垂直軸風(fēng)電技術(shù)及其市場展望

羅明淳

【摘 要】風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。目前我國能源緊張，電力供需矛盾日益突出，大規(guī)模發(fā)展風(fēng)力發(fā)電被認(rèn)為是解決我國能源和電力短缺的戰(zhàn)略選擇之一。隨著風(fēng)電裝機(jī)的國產(chǎn)化和規(guī)?；?，風(fēng)力發(fā)電成本有望降低，因此，將會有更多的投資者將其目光集聚于風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)也將得到更加良好的發(fā)展機(jī)會。本文介紹了垂直軸風(fēng)電技術(shù)發(fā)展歷史，分析了垂直軸風(fēng)電技術(shù)發(fā)展前景，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)原理，并指出我國自主研發(fā)的垂直軸風(fēng)電技術(shù)發(fā)展迅速，前景廣闊。

【關(guān)鍵詞】垂直軸風(fēng)電技術(shù) 風(fēng)能資源 市場展望

風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式，是風(fēng)能利用的主要形式，也是目前可再生能源中技術(shù)最成熟、最具規(guī)?；_發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。風(fēng)力發(fā)電是集空氣動力、電機(jī)制造、液壓傳動和計算機(jī)自動控制為一體的綜合性技術(shù)。

1我國風(fēng)電發(fā)展的現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國的電源結(jié)構(gòu)中，火電占70%，火力發(fā)電通過燃燒煤炭，產(chǎn)生大量的二氧化碳，不符合我國目前的節(jié)能減排政策。我們國家，地域廣闊，風(fēng)力資源豐富，2006年到2010年的“十一五”期間，我國將新增風(fēng)電裝機(jī)容量300萬千瓦，每年平均新增60-80萬千瓦，如果按7000元/千瓦計算，每年新增加產(chǎn)值將達(dá)到60億元。當(dāng)前，世界風(fēng)電行業(yè)巨頭來我國進(jìn)行投資，投資形式主要是獨(dú)資，也有的轉(zhuǎn)讓許可證。未來風(fēng)電發(fā)展迅速，市場供不應(yīng)求。

2垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)

我國最早研發(fā)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)由圓弧形雙葉片組成，（Φ型），具有受風(fēng)面積較小的特點，但風(fēng)速啟動性能較高，所以沒有普遍推廣。前幾年，我國做了嘗試推廣，但取得的效果不夠好。由于設(shè)計垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)，需要采用數(shù)字模擬計算，以及空氣洞力學(xué)進(jìn)行計算，進(jìn)行人工計算，一次就要花費(fèi)幾年，并且需要計算好幾次，所以，依靠手工計算是不可能進(jìn)行的。因此，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)沒有得到推廣。由于市場的需要，從2001年開始，我國進(jìn)行了垂直軸風(fēng)電技術(shù)研究，之后幾年，不斷進(jìn)行改進(jìn)提高。垂直軸風(fēng)電機(jī)組的主要優(yōu)點表現(xiàn)在：能夠接受任意方向的來風(fēng)，因而不需要設(shè)置風(fēng)輪的對風(fēng)裝置；傳動鏈和發(fā)電機(jī)可安裝在地面，維護(hù)方便；風(fēng)輪葉片可采用多種與輪轂的連接形式，對改善葉片的載荷情況有利。

2.1垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)原理

垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)原理是，空氣洞力學(xué)原理，模擬垂直軸旋轉(zhuǎn)的風(fēng)洞，葉片的形狀采用飛機(jī)翼形進(jìn)行設(shè)計，由4-5個葉片組成垂直直線，輪轂固定由5角形或4角形，風(fēng)輪由連桿組成，風(fēng)輪制動稀土永磁發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，進(jìn)行控制的控制器輸送電能。計算方法采用離散數(shù)字。

垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)理論是空氣片條。采用垂直風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的切面計算，根據(jù)葉片尺寸大小，旋轉(zhuǎn)軸心距離葉片有一定距離，進(jìn)行模擬氣動系數(shù)計算，采用的是CFD技術(shù)。垂直軸風(fēng)力發(fā)電材料為稀土永磁材料，用風(fēng)輪配套，旋轉(zhuǎn)發(fā)電采用的直驅(qū)式結(jié)構(gòu)。

2.2垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率特性

從垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)原理進(jìn)行分析，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速上升速度提高較快，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率也較快。同樣功率，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定風(fēng)速小于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，但在低風(fēng)速運(yùn)轉(zhuǎn)時，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量也較大。

2.3垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

因為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)原理采用空氣洞力學(xué)原理，模擬垂直軸旋轉(zhuǎn)的風(fēng)洞，葉片的形狀采用飛機(jī)翼形進(jìn)行設(shè)計，由4-5個葉片組成垂直直線，輪轂固定由5角形或4角形，風(fēng)輪由連桿組成，所以，具有較強(qiáng)的抗風(fēng)能力，對周圍環(huán)境影響較小，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，無電磁以及噪音干擾。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有較大的優(yōu)越性。

3我國風(fēng)力發(fā)電市場展望

《可再生能源法》于2006年1月1日正式實施，規(guī)定風(fēng)力發(fā)電分類定價、全額收購和強(qiáng)制上網(wǎng)等原則?！犊稍偕茉粗虚L期發(fā)展規(guī)劃》，指出，未來的15年時間，我國的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量將實現(xiàn)3000萬千瓦。按每千瓦裝機(jī)容量7000元進(jìn)行設(shè)備投資，預(yù)計到2020年，我國新增設(shè)備投資為2030億元。依據(jù)設(shè)備投資占總投資的59.25%進(jìn)行推算，預(yù)計2020年，風(fēng)電設(shè)備的市場容量將達(dá)到1200億元，風(fēng)力發(fā)電前景美好。

風(fēng)電設(shè)備的制造有廣闊的發(fā)展前景。國家規(guī)劃的近期項目，主要是風(fēng)電量為31萬千瓦的廣東近海和沿海示范項目；22萬千瓦的福建省島嶼和沿海項目；新疆22 萬千瓦；寧夏19 萬千瓦；甘肅省26 萬千瓦；河北省32 萬千瓦；內(nèi)蒙古50 萬千瓦；吉林省33 萬千瓦；山東省21 萬千瓦；江蘇省45萬千瓦；上海市12 萬千瓦；目前，各省市的開發(fā)商和政府對風(fēng)電規(guī)劃容量都要求增加。2005年1月，由國家水電水利規(guī)劃設(shè)計總院組織審計的風(fēng)電場工程項目達(dá)到2044.7兆瓦，今后的風(fēng)電需求預(yù)計為4000兆瓦，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國家的規(guī)劃值。

國家的規(guī)劃目標(biāo)， 2020年為2000-3000萬千瓦，風(fēng)電在電源結(jié)構(gòu)中，占全國總發(fā)電裝機(jī)10億千瓦容量的2-3%。預(yù)計2020年后，化石燃料資源日益減少，成本加大，風(fēng)電的競爭力會更大，發(fā)展會更快。到了2030年，水能資源將開發(fā)用完，所以，近海的風(fēng)電市場將進(jìn)入大量開發(fā)時期。

我國的風(fēng)能資源雖然較豐富，但在個別幾個省區(qū)較集中，我國其余大部分省區(qū)由于風(fēng)速由于不能達(dá)到水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最佳應(yīng)用風(fēng)速，從而不能達(dá)到風(fēng)力的有效利用。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組克服了以上缺點，能夠在風(fēng)速低時進(jìn)行啟動，能夠在弱風(fēng)區(qū)、低風(fēng)速情況下進(jìn)行啟動。

參考文獻(xiàn)：

[1]李俊峰.中國風(fēng)電發(fā)展報告2008 -北京[M].北京：中國環(huán)境出版社，2008：17 -18.

[2]湯劍平，高紅霞，李艷 等.IPCC.A2情景下我國21世紀(jì)風(fēng)能變化的統(tǒng)計降尺度方法研究[J].太陽能學(xué)報，2009， 30（3）：655 -666.

[3]張春友，田德，王海寬 等.我國小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化，2011（2）：38 -39.

[4]孫云峰，田德，王海寬 等.垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展概況及趨勢[J].農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化， 2008（2）：42-44.

[5]張國銘.論兆瓦級垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的合理性[J].風(fēng)力發(fā)電，2010（4）：32 -36.

[6]蔣超奇，嚴(yán)強(qiáng).水平軸與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的比較研究[J].上海電力，2007（2）：163 -165.

[7]廖順寶，劉凱，李澤輝.中國風(fēng)能資源空間分布的估算[J].地球信息科學(xué)，2008（5）：551 -555.