力，大量事故都是葉片根部折斷。為此，這種葉片強剛性能要求很高，造價高昂，MW級風電機葉片

8、非常巨大，在高風速狀態(tài)產生強風載，風載的強度很驚人，造成的后果就是大幅提高塔架和機組的強度和成本，造成風電機的強烈振動，造成機械和疲勞損壞，還容易形成沖擊電流，影響并網的穩(wěn)定性。 2、垂直軸風輪機，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，轉軸旋轉后無彎矩應力。葉片只受拉應力，用料少、壽命長，不易折斷。 所以，葉片性能是造成風電機高昂成本的主要因素，也是造成故障和高額維護費的主要因素，我們要降低風電機成本、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、水平軸風機的機倉放置在高高的塔頂，而且是一個可旋轉360度的活動聯(lián)接機構，自身重達十幾噸至幾十噸，葉片上隨

9、機風載荷達幾十噸，重心高、不穩(wěn)定、易翻倒。由于高位放置安裝，維護不便。 2、垂直軸風力發(fā)電機的發(fā)電機、齒輪箱放在底部，重心低、穩(wěn)定、維護方便。由于塔架低矮，降低了成本。 總結上述：水平軸風力機設計技術復雜，重幾十噸的機艙需安裝在近百米的高空，功率存在偏航損失等，這些都是國內風電成本較高的原因。垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)力學性能好、結構簡單、成本低，具有競爭優(yōu)勢。所以垂直軸風力發(fā)電機才是未來風電的發(fā)展方向。我們公司主要業(yè)務是專業(yè)從事研發(fā)、生產銷售垂直軸風力發(fā)電機。公司的簡單介紹，是05年8月進入中國的，對垂直軸風力發(fā)動機，到材料結構等多方面進行系統(tǒng)的研發(fā)，現(xiàn)在在垂直軸風力發(fā)動機這一世界級難題的項目中取得

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

11、力發(fā)電機。但是我們這家公司致力于垂直軸風力發(fā)電機的研究上，它的噪音小，對環(huán)境影響比較小，安全性比較高，對風能利用率比較高，對鳥類比較安全。像水平軸經常傷害到鳥類，但是垂直軸的就不會有這個情況。 大家可以看到，在國內有很多家公司宣稱自己有了垂直軸風力發(fā)電機的技術，但是往往他們有的是這種風輪技術，但是我們這家公司所擁有的升力型風輪，對整個發(fā)動機運轉上，包括穩(wěn)定性和遇到小風量能夠啟動的要求上有一個質的飛躍。 這個公司生產的垂直軸的發(fā)電機，沒有噪音，安全性高，維護費用低，對地基的要求低。這里面有一個主要的技術對比表，在五個項目上，我們公司和主要的歐美國家產品技術上的對比。通過這個表格可以看到，在主要的

12、技術指標上，我們這個公司已經完全在世界上處于領先的地位。 優(yōu)秀的團隊，這個團隊的創(chuàng)始人，在這個行業(yè)內有二十多年的經驗，現(xiàn)在是這個公司的系統(tǒng)設計師和電氣控制設計師。他對企業(yè)的管理，組織架構戰(zhàn)略品牌等方面，有很強的規(guī)劃能力。這個創(chuàng)始人本身有創(chuàng)業(yè)家的冒險精神，敢于背水一戰(zhàn)的境界，還是非常有創(chuàng)業(yè)的精神。 它的首席技術顧問是上海同濟大學土木工程國家重點實驗室、橋梁抗風實驗室和風洞實驗室主任。 這個公司的產品線也是非常豐富的，要提高水平軸的風力發(fā)電機，往往都是在大的風力發(fā)電廠或者是空曠的地方才有，但這個垂直軸可以應用到市區(qū)。 07年向大約20個多國家和30個顧客銷售55套產品，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品，并實行誰定制誰獨家銷售的策略，讓顧客與公司共同分享科研成果。 在網絡發(fā)展上，現(xiàn)在主要把重點集中在國際市場，歐美現(xiàn)在對節(jié)能產品的補貼是非常多的，這也是它的一個主要策略。另外還有一個考慮，為