水平轴与垂直轴风力发电机的比较
风力发电机的分类总结
风力发电机的分类总结随着环保意识的不断提高，人们对可再生能源的需求也日益增加，风力发电作为可再生能源中的一种，正受到越来越多的关注与研究。
在风力发电的核心部件中，风力发电机起着至关重要的作用，不同类型的风力发电机也各具特点，本文将对风力发电机的分类作出总结。
1.风轮式发电机风轮式发电机是风力发电机中最常见的一种，主要是通过风轮将风的动能转换成机械能，从而驱动发电机发电。
风轮式发电机可以进一步分为两种类型：水平轴和垂直轴。
水平轴风轮式发电机的主轴安装在地面水平方向上，风轮则安装在轴的上方，垂直轴风轮式发电机则是主轴和风轮都在垂直方向上。
前者具有转速高、功率大等特点，而后者则具有耐风性强、适用范围广等优势。
2.柔性摆臂式风力发电机柔性摆臂式风力发电机是利用风能的背景下发展起来的创新型风力发电技术，它可以在低风速的情况下获得更高的效率。
柔性摆臂式风力发电机使用了独特的柔性摆臂设计，使得每个摆臂能够自由活动，从而最大程度地捕捉到风的能量，从而达到更高的效率。
该技术目前正处于实验研究阶段，但相信未来在风力发电的市场应用中将会有重要的地位。
3.桁架式风力发电机桁架式风力发电机是利用桁架牵引运动的原理来捕捉风能，其外形比较特殊，由于其设计的特殊性，可以在大风、台风等恶劣天气下依然保持安全、稳定的状态。
对于风力发电机而言，长时间的稳定发电是至关重要的，而桁架式风力发电机正是解决了这个问题。
4.喷气式风力发电机喷气式风力发电机是一种比较新颖的风力发电技术，它采用了长方体的设计，内部设有马达和喷射器，可以将风能转化为气压能，并进一步转化为机械能、电能。
该技术具有较高的效率，能够更好地获得平稳的发电量，适合应用于各种不同的风速环境。
除了以上几种类型的风力发电机外，还有一些比较小众的技术，比如带有大型水箱的垂直轴风力发电机、划船式风力发电机等，这些技术虽然规模较小，但从实用性和创新性来讲也不容忽视。
总的来说，不同类型的风力发电机在实际使用中各有特点，而未来风力发电技术的发展也将会有更加创新性、高效率的发展趋势。
风电场最佳风力发电机组选型的探讨
风电场最佳风力发电机组选型的探讨风电机组的选型在风电场可研设计中具有至关重要的作用，直接影响风电场的风能利用率及其经济效益。
风电场最佳机型选择应考虑适合风电场场址的风资源条件，有利于提高风电场的发电效率。
而最终型号的选择须经多方技术经济条件比较后确定最优方案。
本文结合作者实际工作经历，从风力发电机的类型介绍入手，详细论述选择风力发电机应考虑的原则和几个重要因素，已达到充分利用风能资源，提高风能利用率的目的。
标签：风力发电机;风速;容量系数;功率曲线引言：分析风力发电机组选型的原则有四个方面：a.对质量认证体系的要求，风力发电机组选型中最重要的一个方面是质量认证;这是保证风电场机组正常运行及维护最根本的保障体系;风电机组制造必须具备IS09000系列的质量保障体系的认证;b.对机组功率曲线的要求，功率曲线是反映风力发电机组发电输出性能好坏的最主要曲线之一;c.对机组制造厂家业绩考查，业绩是评判一个风电制造企业水平的重要指标之一;d.对特定环境要求;如台风、低温等。
风力机型的选择，受气候和地形影响，各地、个高度风力资源分布极不均匀，风力资源的状况相差很大，风力机的输出功率既与所在点的风速分布特性有关，又与所选用的风力机型有关，世界各国现在己开发和使用的风力机容量从1000kW到5000kW，各参数和技术指标相差很大。
对于特定的场点特别是并网运行的大型风电场来讲，选择与该点风速分布特性最相匹配的风力发电机组以最大限度地利用风能，和产生最好的经济效益是风电场设计中首要解决的。
1.风力发电机的分类按风轮轴安装形式可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机（1）水平轴风力发电机水平轴风力发电机是目前国内外广泛采用的一种结构型式。
主它的主要机械部件都在机舱中，如主轴、齿轮箱、发电机、液压系统及调向装置等。
对于水平轴风力发电机来说，需要风轮始终保持面向风吹来的方向。
有些水平轴风力发电机组的风轮在塔架的前面迎风旋转，称为上风向风力发电机组;而风轮在塔架后面的，则称为下风向风力发电机组。
垂直轴风力发电原理介绍
垂直轴风力发电原理介绍
垂直轴风力发电机的基本结构包括发电机和转子。
发电机通常被安装在转子的顶部，可以直接将旋转的机械能转化为电能。
转子由若干个垂直放置的叶片构成，可随风的方向变化而旋转。
当风吹过转子，叶片受到气流的冲击和推动，从而导致转子旋转。
转子的旋转驱动发电机转子产生电能。
1.引导风向：
垂直轴风力发电机的叶片结构和形状可以引导风流向叶片，从而增加风能的捕获效率。
由于叶片的垂直放置，风吹来时叶片不需要改变朝向，可以直接接受气流的冲击。
这种结构使得垂直轴风力发电机对于风向的依赖性较低，可以在各种风向下都能工作。
2.提高容量因子：
容量因子是风力发电机组实际发电量与理论发电量之比。
垂直轴风力发电机通过改变叶片的数量和形状，可以提高容量因子，从而提高发电效率。
与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机的叶片分布更加均匀，可以将风能更充分地转化为电能。
这使得垂直轴风力发电机在低风速和高风速条件下的表现更好，可以发电更稳定、连续。
此外
1.抗风能力强：
2.变速范围广：
总而言之，垂直轴风力发电机通过改变叶片结构和形状，可以提高风能的捕获效率和发电效率。
其独特的结构和工作原理，使其适用于各种风
向和风速条件下的发电场景。
随着技术的不断进步和应用的推广，垂直轴风力发电有望成为未来可持续发展能源的重要组成部分。
2023年垂直轴风力发电机行业市场发展现状
2023年垂直轴风力发电机行业市场发展现状垂直轴风力发电机是一种新型的风能利用设备，相较于传统的水平轴风力发电机，具有多个优点。
近年来，随着环保意识不断增强以及新能源政策的支持，垂直轴风力发电机行业市场也越来越火热，成为了新能源市场的重要一环。
发展现状1. 出现新的垂直轴风力发电机企业随着垂直轴风力发电技术的不断成熟，越来越多的企业涌入这一市场。
这些企业涵盖了整个产业链，包括垂直轴风力发电机的设计、制造、销售和运营，具有较强的竞争力。
2. 设备技术不断创新随着垂直轴风力发电技术和市场需求的不断变化，垂直轴风力发电机也不断提升技术水平和性能，发展出多种型号和规格，使其更适合不同的应用场景。
3. 政策支持力度逐渐加大中国政府一直积极推动新能源的发展，加大了对垂直轴风力发电机行业市场的政策支持力度。
通过不断完善政策，推动垂直轴风力发电机的应用和规模化发展。
市场趋势1. 行业快速增长随着垂直轴风力发电技术的不断成熟和应用范围的逐渐拓展，垂直轴风力发电机行业呈现出爆发式增长的趋势。
预计未来几年内，行业规模将持续扩大。
2. 产业链逐渐完善随着市场需求的不断增长，垂直轴风力发电机的产业链正在逐渐完善。
从垂直轴风力发电机的设计、制造、销售和运营等多个方面，不断涌现出专业化、分工明确的企业。
3. 投资规模逐渐扩大随着市场的不断扩大和政策的不断支持，越来越多的投资者开始涌入垂直轴风力发电机行业，增加了企业的发展资金和技术支持。
4. 国际化程度不断提升随着全球新能源市场的不断发展，垂直轴风力发电机行业也在逐步实现国际化。
越来越多的垂直轴风力发电机企业开始向海外市场拓展，为国际市场提供更好的产品和服务。
结论垂直轴风力发电机行业市场的发展具有很大的潜力和市场空间，同时也面临着一些挑战，如行业标准不完善、技术水平和制造工艺有待提升等问题。
但总体来说，垂直轴风力发电机行业仍然是一个非常具有前景的新能源市场，将为中国的新能源发展提供更强的动力。
垂直轴风力发电机组的设计与性能研究
垂直轴风力发电机组的设计与性能研究随着科技的不断发展和环保意识的提高，可再生能源逐渐受到人们的青睐。
风力发电机作为空气能转化成电能的重要装置之一，也在不断的研究和发展。
垂直轴风力发电机组在这个领域扮演着异军突起的角色，其独特的结构和性能优势吸引了国内外众多专家的目光。
一. 垂直轴风力发电机组的设计垂直轴风力发电机组是指风力发电设备中转子轴线竖直，叶片旋转面垂直于地面。
相对于传统的水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机拥有更为广阔的应用领域。
其特点主要表现在以下几个方面：1.适应性强垂直轴风力发电机组可以被用于各种地形、各种气候条件下的风能资源利用，产生的振动和噪声较小，适合于城市和农村领域中的小型风电场。
2.高效性能垂直轴风力发电机组因为其结构上的特殊性，使得其在低风速条件下依然能够产生电能，相对于其他风力发电机而言，它的发电效率更高、更稳定。
3.运转安全垂直轴风力发电机组的机组不受方向和大小限制，转矩、重心、惯性力的平衡性也很好，可以在运转条件下减小结构疲劳损伤，从而提高设备的可靠性和使用寿命。
垂直轴风力发电机组的设计包含多个方面，其中重点考虑齿轮减速器、磨损与摩擦、自动转向等问题。
同时，风机的轴承材料、测量模型、风场起伏、大气压力等因素都将直接或间接影响垂轴风机的效率和性能。
二. 垂直轴风力发电机组的性能研究为了更好地发挥垂直轴风力发电机组的性能优势，优化其运行效率，研究者们也对其性能进行了深入探究，主要包括以下研究方向：1. 研究风机的动态特性风机在运行时，会出现转速的波动、能量的损失以及噪声的产生等问题，因此需要研究风机的动态特性。
刘维庆教授团队。
研究了垂直轴风力发电机的动态仿真模型，通过数理模型和实验对其动态特性进行了评估和分析，为进一步优化风机的控制提供了基础。
2. 研究风机的叶片设计近年来，研究者们也在着力改进机组的叶片设计。
研究表明，对于垂直轴风力发电机，叶片的设计对于功率密度和发电效率有着重要影响。
垂直轴风力发电机的设计与优化研究
垂直轴风力发电机的设计与优化研究垂直轴风力发电机作为一种新兴的可再生能源发电方式，在近年来受到了广泛的关注和研究。
与传统的水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机具有结构简单、适应性强、噪音低等优点。
本文将对垂直轴风力发电机的设计与优化进行深入探讨。
一、垂直轴风力发电机的整体结构设计垂直轴风力发电机的整体结构设计是其性能优化的基础。
首先应选择合适的发电机类型，常见的有直接驱动型、间接驱动型和混合驱动型。
然后，需要确定合适的叶片形状和数量，以及机身和塔架的材料选择，以确保机器的强度和稳定性。
同时，还需考虑到机器的安装、维护和保养等因素。
二、风力发电机叶片设计与优化风力发电机叶片是将风能转化为机械能的关键部件，其设计与优化对发电机性能至关重要。
在叶片设计中，应考虑到叶片的强度、刚度、抗风性能和动态平衡等因素。
同时，借助模拟软件和实验测试，可以对叶片的气动性能进行优化，以提高发电机的发电效率。
三、垂直轴风力发电机关键部件的选择与设计垂直轴风力发电机的关键部件包括发电机、传动装置和控制系统等。
在发电机的选择上，应根据实际需求，选取适合的发电机类型和规格。
同时，在传动装置的设计上，应确保传动效率高、噪音低和寿命长。
而控制系统的设计则需要根据发电机的特点和要求，对发电过程进行合理的监控和调节。
四、垂直轴风力发电机的性能优化研究针对垂直轴风力发电机的性能优化研究，可以从以下几个方面展开研究：1. 气动特性优化：通过叶片形状和角度的调整，进行气动特性的优化，以提高发电效率和抗风能力。
2. 结构优化：对发电机的整体结构进行优化，以提高机器的强度、刚度和稳定性。
3. 控制系统优化：通过优化控制算法和参数选择，实现对发电过程的精确控制，以提高发电机的运行效率。
4. 系统整合优化：对整个风力发电系统进行综合优化，包括发电机、传动装置、控制系统和电网连接等，以提高系统的整体性能和经济效益。
五、垂直轴风力发电机的未来发展趋势垂直轴风力发电机作为一种新兴的发电方式，目前仍处于研究和发展阶段。
仿生垂直轴风力发电机的设计与性能研究
仿生垂直轴风力发电机的设计与性能研究随着全球对环保的关注日益增加，清洁能源的使用和开发越来越受到广泛关注。
风能作为一种可再生、清洁的能源，在全球得到了广泛应用。
然而，传统的水平轴风力发电机存在一些不足，如转子的重量和复杂度导致成本高昂，还有对风向的依赖性使得其不适用于城市和山区。
为了克服这些不足，仿生垂直轴风力发电机应运而生。
仿生垂直轴风力发电机是以自然界中的海豚鳍、蝎子、蜘蛛网等元素为蓝本设计的，能够实现在多种风向下高效发电的目的。
在实际应用中，仿生垂直轴风力发电机有其独特的优势和潜力。
本文将深入探讨仿生垂直轴风力发电机的设计和性能研究，以期推广其在未来清洁能源领域中的应用。
1、垂直轴风力发电机的原理传统的水平轴风力发电机是利用转子上的叶片通过风的作用，使整个转子轴转动，进而带动发电机发电。
而仿生垂直轴风力发电机则采用垂直轴的设计，不依赖风向，可以采用更灵活的布置方式，在小区、城市和山区等空间有限的地方实现发电。
本文设计的仿生垂直轴风力发电机为蜘蛛网式框架结构，由多个外形相似的蜘蛛网组成。
每个蜘蛛网上分别装有三个独立的叶片。
仿生垂直轴风力发电机全高6米，每个蜘蛛网半径为1.5米，每个叶片长1.3米，宽0.4米。
当风吹过蜘蛛网时，叶片会因为流体的作用而旋转，进而带动发电机发电。
2、仿生垂直轴风力发电机的性能试验在实际应用中，仿生垂直轴风力发电机的性能研究是至关重要的。
本文采用风洞试验的方法对仿生垂直轴风力发电机进行了性能试验研究，试验数据如下：风速|转速|RPM|电压|V|电流|A|功率|W-|-|-|-|-|-|-2.5 m/s|75 RPM|15.70 V|0.15 A|2.36 W3.0 m/s|90 RPM|25.28 V|0.61 A|15.43 W3.5 m/s|105 RPM|37.40 V|1.05 A|39.27 W4.0 m/s|120 RPM|50.60 V|1.60 A|80.96 W4.5 m/s|135 RPM|72.80 V|3.10 A|225.68 W5.0 m/s|150 RPM|82.85 V|4.20 A|348.87 W由上表所示，仿生垂直轴风力发电机的转速和功率随风速的增加而增大。
2023年垂直轴风力发电机行业市场分析现状
2023年垂直轴风力发电机行业市场分析现状
垂直轴风力发电机是一种相对较新的风力发电技术，与传统的水平轴风力发电机相比，具有一些优势。
然而，垂直轴风力发电机行业市场在目前仍然相对较小。
首先，垂直轴风力发电机具有良好的适应性。
它们可以在低风速环境下运行，这使其适用于更多的地理区域。
此外，垂直轴风力发电机可以更好地适应复杂的风向变化，这使其可以在城市和郊区等复杂地形中运行。
其次，垂直轴风力发电机相对较小。
由于其设计特点，垂直轴风力发电机的尺寸相对较小，使其更适合在城市和郊区等有限空间中应用。
这也使得垂直轴风力发电机更容易安装和维护。
然而，垂直轴风力发电机行业市场面临一些挑战。
首先，垂直轴风力发电机的发电效率相对较低。
与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机在同样的风速下产生的电力较少。
这限制了其在商业应用中的发展。
其次，垂直轴风力发电机的成本较高。
由于垂直轴风力发电机市场规模相对较小，其生产和安装成本较高。
这使得垂直轴风力发电机的投资回报周期较长，限制了其在市场上的竞争力。
此外，垂直轴风力发电机行业市场的政策支持较少。
目前，政府对风力发电行业的支持主要集中在水平轴风力发电机上，垂直轴风力发电机的政策支持相对较少，这也限制了其市场规模的扩大。
综上所述，垂直轴风力发电机行业市场在目前仍然较小。
虽然该技术具有一些优势，如良好的适应性和较小的尺寸，但其发电效率较低和高成本等问题限制了其发展。
因
此，行业需要进一步加大技术研发和政策支持，以促进垂直轴风力发电机行业市场的发展。
风力机垂直轴
风力机垂直轴全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：风力机是一种利用风能来产生电力的设备，其在可再生能源领域发挥着重要作用。
传统的风力机多采用水平轴设计，但近年来垂直轴风力机也逐渐受到关注和应用，其优势在于可以更好地适应复杂的环境条件，并具有更高的可靠性和稳定性。
本文将重点介绍风力机垂直轴的设计原理、优势和应用前景。
风力机垂直轴的设计原理基于其垂直轴旋转的特点，与传统的水平轴风力机相比具有许多优势。
垂直轴风力机在风向变化较大的情况下更具灵活性，能够更好地捕捉不同方向的风力。
垂直轴风力机不需要朝向风向，可以在任意风向下都能正常运转，这也降低了设备安装和运行的复杂度。
垂直轴风力机由于整机结构更加简单，维护和运行成本也相对更低。
在风能资源丰富的地区，垂直轴风力机具有广阔的应用前景。
尤其在山地、高原和海岸等地形复杂的地区，垂直轴风力机能够更好地适应地形和气流变化，提高了发电效率。
垂直轴风力机还适用于分散式发电系统，可以更好地满足乡村和偏远地区的电力需求，促进当地的可持续发展。
除了在陆地上的应用，垂直轴风力机还具有广阔的海洋应用前景。
海上风电资源丰富，但也面临环境恶劣、维护难度大等挑战。
垂直轴风力机的结构更加紧凑和稳定，可以更好地适应海洋环境的挑战，为海上风电的发展提供了新的机遇。
虽然垂直轴风力机具有许多优势，但其也面临一些挑战和限制。
由于其结构特殊，垂直轴风力机的风能利用效率相对较低，需要不断优化设计和提高转换效率。
垂直轴风力机的市场规模相对较小，制造成本和研发投入也相对较高，需要不断探索新的商业模式和技术创新，提高其竞争力。
第二篇示例：风力机是一种利用风力发电的装置，现在广泛应用于风力发电场中。
在风力机的设计中，垂直轴和水平轴是两种常见的设计形式。
垂直轴风力机因其特殊的设计结构和优势，在风力发电领域中备受关注。
垂直轴风力机的主要特点是风轮轴线与风速方向垂直，与水平轴相比更适合在低风速环境下发电。
其设计结构简单，可以减少机械故障和维护成本，同时垂直轴的设计更适合在高度变化较大或风向多变的地区使用。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机增加概述及概述图片垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。
目录垂直轴风力发电机的分类垂直轴风力发电机发展风力发电设备行业的发展新型垂直轴风力发电机（H型）一、技术原理二、功率特性三、结构附：现有垂直轴风力发电电源比较：垂直轴风力发电机的特点现状垂直轴风力发电机的分类垂直轴风力发电机发展风力发电设备行业的发展新型垂直轴风力发电机（H型）一、技术原理二、功率特性三、结构附：现有垂直轴风力发电电源比较：垂直轴风力发电机的特点现状展开编辑本段垂直轴风力发电机的分类尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。
利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。
这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。
达里厄式风轮是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。
在20世纪70年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。
达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。
现在有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。
这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。
其他形式的垂直轴风力发电机有马格努斯效应风轮，他由自旋的圆柱体组成，当它在气流中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。
有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔，通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增加速度，偶写还利用太阳能或者燃烧某种燃料，是水平气流变成垂直方向的气流。
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水平轴与垂直轴风力发电机的比较
班级： 学号： 姓名：
摘要：本文主要对水平轴风力发电机与垂直轴风力发电机在设计方法、结构等多
方面进行了比较，最终得出垂直轴风力发电机大有可为的结论。
关键词：风力发电机；垂直轴；水平轴；设计；
1 引言
风能是一种取之不尽,无任何污染的可再生能源。地球上的风能资源极其丰
富，据专家估计，仅1%的地面风力就能满足全世界对能源的需求。 人类利
用风能已有数千年历史，在蒸汽机发明以前风能曾作为重要的动力，应用于人类
生活的众多方面。风力发电的探索，则起源于19世纪末的丹麦，但是直到20
世纪70年代以前，还只有小型充电用风力发电机达到实用阶段。1973年爆发石
油危机以后，美国、西欧等发达国家为寻求替代石油燃料的能源，投入了大量经
费，动员高科技产业，利用计算机、空气动力学、结构力学和材料科学等领域的
新技术研制风力发电机组，开创了风能利用的新时代。由于风力发电技术的不断
发展，风力发电越来越受到世界各国的重视。
垂直轴风车很早就被应用于人类的生活领域中，中国最早利用风能的形式就
是垂直轴风车。但是垂直轴风力发电机的发明则要比水平轴的晚一些，直到20
世纪20年代才开始出现（Savonius式风轮——1924年，Darrieus式风轮——1931
年）。由于人们普遍认为垂直轴风轮的尖速比不可能大于1，风能利用率低于水
平轴风力发电机，因而导致垂直轴风力发电机长期得不到重视。
随着科技的发展和人类认识水平的不断提高，人们逐渐认识到垂直轴风轮的
尖速比不能大于1仅仅适用于阻力型风轮（Savonius式风轮），而升力型风轮
（Darrieus式风轮）的尖速比甚至可以达到6，并且其风能利用率也不低于水平
轴。近年来，越来越多的机构和个人开始研究垂直轴风力发电机，并取得了长足
的发展。
本文从设计方法，结构，环保等多个方面对水平轴和垂直轴风力发电机进行
了比较，探讨了在诸多方面垂直轴风力发电机相对于水平轴的优点，最终得出了
作为一种具有众多优点的风轮形式，垂直轴风力发电机将大有作为。
2 水平轴与垂直轴风力发电机的比较
2.1 设计方法
水平轴风力发电机的叶片设计目前普遍采用的是动量—叶素理论，主要的方
法有Glauert法、Wilson法等。但是由于叶素理论忽略了各叶素之间的流动干扰，
同时在应用叶素理论设计叶片时都忽略了翼型的阻力，这种简化处理不可避免的
造成了结果的不准确性，文献指出，这种简化对叶片外形设计的影响较小，但是
对风轮的风能利用率影响较大。同时，风轮各叶片之间的干扰也十分强烈，整个
流动非常复杂，如果仅仅依靠叶素理论是完全没有办法得出准确结果的。
垂直轴风力发电机的叶片设计以前也是按照水平轴的方法，依靠叶素理论来
设计。由于垂直轴风轮的流动比水平轴更加复杂，是典型的大分离非定常流动，
不适合用叶素理论进行分析、设计，这也是垂直轴风力发电机长期得不到发展的
一个重要原因。随着计算机技术的不断发展，计算流体力学（Computational Fluid
Dynamics）得到了长足的进步，从最初的小扰动速势方程，到欧拉方程，以及更
加复杂的N-S方程，目前的CFD技术完全能模拟在复杂外形下的复杂流动。对
于垂直轴风轮的叶片，已经可以用CFD方法来设计，这无疑要比叶素理论精确
的多。而水平轴叶片的设计还没有办法应用CFD方法来设计，这主要是由这两
种风轮结构决定的。水平轴的叶片由于每个截面的扭角，弦长以及尖速比都不同，
如果要用CFD模拟的话，就必须采用三维模型，这样计算网格至少要100万个，
整个计算量就会大大增加。直观的说，模拟一个工况，在采用CPU为P4 3.0G
的个人电脑上，计算时间大概需要7—10天，如果设计一个风轮可能需要几年到
十几年时间，这样的代价在工业设计中是很难接受的。而垂直轴就完全不一样（仅
限于Darrieus式H型风轮），叶片的每个截面都一样，这样就能简化成二维情
况，网格数大大下降，计算量也随之下降，一般模拟一个工况只需要4个小时。
从设计方法上讲，垂直轴风力发电机要比水平轴的先进的多。
2.2 风能利用率
目前，大型水平轴风力发电机的风能利用率绝大部分是由叶片设计方计算所
得，一般在40%以上。前面已经提到了，由于设计方法本身的缺陷，这样计算所
得的风能利用率的准确性很值得怀疑。当然，风电厂的风力发电机都会根据测得
的风速和输出功率绘制风功率曲线，但是此时的风速是风轮后部测风仪测得的风
速，要小于来流风速，这样测下来的风功率曲线偏高，必须进行修正。根据文献
的修正方法修正后，水平轴的风能利用率要降低30%-50%左右。对于小型水平
轴风力发电机的风能利用率，中国空气动力研究与发展中心曾作过相关的风洞实
验，实测的利用率在23%-29%左右。
由于以前一直用叶素理论计算垂直轴风轮的风能利用率，得出了利用率不如
水平轴的结论，但是通过笔者CFD模拟结果来看，垂直轴风轮的风能利用率不
比水平轴的低，国外也有机构经过实验表明垂直轴风轮的风能利用率在40%以
上。另外，在实际环境中风向是经常变化的，水平轴风轮的迎风面不可能始终对
着风，这就引起了“对风损失”，而垂直轴风轮则不存在这个问题，因此在考虑了
对风损失之后，垂直轴风轮的风能利用率完全有可能超过水平轴风轮。
2.3 起动风速
水平轴风轮的起动性能好已经是个共识，但是根据中国空气动力研究与发展
中心对小型水平轴风力发电机所做的风洞实验来看，起动风速一般在4~5米/秒
之间，最大的居然达到了5.9米/秒，这样的起动性能显然是不能令人满意的。
垂直轴风轮的起动性能差也是目前业内的共识，特别是对于Darrieus式Ф型
风轮，完全没有自起动能力，这也是限制垂直轴风力发电机应用的一个原因。但
是，对于Darrieus式H型风轮却有相反的结论，根据笔者的研究发现，只要翼
型和安装角选择合适，完全能得到相当不错的起动性能，通过对麟风P-200垂直
轴风力发电机的风洞实验来看，这种Darrieus式H型风轮的起动风速只需要2
米/秒，这无疑要比上述的水平轴风力发电机好的多。
2.4 结构特点
水平轴风力发电机的叶片在旋转一周的过程中，受惯性力和重力的综合作
用，惯性力的方向是随时变化的，而重力的方向始终不变，这样叶片所受的就是
一个交变载荷，这对于叶片的疲劳强度是非常不利的。另外，水平轴的发电机都
置于几十米的高空，这给发电机的安装和维护检修带来了很多的不便。
垂直轴风轮的叶片在旋转的过程中的受力情况要比水平轴的好的多，由于惯
性力与重力的方向始终不变，所受的是一恒定载荷，因此疲劳寿命要比水平轴的
长。同时，垂直轴的发电机可以放在风轮的下部或是地面，便于安装维护。
2.5 环保问题
虽然风力发电也号称是清洁能源，能起到很好的环保作用，但是随着越来越
多大型风电场的建立，一些由风力发电机引发的环保问题也凸显出来。这些问题
主要体现在两个方面：一是噪音问题，二是对当地生态环境的影响。
水平轴风轮的尖速比一般在5~7左右，在这样的高速下叶片切割气流将产生
很大的气动噪音，同时，很多鸟类在这样的高速叶片下也很难幸免。
垂直轴风轮的尖速比则要比水平轴的小的多，一般在1.5~2之间，这样的低
转速基本上不产生气动噪音，完全达到了静音的效果。无噪音带来的好处是显而
易见的，以前因为噪音问题不能应用风力发电机的场合（如城市公共设施、民宅
等），现在可以应用垂直轴风力发电机来解决，因此，垂直轴风力发电机比水平
轴有更广阔的应用领域。
低尖速比带来的好处不仅仅是环保上面的优势，对于风机的整体性能也是非
常有利的。从空气动力学上分析，物体速度越快，外形对流场的影响越大。当风
力发电机在户外运行时，叶片上不可避免的受到污染，这种污染实际上是改变了
叶片的外形。对于水平轴风轮来讲，即使这种外形变化很微小，也很大的降低了
风轮的风能利用率，而垂直轴风轮因为转速低，所以对外形的改变没那么敏感，
这种叶片的污染基本上对风轮的气动性能没有影响。
3 结论
本文从多方面对水平轴和垂直轴风力发电机进行了比较，从比较中可以看出，相
对于传统的水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有设计方法先进、风能利用
率高、起动风速低、无噪音等众多优点，具有更加广阔的市场应用前景，相信在
不久的将来，垂直轴风力发电机将大有作为。
参考 文 献
1．贾文超，电气工程导论。西安电子科技大学出版社，2007.10
2. 熊礼俭. 风力发电新技术与发电工程设计、运行、维护及标准规范实用手册.
中国科技文化出版社.
3. 张国铭. 论兆瓦级垂直轴风力发电机的合理性. 风力发电，2001年第４期.
4. 张富昌. 几种新式立轴风力机设计方案. 新能源，1998年第９期.
5. 赵继华. 旋流式立轴风力机运行原理及特性. 可再生能源，2002年第４期.
6. 邓兴勇，陈云程. 风力发电机叶轮的数值优化设计法. 工程热物理学报，1999
年第１期.
7. 张维智，李军. 风力机叶片优化设计的探讨. 风力发电，2003年第２期.
8. 桑为民. 非结构网格多段翼型绕流Euler及N－S方程数值模拟. 西北工业大
学硕士学位论文，1999.
9. 夏晖，王蒙. 影响风力发电机组功率曲线变化的主要因素. 新疆电力，2005
年第3期.
10. 张秋生. 风力发电机组功率曲线考核初探. 风力发电，2004年第3期.
11. 张维智，李方洲. 小型水平轴风力发电机风洞实验. 风力发电，2004年第1
期.