李志

（西藏自然科學(xué)博物館，西藏 拉薩 850000）

化石能源的不斷損耗和其不可再生的特點(diǎn)已經(jīng)對(duì)人類(lèi)的未來(lái)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略產(chǎn)生了不可估量的影響?，F(xiàn)在，很多發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)都對(duì)能源資源的利用實(shí)施有效的規(guī)劃，都在向可再生能源領(lǐng)域進(jìn)軍。我國(guó)在2005 年頒布《中國(guó)可再生能源法》中明確規(guī)定了國(guó)內(nèi)的可再生能源資源的重要戰(zhàn)略地位，為國(guó)內(nèi)的可再生能源的發(fā)展提供有效并且具有強(qiáng)有力的法律保障。

在許多國(guó)家，由于風(fēng)力資源十分豐富，所以得到了充分的發(fā)展研究和開(kāi)發(fā)利用。對(duì)風(fēng)能資源的利用主要表現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電方面，到2008 年底的時(shí)候，全球的風(fēng)電機(jī)組的總裝機(jī)容量早就超過(guò)了1×108kW。而在我國(guó)對(duì)風(fēng)能的利用即風(fēng)電機(jī)組總裝機(jī)容量只達(dá)到了1200 萬(wàn)kW。在2009 年底時(shí)，全球的風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)總量達(dá)到了3.75 萬(wàn)兆瓦。全球風(fēng)電平均每年都增加7×107kW，風(fēng)電技術(shù)在電力市場(chǎng)中十分受歡迎［1］。風(fēng)力發(fā)電事業(yè)在新能源和可再生能源在世界范圍內(nèi)得到了密切的關(guān)注，同時(shí)，也得到了最快的發(fā)展。風(fēng)能不像其他可再生能源一樣需要比較尖端的科研技術(shù)水平，風(fēng)能其利用起來(lái)也比較方便簡(jiǎn)單。我國(guó)的風(fēng)能資源極其豐富，對(duì)風(fēng)能的規(guī)?；l(fā)展必將成為我國(guó)不可缺少的一部分。

風(fēng)力機(jī)，也就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是一種能夠?qū)L(fēng)能有效的轉(zhuǎn)化成為電能的機(jī)電裝置。風(fēng)電設(shè)備若要作為公共電網(wǎng)的電源進(jìn)行使用，采用的是并網(wǎng)發(fā)電的工作方式，這是對(duì)風(fēng)能規(guī)?；玫囊粋€(gè)例子。若是要在偏遠(yuǎn)的局部地區(qū)，由于電網(wǎng)的范圍有限，通常采用的是可以獨(dú)立運(yùn)行的小型的風(fēng)力發(fā)電的供電系統(tǒng)，一般用10kW 以下的小型風(fēng)電機(jī)。在德國(guó)，風(fēng)電機(jī)所產(chǎn)生的電量達(dá)到發(fā)電總量的百分之三；在英國(guó)，海上風(fēng)電發(fā)電量約占可再生能源發(fā)電量的百分之二十一，陸上風(fēng)電提供了大約32%的可再生能源發(fā)電量，所有的風(fēng)力發(fā)電占英國(guó)發(fā)電總量的7.9%；在丹麥，風(fēng)力發(fā)電量占電力消費(fèi)總量的39%，創(chuàng)歷史記錄。丹風(fēng)電行業(yè)協(xié)會(huì)首席執(zhí)行官Jan Hylleberg表示，數(shù)據(jù)讓人振奮，毫無(wú)疑問(wèn)，丹麥大部分風(fēng)電企業(yè)已走出經(jīng)濟(jì)危機(jī)的陰霾，這是業(yè)界努力工作、積極參與全球風(fēng)電市場(chǎng)的結(jié)果。過(guò)去4 年，丹麥的西門(mén)子風(fēng)能和維斯塔斯不斷擴(kuò)大了除中國(guó)外的全球風(fēng)電市場(chǎng)，并網(wǎng)裝機(jī)容量占比由2011年的33.1%增長(zhǎng)至2014年的37%，帶動(dòng)了風(fēng)電價(jià)值鏈上的各個(gè)行業(yè)。歐洲的風(fēng)能協(xié)會(huì)（EWEA）與綠色和平組織（Green-peace International）在2002 年的時(shí)候共同發(fā)表一份“風(fēng)力12”的報(bào)告，勾畫(huà)了風(fēng)電事業(yè)在2020年達(dá)到世界電量百分之十二的藍(lán)圖［2］。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的比較分析

風(fēng)力機(jī)，也就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是一種能夠?qū)L(fēng)能有效的轉(zhuǎn)化成為電能的機(jī)電裝置。決定風(fēng)力機(jī)效率的關(guān)鍵因素是風(fēng)力機(jī)的葉片設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)的性能。研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能是目前提高風(fēng)力機(jī)發(fā)電效率的有效方法。目前，風(fēng)力機(jī)的種類(lèi)十分多，風(fēng)力機(jī)已經(jīng)得到了很好的發(fā)展，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的用途、容量、葉片個(gè)數(shù)和風(fēng)輪與塔架的相對(duì)位置進(jìn)行了分類(lèi)。按照風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪主軸的位置分為：垂直軸風(fēng)力機(jī)和水平軸風(fēng)力機(jī)。按照風(fēng)力機(jī)葉片的工作原理分為：升力型風(fēng)力機(jī)和阻力型風(fēng)力機(jī)。

1.1 按照風(fēng)輪主軸位置的不同分類(lèi)

1.1.1 垂直軸風(fēng)力機(jī)。垂直軸風(fēng)力機(jī)是一種葉輪圍繞一個(gè)垂直軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，葉輪能夠利用來(lái)自各個(gè)方向的風(fēng)而轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，通過(guò)風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。變速箱及發(fā)電機(jī)放在靠近地面的地方。

垂直軸風(fēng)力機(jī)可以根據(jù)通過(guò)風(fēng)力機(jī)葉片的工作分類(lèi)：

1.1.1.1 升力型風(fēng)力機(jī)。升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)是利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的翼型的升力來(lái)做工，這里通過(guò)比較典型的Darrieus 型風(fēng)力機(jī)（達(dá)里厄模型）來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，Darrieus 型風(fēng)力機(jī)的模型有許多類(lèi)型，Darrieus 型風(fēng)力機(jī)可以大致分為5種：Φ型；Y型；H型；菱形；三角形。

圖1 Darrieus風(fēng)力機(jī)的分類(lèi)

D 式風(fēng)力機(jī)基本上使用直葉片和彎葉片兩種。現(xiàn)在的達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)多采用直形風(fēng)葉，也有人稱(chēng)之為H 型風(fēng)力機(jī)。H 型風(fēng)力機(jī)的葉片數(shù)一般為2 至6 個(gè)。對(duì)于Φ 型風(fēng)力機(jī)而言，其采用的彎葉片不承受離心力的負(fù)載，只要承受張力，因此能夠使彎曲應(yīng)力減到最小，而有更好的發(fā)電效率。Φ 型風(fēng)力機(jī)葉片和H 型葉片比較，要承受相同的強(qiáng)度的風(fēng)力，因?yàn)棣?型葉片承受的張力比彎曲應(yīng)力強(qiáng)，所以會(huì)更加輕便。但是Φ 型風(fēng)力機(jī)也有缺陷，它的自啟動(dòng)性能比較差。H 型風(fēng)力機(jī)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是需要利用橫桿或者是拉索來(lái)克服高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力對(duì)葉片的負(fù)擔(dān)，這就明顯的降低了發(fā)電的效率。

圖2 H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)

達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)的葉片通過(guò)兩端或中部固定在轉(zhuǎn)軸上，更好地加大機(jī)械強(qiáng)度，可做得很輕巧；達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)不存在頭重腳輕的狀況，對(duì)塔架要求較低，適合用拉索固定，安裝容易，檢修也方便。但是達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)也存在不少的缺點(diǎn)：對(duì)風(fēng)速的變化與負(fù)荷變化有著非?？量痰囊?；要保持平穩(wěn)高效的運(yùn)行十分困難；還不能夠自動(dòng)起動(dòng)等。

1.1.1.2 阻力型風(fēng)力機(jī)。阻力型垂直風(fēng)力機(jī)是利用空氣動(dòng)力的阻力進(jìn)行做工的設(shè)備。阻力型風(fēng)力機(jī)還可以分為薩渥紐斯型、渦輪型、平板型、風(fēng)杯型、馬達(dá)拉斯型等。比較典型的薩渥紐斯（Savonius）型。Savonius阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)如圖3所示。

圖3 Savonius阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)

以下對(duì)薩渥紐斯型風(fēng)力機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹：如圖3 所示，薩渥紐斯型阻力型垂直風(fēng)力機(jī)由兩個(gè)對(duì)半圓柱組成，半圓柱的軸線(xiàn)是平行的，其有利有弊。有利的方面是這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較大，弊端是由于葉輪周?chē)a(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)的氣流，從而會(huì)產(chǎn)生一種側(cè)向的推力。在理想的狀態(tài)下，垂直軸二葉輪的S 型風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率可以達(dá)到百分之十五［3］。若是大型的風(fēng)力機(jī)，受到了偏轉(zhuǎn)力和極限應(yīng)力的影響，很難利用薩渥紐斯型風(fēng)力機(jī)。

隨著近年來(lái)對(duì)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的不斷深入研究，垂直軸風(fēng)力機(jī)已經(jīng)得到了很大的進(jìn)展。垂直軸風(fēng)力機(jī)的優(yōu)秀的方面也漸漸被關(guān)注起來(lái)，垂直軸風(fēng)力機(jī)的葉片在風(fēng)力的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)所受的慣性力和重力的方向是恒定不變的，所以垂直軸風(fēng)力機(jī)的使用壽命會(huì)比較長(zhǎng)。垂直軸風(fēng)力機(jī)雖然在我國(guó)還處在起步的階段，但是我國(guó)也正在努力追趕著爭(zhēng)取能夠達(dá)到世界的領(lǐng)先水平，為了能夠盡可能的提高風(fēng)能資源的利用轉(zhuǎn)化效率，我國(guó)在垂直軸風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)控方面做了很好的研究。垂直軸風(fēng)力機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)十分緊湊，活動(dòng)部件少，其可靠性比水平軸風(fēng)力機(jī)更好。垂直軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)電機(jī)無(wú)需水平軸風(fēng)力機(jī)的偏航系統(tǒng)，其啟動(dòng)風(fēng)速十分小，產(chǎn)生的噪聲也小，其發(fā)電機(jī)和變速箱可以直接放在葉輪下或者是地面上，有利于工作人員對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)的日常維護(hù)［4］。垂直軸風(fēng)力機(jī)的成本大大降低，風(fēng)能利用率較高和綠色低噪聲環(huán)保，垂直軸風(fēng)力機(jī)具有比較大的發(fā)展空間。

1.2 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)

水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪是圍繞水平的軸線(xiàn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的，葉輪旋轉(zhuǎn)平面大致上與風(fēng)的入流方向保持著垂直，大型的水平軸風(fēng)輪的葉片數(shù)一般上是3 片或者是2片，風(fēng)輪的葉片要與旋轉(zhuǎn)的平面形成一定的角度，葉輪、變速箱和發(fā)電機(jī)都裝置在塔架的頂端。通過(guò)葉片數(shù)的多少來(lái)分為高速風(fēng)力機(jī)（葉片數(shù)少）和低速風(fēng)力機(jī)（葉片數(shù)多）。水平軸風(fēng)力機(jī)如圖4所示。

圖4 水平軸風(fēng)力機(jī)

雖然垂直軸風(fēng)力機(jī)的應(yīng)用要比水平軸風(fēng)力機(jī)要早，早在中國(guó)利用風(fēng)力發(fā)電采用的是阻力型垂直軸風(fēng)車(chē)。但是，水平軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)展卻要比垂直軸風(fēng)力機(jī)成熟很多。水平軸風(fēng)力機(jī)在國(guó)內(nèi)外研究比垂直軸風(fēng)力機(jī)要多得多，目前世界上各國(guó)應(yīng)用比較廣泛的風(fēng)力機(jī)是水平軸風(fēng)力機(jī)。之前，人們普遍認(rèn)為水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率要比垂直軸風(fēng)力機(jī)高，也由于垂直軸風(fēng)力機(jī)自身在較低的風(fēng)速下是很難進(jìn)行自啟動(dòng)的。所以，對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)的認(rèn)識(shí)要比垂直軸風(fēng)力機(jī)的認(rèn)識(shí)要深入很多。

1.2.1 水平軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀。水平軸風(fēng)力機(jī)由于其技術(shù)特點(diǎn)尤其突出，風(fēng)能的利用率高、機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊等，是世界大型發(fā)電機(jī)的主要采取的技術(shù)，水平軸風(fēng)力機(jī)已經(jīng)占世界風(fēng)電設(shè)備市場(chǎng)的百分之九十五。在對(duì)風(fēng)力機(jī)的理論技術(shù)方面，水平軸風(fēng)力機(jī)已經(jīng)相當(dāng)完善，技術(shù)水平也相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高。在大型的風(fēng)電設(shè)備中，水平軸風(fēng)力機(jī)是相當(dāng)可觀的，其可以利用的風(fēng)能資源更加廣泛，功率的輸出也更穩(wěn)當(dāng)。

1.2.2 水平軸風(fēng)力機(jī)的分類(lèi)。水平軸風(fēng)力機(jī)由于風(fēng)輪與塔架的相對(duì)位置關(guān)系和風(fēng)輪與風(fēng)向的關(guān)系可以分為兩類(lèi)：上風(fēng)向風(fēng)力機(jī)和下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)。風(fēng)輪安裝在塔架的上風(fēng)位置（風(fēng)首先通過(guò)風(fēng)輪再穿過(guò)塔架）即風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪是面對(duì)風(fēng)的方向，風(fēng)輪在塔架“前面”，叫做上風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。風(fēng)輪安裝在塔架的下風(fēng)位置(風(fēng)首先通過(guò)塔架再穿過(guò)風(fēng)輪)即風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與風(fēng)向相反，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪再塔架“后面”則稱(chēng)為下風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。通常情況下，風(fēng)向風(fēng)力機(jī)為了保證風(fēng)輪能夠迎風(fēng)，需要采用相應(yīng)的對(duì)風(fēng)裝置，但是下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)比較不同，下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)可以自己自動(dòng)對(duì)風(fēng)，很好的把風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化?？墒窍嘛L(fēng)向風(fēng)力機(jī)并不是能夠全部進(jìn)行利用，吹向風(fēng)力機(jī)的一小部分氣流會(huì)繞過(guò)塔架而到達(dá)風(fēng)輪，這樣就增加了氣流的不均勻性，這就是“塔影效應(yīng)”，使得塔影效應(yīng)明顯，由于塔影效應(yīng)，葉片等零部件的使用壽命和風(fēng)力機(jī)的正常運(yùn)行的安全性存在著較大的影響。由于下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)存在“塔影效應(yīng)”這種弊端，現(xiàn)在大型的風(fēng)力機(jī)都是采用上風(fēng)向的設(shè)計(jì)方式，減少了塔影效應(yīng)。

上風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須有某種調(diào)向裝置來(lái)保持風(fēng)輪迎風(fēng)，下風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)則能夠自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，從而免除了調(diào)向裝置。但對(duì)于下風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由于一部分空氣通過(guò)塔架后再吹向風(fēng)輪，塔架干擾了流經(jīng)葉片的氣流，形成所謂塔影效應(yīng)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能有所降低。上風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在偏航系統(tǒng)(機(jī)構(gòu))失效時(shí)可能會(huì)轉(zhuǎn)化為下風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。上風(fēng)向風(fēng)力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是在風(fēng)吹來(lái)的時(shí)候不會(huì)受到風(fēng)機(jī)其他零部件的影響，風(fēng)能的利用效率更加高。下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)雖然會(huì)受到塔影效應(yīng)的影響，對(duì)機(jī)組會(huì)有不利的影響，但是，目前有的小型風(fēng)力機(jī)采用的是下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)，因?yàn)橄嘛L(fēng)向風(fēng)力機(jī)可以自動(dòng)進(jìn)行偏航調(diào)整對(duì)風(fēng)，大大降低了成本，而且，塔影效應(yīng)對(duì)小風(fēng)機(jī)的影響是不大的。

1.2.3 水平軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)展前景。

1.2.3.1 風(fēng)力機(jī)的容量會(huì)增加。風(fēng)力機(jī)的利用效率和單機(jī)容量正在隨著科研的進(jìn)步而逐漸提高。在1980年開(kāi)始的時(shí)候，風(fēng)力機(jī)的一般容量在30kW,風(fēng)輪的葉輪的半徑在7.5m。如今，最大的風(fēng)力機(jī)的單機(jī)容量已經(jīng)可以到達(dá)了6MW，風(fēng)輪的半徑已經(jīng)超過(guò)了60m。在這短短的20年之間，風(fēng)力機(jī)已經(jīng)得到了十分快速的發(fā)展，風(fēng)力機(jī)技術(shù)的成熟讓大型風(fēng)力機(jī)可以更加高效地利用風(fēng)能資源。

1.2.3.2 定槳距和變槳距功率調(diào)節(jié)方式。（1）定槳距風(fēng)力發(fā)電。定槳距是指當(dāng)風(fēng)速有變化的時(shí)候，槳距角是固定不變的。定槳距變速模式多采用在小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其槳葉是固定在轉(zhuǎn)軸上的，風(fēng)小轉(zhuǎn)速低、風(fēng)大轉(zhuǎn)速高，當(dāng)風(fēng)速高的時(shí)候可以通過(guò)失速來(lái)遏制轉(zhuǎn)速的快速升高來(lái)保護(hù)發(fā)電機(jī)組，也可以是定槳變速加上失速模式，這種模式在中型的風(fēng)力機(jī)中也有應(yīng)用。（2）變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電。變槳距是指可以通過(guò)葉片來(lái)控制槳距角的大小。近些年來(lái)，變槳距調(diào)節(jié)方式在大型的風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是載荷控制平穩(wěn)、效率高和安全系數(shù)較高等特點(diǎn)。

1.2.3.3 風(fēng)力發(fā)電不再限制在陸地。陸地上的風(fēng)力發(fā)電受到土地限制、噪聲污染、電網(wǎng)規(guī)模化等影響，風(fēng)電機(jī)在陸地上的發(fā)展已經(jīng)有很大的限制條件了，不能夠很好地開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能資源。為了解決這個(gè)問(wèn)題，陸上風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)逐漸向海上發(fā)展。海上的風(fēng)能資源極其豐富，而且分布范圍十分的廣泛，是風(fēng)力機(jī)應(yīng)用的絕佳場(chǎng)所。在今后的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，海上風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展將是世界各國(guó)關(guān)注的方向。海上的風(fēng)速要比陸地上的風(fēng)速高很多，而且由于風(fēng)湍流強(qiáng)度比較小，減少了風(fēng)力機(jī)部件的負(fù)荷程度，能夠很好的延長(zhǎng)其使用壽命。歐盟的許多國(guó)家已經(jīng)對(duì)海上的風(fēng)能資源進(jìn)行了比較規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用了。海上風(fēng)能的開(kāi)發(fā)技術(shù)雖然相對(duì)于陸地上風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)而言，其技術(shù)條件還不夠成熟，但是，海上風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)卻是具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)效益的。

1.3 漂浮式風(fēng)電機(jī)組

漂浮式風(fēng)電機(jī)組是一種新概念風(fēng)力發(fā)電機(jī)。這種新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)將幾乎可以在任何地方工作?！捌∈斤L(fēng)力發(fā)電機(jī)”將充滿(mǎn)氦氣，升到距離地面300m 的空中捕捉強(qiáng)風(fēng)，帶動(dòng)附在水平軸兩端的發(fā)電機(jī)發(fā)電?！捌∈斤L(fēng)力發(fā)電機(jī)”停留在空中的動(dòng)力由氦氣裝置提供，并且轉(zhuǎn)子在風(fēng)中旋轉(zhuǎn)也可以提供一部分動(dòng)力。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電將通過(guò)連接在發(fā)電機(jī)上的電纜輸送到地面。“漂浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)”最初的市場(chǎng)目標(biāo)為偏遠(yuǎn)的社區(qū)，據(jù)稱(chēng)，使用這種風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電，電價(jià)較便宜。

2 風(fēng)輪葉片

風(fēng)輪的葉片是風(fēng)力機(jī)的核心，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)換效率與葉片翼型有著直接的關(guān)系，氣流流過(guò)葉片時(shí)候產(chǎn)生的升力轉(zhuǎn)換為所需的電能。過(guò)去風(fēng)輪葉片的多是采用航空翼型［6］。現(xiàn)代風(fēng)電技術(shù)的研究已經(jīng)得到了相當(dāng)大的發(fā)展，許多的國(guó)外機(jī)構(gòu)已經(jīng)為風(fēng)電機(jī)開(kāi)發(fā)出品種繁多的翼型。比較廣泛得到應(yīng)用的是NACA 翼型、SERI翼型、NREL翼型和FFA-W翼型。

NACA 翼型是風(fēng)輪葉片采用較多的翼型，這種翼型是由國(guó)家航空咨詢(xún)委員會(huì)（NACA）提出的，得到了較好的應(yīng)用。NACA翼型系列是由其厚度和中弧線(xiàn)疊加而形成的，其翼型的系列十分豐富［7］。

SERI 翼型針對(duì)不同葉片長(zhǎng)度提供了三組翼型，SERI 翼型的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的升阻比和升力系數(shù)，而且在失速的時(shí)候?qū)σ硇捅砻娴拇植诔潭鹊囊蟊容^低。

NREL 翼型主要用于大中型的葉片，NREL 翼型通過(guò)美國(guó)的國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）研制出來(lái)，因此成為NREL 翼型，其包括薄翼型族和厚翼型族。

FFA-W 翼型則是由瑞典航空研究所研制而成的，其包含了3 個(gè)翼型的系列，F(xiàn)FA-W1/FFA-W2/FFA-W3.這種翼型在失速的情況下具有良好的氣動(dòng)性能，具有較高的最大升力系數(shù)和升阻比。

李巖和田川公太郎［8］等制作了一臺(tái)具有3 枚NACA0018 翼型葉片的直線(xiàn)翼垂直軸風(fēng)力機(jī)模型，主要為了研究直線(xiàn)翼垂直軸風(fēng)力機(jī)自起動(dòng)性能與風(fēng)力機(jī)葉片迎風(fēng)角度的關(guān)系，采用了煙線(xiàn)法對(duì)風(fēng)力機(jī)的靜態(tài)流場(chǎng)進(jìn)行可視化的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，這提供了一種全新的實(shí)驗(yàn)方法，目的是探索垂直軸風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性。

3 總結(jié)

隨著科研技術(shù)的不斷進(jìn)步，垂直軸風(fēng)力機(jī)也得到了十分快速的發(fā)展，雖然垂直軸風(fēng)力機(jī)的起步比較晚，但是取得的成就是有目共睹的。為了更好的研究風(fēng)能，科研人員及相關(guān)工作人員有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用風(fēng)能的特性。

對(duì)于目前能源緊缺和環(huán)境保護(hù)的意識(shí)逐漸增強(qiáng)，風(fēng)能資源已經(jīng)成為了世界共同關(guān)注的資源，由于風(fēng)能資源是可再生能源和低污染的特性，風(fēng)電事業(yè)正在以前所未有的速度進(jìn)行發(fā)展，風(fēng)力機(jī)的市場(chǎng)需求也正在增加，其價(jià)值意義是不可估量的。風(fēng)電設(shè)備制造行業(yè)對(duì)于市場(chǎng)面臨的需求，不但需要有高水平的科研技術(shù)作為基礎(chǔ)，還需要有創(chuàng)新的能力，如何在舊有的風(fēng)力機(jī)技術(shù)上進(jìn)行提升，改進(jìn)風(fēng)力機(jī)的對(duì)風(fēng)能的利用效率，和如何高效得把風(fēng)力資源轉(zhuǎn)化為電能，這都需要科研人員的艱辛努力，和不懈奮斗。

垂直軸風(fēng)力機(jī)將是以后市場(chǎng)的主要研究方向，而目前垂直軸風(fēng)力機(jī)卻在風(fēng)電市場(chǎng)中所占比重比較小，原因是：（1）人們對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)的認(rèn)知要比垂直軸風(fēng)力機(jī)要深，普遍認(rèn)為水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率要比垂直軸風(fēng)力機(jī)高。（2）垂直軸風(fēng)力機(jī)在低風(fēng)速下是很難自啟動(dòng)的，翼型設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)等很多的方面都相當(dāng)?shù)牟怀墒臁５谴怪陛S風(fēng)力機(jī)卻相對(duì)比水平軸風(fēng)力機(jī)要好很多。水平軸風(fēng)力機(jī)的葉片受力情況相當(dāng)復(fù)雜，而且需要偏航系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)風(fēng)，維護(hù)等后續(xù)工程也很難。而垂直軸風(fēng)力機(jī)不但壽命比水平軸風(fēng)力機(jī)長(zhǎng)，而且垂直軸風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)上緊湊可靠，發(fā)電機(jī)和變速箱等在葉輪下或地面十分便于維護(hù)。解決垂直軸風(fēng)力機(jī)技術(shù)上的問(wèn)題將成為國(guó)內(nèi)外風(fēng)電研究的方向。風(fēng)力機(jī)的發(fā)展對(duì)現(xiàn)在的社會(huì)，和環(huán)境等方面將具有十分重要的社會(huì)效益和現(xiàn)實(shí)意義。