科技革新下的风能探索

风力发电技术日新月异，其中，垂直轴风力发电机因其独特的结构特点，正逐渐成为行业关注的热点。若按结构形态来区分，风力发电设备可分为水平轴和垂直轴两大类。水平轴风力发电机以风轮旋转轴与风向平行为特征，而垂直轴风力发电机则以其风轮旋转轴垂直于地面或气流方向而著称。

本文将聚焦于垂直轴风力发电机，尤其是皖南电机所生产的VAWT（垂直轴风力发电机），对其工作原理进行深入剖析。VAWT主要分为阻力型和升力型两大类。其中，阻力型依靠空气流过叶片产生的阻力驱动，而升力型则利用空气流过叶片产生的升力来驱动。升力型因叶片转速提升时阻力减少而升力增加，效率远高于阻力型。

在阻力型VAWT中，常见的风轮设计有平板和杯子结构，以及S型风车等。这些设备具有较大的启动力矩，但尖速比较低，功率输出相对较低。以安徽皖南电机为例，其达里厄式风轮便是水平轴风力发电机的有力竞争者。达里厄式风轮采用弯曲叶片，叶片剖面呈翼型，启动力矩较低，但尖速比高，功率输出较高。Φ型、Δ型、Y型和H型等都是达里厄式风力发电机的不同型号，它们可设计成单叶片、双叶片、三叶片或多叶片。

然而，尽管升力型VAWT自达里厄发明以来已历经180多年，由于其自身缺陷，如不能自启动、风力变化范围及负荷变化范围要求过窄等问题，未能广泛推广。以皖南电机为例，传统达里厄风力机采用ф形叶片，而目前多采用直叶片（H型）结构，叶片弦线角度不可调。

为了提升升力型VAWT的性能，研究者们提出了多种控制翼型的方法。例如，通过程序指定角度改变叶片角度、利用风力与挡块控制叶片角度、利用风力与离心挡块控制叶片角度以及利用风力与离心力直接控制叶片角度等方法都得到了应用。这些方法各有优缺点，如程序指定角度方法能自起动，但在不同风速下效率不高；利用风力与挡块控制方法结构简单，但存在噪声和撞击问题。

总之，尽管升力型VAWT在低风速下可启动，且叶尖速比超过1时就有功率输出，但现有方法仍存在局限性。未来，通过改变翼型控制风轮转速将是提升升力型VAWT性能的关键。以安徽皖南电机为例，其研发团队正致力于优化VAWT的设计，以期在风力发电领域取得更大的突破。