風電技術　　新型垂直軸風力發(fā)電機（H型）設計原理
　　針對目前眾多網(wǎng)友對新型垂直軸風力發(fā)電機（H型）的設計原理比較感興趣，特在此將部分設計原理以及技術指標作詳細地闡述，希望能給各位朋友予以更深入地了解。
　　最早的垂直軸風力發(fā)電機是一種圓弧形雙葉片的結構（Φ型或稱為達里厄），由于其受風面積小，相應的啟動風速較高，一直未得到大力發(fā)展，我國也在前幾年做了一些嘗試，但效果始終不理想。針對一些朋友問及：為何當初采用Φ型設計而沒有用現(xiàn)在這種H型結構?實際上，這和科技的發(fā)展特別是電腦的發(fā)展密切相關的，由于H型垂直軸風力發(fā)電機的設計需要非常大量的空氣洞力學計算以及數(shù)字模擬計算，采用人工的方法計算一次至少需要幾年的時間，而且不是一次計算就能得到正確的結果，所以在計算機還不是很發(fā)達的年代，人們根本無法完成這一設計構思。
　　由于特殊應用場合的需要，2001年我國率先開始了這項研究，并且在以后兩年的時間里不斷對產(chǎn)品進行改進，在2003年初，產(chǎn)品走向成熟，并在海島以及邊疆大量采用以這種新型垂直軸風力發(fā)電機為主要設備的風光互補系統(tǒng)。
　　目前，世界上主要以MUCE公司和日本某公司為該產(chǎn)品的主要研發(fā)和生產(chǎn)單位。
　　下面我就詳細講解一下H型垂直軸風力發(fā)電機的技術原理：
　　一、技術原理
　　該技術采用空氣洞力學原理，針對垂直軸旋轉的風洞模擬，葉片選用了飛機翼形形狀，在風輪旋轉時，它不會受到因變形而改變效率等；它用垂直直線4-5個葉片組成，由4角形或5角形形狀的輪轂固定、連接葉片的連桿組成的風輪，由風輪帶動稀土永磁發(fā)電機發(fā)電送往控制器進行控制，輸配負載所用的電能。
　　該技術原理根據(jù)空氣片條理論，實際計算可選取垂直風機旋轉軸的切面進行計算模型，按葉片實際尺寸，每個葉片的旋轉軸心距離為N米；用CFD技術進行模擬氣動系數(shù)計算，計算原理采用離散數(shù)字方法求解翼形斷面的氣動力，用網(wǎng)格方法對雷諾數(shù)流動渦量分布比較形成高雷諾數(shù)下對Navier-Stokes方程進行數(shù)字模擬計算的原理結果。
　　采用稀土永磁材料發(fā)電的原理，配套與空氣洞力學原理的風輪，采用直驅(qū)式結構進行旋轉發(fā)電。
　　專利技術：一種風力發(fā)電機（專利號：ZL200420081310.2）
　　二、功率特性
　　根據(jù)H型風力發(fā)電機的原理，風輪的轉速上升速度提高較快（力矩上升速度快），它的發(fā)電功率上升速度也相應變快，發(fā)電曲線變得飽滿（如下圖）。在同樣功率下，垂直軸風力發(fā)電機的額定風速較現(xiàn)有水平軸風力發(fā)電機要小，并且它在低風速運轉時發(fā)電量也較大。
　　三、結構
　　由于此種設計結構采用了特殊空氣洞力學原理、三角形向量法的連接方式以及直驅(qū)式結構的原理，使得風輪的受力主要集中于輪轂上，因此抗風能力較強；此種設計的特性還體現(xiàn)在對周圍環(huán)境的影響上，運轉時無噪音以及電磁干擾小等特點使得新型垂直軸風力發(fā)電機優(yōu)越性非常明顯。
　　垂直軸直線葉片永磁發(fā)電機風力發(fā)電電源系統(tǒng)結構圖
　　附：現(xiàn)有垂直軸風力發(fā)電電源比較：
　　目前，生產(chǎn)該類型垂直軸風力發(fā)電電源系統(tǒng)產(chǎn)品最多的是日本（2002年開始研究），還有英國、加拿大等國目前也在研制中，這些國家的大部分產(chǎn)品在風輪設計當中采用平行連接桿，這種方式對發(fā)電機輸出軸要求較高，并且結構相對復雜，現(xiàn)場安裝程序也偏多。另外，從力學方面分析，H型垂直軸風力發(fā)電機功率越大、葉片越長、平行桿的中心點與發(fā)電機軸的中心點距離越長，抗風能力就越差，因此，MUCE采取的是三角形向量法，彌補了上述的一些缺點。
風機葉片是風力發(fā)電技術進步的關鍵核心
　　風力機部件，其良好的設計、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機組正常穩(wěn)定運行的決定因素。我國風機葉片行業(yè)的發(fā)展是伴隨著風電產(chǎn)業(yè)及風電設備行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。由于起步較晚，我國風機葉片最初主要是依靠進口來滿足市場需求的。隨著國內(nèi)企業(yè)和科研院所的共同努力，我國風機葉片行業(yè)的供給能力迅速提升。
　　目前，我國風機葉片市場已經(jīng)形成外資企業(yè)、民營企業(yè)、研究院所、上市公司等多元化的主體投資形式。外資企業(yè)主要有GE、LM、GAMESA、VESTAS等，國內(nèi)企業(yè)以時代新材、中材科技、中航惠騰、中復連眾為代表。截至到2008年5月，中國境內(nèi)的風電機組葉片廠商共有31家。其中，已經(jīng)進入批量生產(chǎn)階段的公司有10家。2008年，已經(jīng)批量生產(chǎn)的葉片公司生產(chǎn)能力為460萬千瓦。預計2010年，這些葉片公司全部進入批量生產(chǎn)階段后，綜合生產(chǎn)能力將達到900萬千瓦。