风力发电机组分类 垂直轴风力发电机和水平轴的区别
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发布时间：2024-10-14 16:14
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时间：2024-11-12 17:15
按照风机旋转主轴的方向分类，可以分为水平轴式和垂直轴式。水平轴式风机的转动轴与地面平行，需要根据风向调整叶轮位置；垂直轴式风机的转动轴与地面垂直，设计更为简单，叶轮不需要随风向变化。
按照桨叶受力方式可以分为升力型和阻力型风机。按照桨叶数量分类，可分为单叶片、双叶片、三叶片和多叶片型风机。叶片数量的选择由多个因素决定，如空气动力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等。
大型风力发电机通常由3片叶片构成。叶片数量较少的风力发电机通常需要更高的转速以提取风中的能量，因此噪音较大。而叶片数量过多则会相互作用降低系统效率。从美学角度来看，3叶片的风电机更为平衡和美观。
按照风机接受风的方向分类，可分为上风向型和下风向型。上风向风机一般需要有调向装置以保持叶轮迎风；而下风向风机则能够自动对准风向，但会受到塔架干扰产生所谓的塔影效应。
根据机械连接方式的不同，风力发电机组可分为有齿轮箱型和直驱型。有齿轮箱型风机的桨叶通过齿轮箱将转矩传递到发电机的传动轴，而直驱型风机则直接将桨叶转矩传递到发电机，结构更简单，减少了故障几率。
按照桨叶接受风能的功率调节方式分类，可分为定桨距机组和变桨距机组。定桨距机组结构简单、性能可靠，但气动效率较低；变桨距机组性能更好，但结构复杂。
根据叶轮转速是否恒定，可分为恒速风力发电机组和变速风力发电机组。恒速机组设计简单、成本低，但气动效率较低；变速机组气动效率高，但维护量大。
按照发电机类型分类，可分为异步发电机型和同步发电机型。异步发电机按其转子结构分为笼型和绕线式双馈异步发电机；同步发电机则按其产生旋转磁场的磁极类型分为电励磁同步发电机和永磁同步发电机。
根据风机的输出端电压高低化分，可分为高压风力发电机和低压风力发电机。高压风力发电机输出端电压为10~20kV，可直接并网，而低压风力发电机输出端电压为1kV以下。
根据风机的额定功率化分，可分为微型机、小型机、中型机和大型机。微型机的额定功率在10kW以下，小型机在10kW至100kW之间，中型机在100kW至1000kW之间，而大型机的额定功率在1000kW以上。
垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机相比，具有不同的结构和优势。垂直轴风力发电机采用无铁芯的永磁盘式电机或外转子电机，启动力矩小，更适合在城市或低风速地区使用；而水平轴风力发电机则采用造价低廉的有铁芯发电机，启动力矩较大，不适合在低风速地区使用。
垂直轴风力发电机的风叶是万向受风的垂直式结构，可以更好地利用风能；而水平轴风力发电机需要调整风向，不仅浪费了风能，还增加了机械疲劳风险。
在同等风速条件下，垂直轴风力发电机的发电效率高于水平轴风力发电机，特别是在低风速地区。垂直轴风力发电机在高风速地区的安全性和稳定性也优于水平轴风力发电机。
根据中国空气动力研究与发展中心的实验，垂直轴风力发电机的风能利用率在40%以上，而水平轴风力发电机的利用率在23%-29%左右。综合考虑，垂直轴风力发电机是未来风电发展的方向，随着其优势的逐步显现，未来将更加普及。
