水平轴与垂直轴风车的利弊分析

一、    水平轴三片风车
优点：
    1、升力型叶片尖速比高，叶片转速快，能直接与电机共轴旋转，可减少动能传输过程中的损失。
    2、技术比较成熟，经多年实践考验，其制造、安装、维护等已形成完整配套服务体系。
不足：
    1、叶片受风面积太小，风能利用效率不足。
2、叶片只能利用升力，不能利用阻力，造成转动力矩不足，常需要辅助启动。
    3、叶片运动方向与风向垂直、桨叶每转一周只能一次性地截留风能。
    4、机头、塔架处在叶片扫描的区域中，造成截风面积损失，影响风能利用。
    5、叶片旋转垂直最高点与最低点，风速相差50%以上，叶片只有很小部分最佳利用风能，风能利用系数不高。
    6、叶片转速高，承受巨大离心作用，风向调节时要克服风轮旋转产生的陀螺力矩。
    7、叶片在垂直面旋转，升降时受力方向相反，叶片根部容易产生机械疲劳，影响使用寿命。
    8、叶片设计制造相当复杂，对外形精度和平滑度要求极高，风沙磨损和灰尘附着会影响功率发挥，叶片要常清洗。
    9、叶片材质要求重量轻、强度高，需要使用玻璃纤维，造价高昂，材质易损。
    10、电机位置太高、安装维护不便。
11、全年风时利用率太低，如：北京官厅水库风电场每年风时利用率仅有23%。
12、转速高的升力型叶片，受风向扰动和空气涡流的影响大，风车的间距必须较大，降低了风电场地的利用率。
13、叶片旋转噪声污染大，不宜靠近居民区安装。
14、叶片转速高，会对飞行中的鸟类造成较大危害。
二、垂直轴升力型风车
优点：
    1、叶尖速比高，叶片转速快，能直接与电机共轴旋转，可减少动能传输过程中的损失。
    2、叶片运动方向与风向相对比较一致，且旋转半周过程中，能两次扫风截能。
    3、叶片在水平面旋转，主要受力由支架承担，叶片本身受力相对比较均衡，可以多叶片安装。
    4、不用对风向，能自动适应不同方向来风。
    5、平行垂直轴安装的竖直型叶片各截面相同，设计制造相对容易些。
6、电机安装位置较低，易于维护。
不足：
    1、只利用升力，旋转力矩仍然较小。
    2、自起动性能依旧不足，风时利用率不太高。
    3、逆风旋转时叶片阻力较大，会损耗部分风能。
4、只能利用一侧风能，造成另一侧风能白白浪费。
三、垂直轴阻力型风车
优点：
    1、旋转力矩较大，风时利用率较高。
    2、自启动性能好，不用辅助启动。
    3、不用对风向，能自动适应不同方向来风。
4、设计制造简单，对材质要求不高。
5、转速较低、噪声较小，对鸟类危害轻。
6、电机安装位置较低，易于维护。
不足：
    1、阻力型叶片尖速比低，旋转速度低，风能利用率低（指叶片与电机共轴情况下）。
    2、逆风旋转时叶片阻力较大，会损耗部分风能。
3、只能利用一侧风能，造成另一侧风能白白浪费。
    四、双侧风能全利用竖直风车
优点：
    1、叶片受风面积非常大，旋转力矩相当大。
    2、微风即能运转，风时利用率非常高。
    3、自启动性能好，不用辅助启动。
    4、叶片可翻转，逆风旋转时阻力很小，风能损失少。
    5、能够同时利用双侧风能，可使风能利用效率倍增。
    6、具有自动泄风功能，可保证大风时平稳运转，安全性能好。
    5、设计制造简单，对材质要求不高，比较符合中国国情。
    6、电机安装位置低，日常维护保养方便。
    7、叶片旋转无噪声污染，适合靠近居住区附近安装。
    8、叶片转速低，不会对飞行中的鸟类造成危害。
9、转速低的阻力型叶片，受风向扰动和空气涡流的影响较小，可提高风车的安装密度和风电场地的利用率。
10、装置简化后，可以用于流动水的能量转换，不用储能装置直接提供相对持久稳定的电力输出。
不足：
    1、阻力型叶片，尖速比低，同等条件下效率较低（可能指：叶片同等面积、叶片逆风不能调节，叶片与电机共轴情况下测试结果）。
    2、由于风车转速很慢，又要同时利用双侧风能，不能将叶片与电机共轴安装，需要增速传动，会有少量能耗损失。
3、风车需要对风向，尽管不用伺服电机，不需要增加额外动力，却会增加风车调节难度。