说是研究,实际上就是对国外技术的模仿、复制阶段。在结构、材料、加工工艺上没有核心突破,从千瓦级就贸然进入兆瓦级,结果很明显,基本都重复国外的结果。
这段时间的教训,导致垂直轴风电技术的停滞不前,使很多人认定垂直轴风电就不适合大型化,令人欣慰的是Sandia实验室2012年重启了垂直轴风力发电机的研究。
这个时期探索给垂直轴风电发展留下了宝贵的技术经验,在叶片强度、支撑结构等问题上都有进展,垂直轴风电的大型化必须克服振动、效率、制动和控制四大问题。下面,对克服震动、效率两大问题简要探讨。
二、稳定的切向力克服振动问题
升力型垂直叶片在旋转过程中,叶片攻角成正弦曲线运动。变化的攻角使的叶片受力明显倾向一侧,加上中轴过长,造成设备严重偏载震动,影响设备的安全运行。
图4.升力型垂直轴叶片攻角变化曲线图
如果,叶片在旋转过程中,在330°-360°范围内,叶片的切向力(升力)方向始终和叶片圆周运动切线方向一致,加上适当位置上的支点固定,使风机能够沿中轴线稳定运行就像旋转的陀螺,即使我们用力抽拉,陀螺还能稳定的旋转,位移偏转很小。避免偏振和谐振的作用,提高垂直轴风机的安全运行。
图5.陀螺
水平轴风机也有振动问题,但是其稳定的切向力避免了偏振效应,所以水平轴才能做得更大。如果垂直轴也能避免偏振效应,那么离大风机时代又进了一步。
估计很多人会问怎么才能做到稳定的切向力。因为这次我们只做技术交流。
三、特殊捕风方式提高效率
获得稳定切向力(升力)垂直轴风电,风能利用率必然提高,但这些肯定不够,只有使垂直轴风电风能利用率超过水平轴风电,达到贝茨极限,垂直轴风电技术才能算是成熟。当然,这个任重而道远。
垂直轴风电风能利用率低,一直不被行业内人士认可。阻力型(平板式)风能利用率不超12%;风杯式不超7%;S型不超25%;升力型垂直轴也就在15-30%;而大型水平轴风电风能利用率却在35-50%。