羅明淳

【摘 要】風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)展風力發(fā)電被認為是解決我國能源和電力短缺的戰(zhàn)略選擇之一。隨著風電裝機的國產(chǎn)化和規(guī)?；L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電產(chǎn)業(yè)，風電產(chǎn)業(yè)也將得到更加良好的發(fā)展機會。本文介紹了垂直軸風電技術(shù)發(fā)展歷史，分析了垂直軸風電技術(shù)發(fā)展前景，垂直軸風力發(fā)電機的技術(shù)原理，并指出我國自主研發(fā)的垂直軸風電技術(shù)發(fā)展迅速，前景廣闊。

【關(guān)鍵詞】垂直軸風電技術(shù) 風能資源 市場展望

風力發(fā)電是利用風力發(fā)電機組直接將風能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式，是風能利用的主要形式，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。風力發(fā)電是集空氣動力、電機制造、液壓傳動和計算機自動控制為一體的綜合性技術(shù)。

1我國風電發(fā)展的現(xiàn)狀

當前，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，風力資源豐富，2006年到2010年的“十一五”期間，我國將新增風電裝機容量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)值將達到60億元。當前，世界風電行業(yè)巨頭來我國進行投資，投資形式主要是獨資，也有的轉(zhuǎn)讓許可證。未來風電發(fā)展迅速，市場供不應(yīng)求。

2垂直軸風力發(fā)電機技術(shù)

我國最早研發(fā)的垂直軸風力發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)由圓弧形雙葉片組成，（Φ型），具有受風面積較小的特點，但風速啟動性能較高，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)計垂直軸風力發(fā)電機的技術(shù)，需要采用數(shù)字模擬計算，以及空氣洞力學(xué)進行計算，進行人工計算，一次就要花費幾年，并且需要計算好幾次，所以，依靠手工計算是不可能進行的。因此，垂直軸風力發(fā)電機的技術(shù)沒有得到推廣。由于市場的需要，從2001年開始，我國進行了垂直軸風電技術(shù)研究，之后幾年，不斷進行改進提高。垂直軸風電機組的主要優(yōu)點表現(xiàn)在：能夠接受任意方向的來風，因而不需要設(shè)置風輪的對風裝置；傳動鏈和發(fā)電機可安裝在地面，維護方便；風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垂直軸風力發(fā)電機的技術(shù)原理

垂直軸風力發(fā)電機的技術(shù)原理是，空氣洞力學(xué)原理，模擬垂直軸旋轉(zhuǎn)的風洞，葉片的形狀采用飛機翼形進行設(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，風輪由連桿組成，風輪制動稀土永磁發(fā)電機進行發(fā)電，進行控制的控制器輸送電能。計算方法采用離散數(shù)字。

垂直軸風力發(fā)電機的技術(shù)理論是空氣片條。采用垂直風機旋轉(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，進行模擬氣動系數(shù)計算，采用的是CFD技術(shù)。垂直軸風力發(fā)電材料為稀土永磁材料，用風輪配套，旋轉(zhuǎn)發(fā)電采用的直驅(qū)式結(jié)構(gòu)。

2.2垂直軸風力發(fā)電機的功率特性

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

2.3垂直軸風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)

因為垂直軸風力發(fā)電機的技術(shù)原理采用空氣洞力學(xué)原理，模擬垂直軸旋轉(zhuǎn)的風洞，葉片的形狀采用飛機翼形進行設(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，風輪由連桿組成，所以，具有較強的抗風能力，對周圍環(huán)境影響較小，垂直軸風力發(fā)電機運轉(zhuǎn)時，無電磁以及噪音干擾。垂直軸風力發(fā)電機具有較大的優(yōu)越性。

3我國風力發(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)定風力發(fā)電分類定價、全額收購和強制上網(wǎng)等原則。《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，指出，未來的15年時間，我國的風力發(fā)電裝機容量將實現(xiàn)3000萬千瓦。按每千瓦裝機容量7000元進行設(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%進行推算，預(yù)計2020年，風電設(shè)備的市場容量將達到1200億元，風力發(fā)電前景美好。

風電設(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電場工程項目達到2044.7兆瓦，今后的風電需求預(yù)計為4000兆瓦，遠遠高于國家的規(guī)劃值。

國家的規(guī)劃目標， 2020年為2000-3000萬千瓦，風電在電源結(jié)構(gòu)中，占全國總發(fā)電裝機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，近海的風電市場將進入大量開發(fā)時期。

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

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