垂直軸風力發電機的氣動特性研究

　　3. 垂直軸風力發電機的分類
　　從氣動性能上劃分，垂直軸風力發電機類似于水平軸風力發電機，也可以分為阻力型和升力型這兩大類。任何物體在空氣中都會受到阻力和升力，如圖1 所示，與來流方向平行的力D 為阻力，與來流方向垂直的力L 為升力。當風輪旋轉主要靠葉片受到的阻力來驅動時，該風力機為阻力型；當風輪旋轉主要靠葉片受到的升力來驅動時，該風力機為升力型。需要注意的是，由于葉片是同時受升力和阻力作用的，特別是當葉片的安裝角在一定的臨界范圍時，阻力和升力基本上差不多，這個時候很難區分驅動風輪轉動的主要是靠升力還是阻力，因此其分類也很難確定。特別的，對于可變槳距的風力發電機來說，啟動時安裝角增大，這個時候可看作是阻力型，高速時安裝角變小，這個時候又可看作是升力型，圖2 和圖3 是典型的阻力型風力發電機和升力型風力發電機。
　　從流體力學方面分析，對于阻力型風電機組，其受到的阻力可以近似認為 ，其中Cd 為阻力系數，S 為投影面積，v 為相對風速。圖4 為典型的阻力型風力機運動簡圖，結合公式和簡圖可以看出，當風力機靜止時，v 等于風速，由于S 比較大，所以阻力型風力發電機能夠獲得較大的啟動力矩。但是當風力發電機旋轉之后，相對風速v =vw -vr，隨著轉速的增高，相對風速減小，風力機受到的阻力急劇減小，例如當風力發電機線速度達到風速的一半時，即尖速比為0.5 時，風力發電機受到的阻力將減小為啟動時的四分之一，又由于風力發電機的功率= 力矩X 角速度，所以阻力型風力發電機的風能利用率很低。根據阻力型風力機啟動力矩大，風能利用率低的特點，該型風力發電機僅適用于低風速地區的提水灌溉等應用領域，不適合用來發電。