垂直轴风电技术及其市场展望
时间：2022-10-15 04:32:35
【摘 要】风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。目前我国能源紧张，电力供需矛盾日益突出，大规模发展风力发电被认为是解决我国能源和电力短缺的战略选择之一。随着风电装机的国产化和规模化，风力发电成本有望降低，因此，将会有更多的投资者将其目光集聚于风电产业，风电产业也将得到更加良好的发展机会。本文介绍了垂直轴风电技术发展历史，分析了垂直轴风电技术发展前景，垂直轴风力发电机的技术原理，并指出我国自主研发的垂直轴风电技术发展迅速，前景广阔。
风力发电是利用风力发电机组直接将风能转化为电能的发电方式，是风能利用的主要形式，也是目前可再生能源中技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。风力发电是集空气动力、电机制造、液压传动和计算机自动控制为一体的综合性技术。
1我国风电发展的现状
当前，我国的电源结构中，火电占70%，火力发电通过燃烧煤炭，产生大量的二氧化碳，不符合我国目前的节能减排政策。我们国家，地域广阔，风力资源丰富，2006年到2010年的“十一五”期间，我国将新增风电装机容量300万千瓦，每年平均新增60-80万千瓦，如果按7000元/千瓦计算，每年新增加产值将达到60亿元。当前，世界风电行业巨头来我国进行投资，投资形式主要是独资，也有的转让许可证。未来风电发展迅速，市场供不应求。
2垂直轴风力发电机技术
我国最早研发的垂直轴风力发电机，其结构由圆弧形双叶片组成，（Φ型），具有受风面积较小的特点，但风速启动性能较高，所以没有普遍推广。前几年，我国做了尝试推广，但取得的效果不够好。由于设计垂直轴风力发电机的技术，需要采用数字模拟计算，以及空气洞力学进行计算，进行人工计算，一次就要花费几年，并且需要计算好几次，所以，依靠手工计算是不可能进行的。因此，垂直轴风力发电机的技术没有得到推广。由于市场的需要，从2001年开始，我国进行了垂直轴风电技术研究，之后几年，不断进行改进提高。垂直轴风电机组的主要优点表现在：能够接受任意方向的来风，因而不需要设置风轮的对风装置；传动链和发电机可安装在地面，维护方便；风轮叶片可采用多种与轮毂的连接形式，对改善叶片的载荷情况有利。
2.1垂直轴风力发电机的技术原理
垂直轴风力发电机的技术原理是，空气洞力学原理，模拟垂直轴旋转的风洞，叶片的形状采用飞机翼形进行设计，由4-5个叶片组成垂直直线，轮毂固定由5角形或4角形，风轮由连杆组成，风轮制动稀土永磁发电机进行发电，进行控制的控制器输送电能。计算方法采用离散数字。
垂直轴风力发电机的技术理论是空气片条。采用垂直风机旋转轴的切面计算，根据叶片尺寸大小，旋转轴心距离叶片有一定距离，进行模拟气动系数计算，采用的是CFD技术。垂直轴风力发电材料为稀土永磁材料，用风轮配套，旋转发电采用的直驱式结构。
2.2垂直轴风力发电机的功率特性
从垂直轴风力发电机的技术原理进行分析，风轮的转速上升速度提高较快，垂直轴风力发电机的功率也较快。同样功率，垂直轴风力发电机的额定风速小于水平轴风力发电机，但在低风速运转时，垂直轴风力发电机的发电量也较大。
2.3垂直轴风力发电机的结构
因为垂直轴风力发电机的技术原理采用空气洞力学原理，模拟垂直轴旋转的风洞，叶片的形状采用飞机翼形进行设计，由4-5个叶片组成垂直直线，轮毂固定由5角形或4角形，风轮由连杆组成，所以，具有较强的抗风能力，对周围环境影响较小，垂直轴风力发电机运转时，无电磁以及噪音干扰。垂直轴风力发电机具有较大的优越性。
3我国风力发电市场展望
《可再生能源法》于2006年1月1日正式实施，规定风力发电分类定价、全额收购和强制上网等原则。《可再生能源中长期发展规划》，指出，未来的15年时间，我国的风力发电装机容量将实现3000万千瓦。按每千瓦装机容量7000元进行设备投资，预计到2020年，我国新增设备投资为2030亿元。依据设备投资占总投资的59.25%进行推算，预计2020年，风电设备的市场容量将达到1200亿元，风力发电前景美好。
风电设备的制造有广阔的发展前景。国家规划的近期项目，主要是风电量为31万千瓦的广东近海和沿海示范项目；22万千瓦的福建省岛屿和沿海项目；新疆22 万千瓦；宁夏19 万千瓦；甘肃省26 万千瓦；河北省32 万千瓦；内蒙古50 万千瓦；吉林省33 万千瓦；山东省21 万千瓦；江苏省45万千瓦；上海市12 万千瓦；目前，各省市的开发商和政府对风电规划容量都要求增加。2005年1月，由国家水电水利规划设计总院组织审计的风电场工程项目达到2044.7兆瓦，今后的风电需求预计为4000兆瓦，远远高于国家的规划值。
国家的规划目标， 2020年为2000-3000万千瓦，风电在电源结构中，占全国总发电装机10亿千瓦容量的2-3%。预计2020年后，化石燃料资源日益减少，成本加大，风电的竞争力会更大，发展会更快。到了2030年，水能资源将开发用完，所以，近海的风电市场将进入大量开发时期。
我国的风能资源虽然较丰富，但在个别几个省区较集中，我国其余大部分省区由于风速由于不能达到水平轴风力发电机组的最佳应用风速，从而不能达到风力的有效利用。垂直轴风力发电机组克服了以上缺点，能够在风速低时进行启动，能够在弱风区、低风速情况下进行启动。
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