水平軸與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的不同在以下幾個方面：

1、設(shè)計方法不同

水平軸小型風(fēng)力發(fā)電機的葉片設(shè)計,普遍采用的是動量—葉素理論,主要的方法有Glauert法、Wilson法等。但是,由于葉素理論忽略了各葉素之間的流動干擾,同時在應(yīng)用葉素理論設(shè)計葉片時都忽略了翼型的阻力,這種簡化處理不可避免地造成了結(jié)果的不準確性,這種簡化對葉片外形設(shè)計的影響較小,但對風(fēng)輪的風(fēng)能利用率影響較大。同時,風(fēng)輪各葉片之間的干擾也十分強烈,整個流動非常復(fù)雜,如果僅僅依靠葉素理論是完全沒有辦法得出準確結(jié)果的。

垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的葉片設(shè)計,以前也是按照水平軸的設(shè)計方法,依靠葉素理論來設(shè)計。由于垂直軸風(fēng)輪的流動比水平軸更加復(fù)雜,是典型的大分離非定常流動,不適合用葉素理論進行分析、設(shè)計,這也是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機長期得不到發(fā)展的一個重要原因。 2、風(fēng)能利用率

大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能利用率,絕大部分是由葉片設(shè)計方計算所得,一般在40%以上。如前所述,由于設(shè)計方法本身的缺陷,這樣計算所得的風(fēng)能利用率的準確性很值得懷疑。當然,風(fēng)電廠的風(fēng)力發(fā)電機都會根據(jù)測得的風(fēng)速和輸出功率繪制風(fēng)功率曲線,但是,此時的風(fēng)速是風(fēng)輪后部測風(fēng)儀測得的風(fēng)速參見,要小于來流風(fēng)速,風(fēng)功率曲線偏高,必須進行修正。應(yīng)用修正方法修正后,水平軸的風(fēng)能利用率要降低30%～50%。對于小型水平軸風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能利用率,中國空氣動力研究與發(fā)展中心曾做過相關(guān)的風(fēng)洞實驗,實測的利用率在23%～29%。

3、起動風(fēng)速

水平軸風(fēng)輪的起動性能好已經(jīng)是個共識,但是根據(jù)中國空氣動力研究與發(fā)展中心對小型水平軸風(fēng)力發(fā)電機所做的風(fēng)洞實驗來看,起動風(fēng)速一般在4～5m/s之間,最大的居然達到5.9m/s,這樣的起動性能顯然是不能令人滿意的。垂直軸風(fēng)輪的起動性能差也是業(yè)內(nèi)的共識,特別是對于Darrieus式Ф型風(fēng)輪,完全沒有自啟動能力,這也是限制垂直軸風(fēng)力發(fā)電機應(yīng)用的一個原因。但是,對于Darrieus式H型風(fēng)輪,卻有相反的結(jié)論。根據(jù)筆者的研究發(fā)現(xiàn),只要翼型和安裝角選擇合適,完全能得到相當不錯的起動性能,通過JDX-雙渦輪式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機、JDX-H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機、JDX-鼠籠式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)洞實驗來看,這種Darrieus式H型風(fēng)輪的起動風(fēng)速只需要2m/s,優(yōu)于上述的水平軸風(fēng)力發(fā)電機。

4、結(jié)構(gòu)特點

水平軸風(fēng)力發(fā)電機的葉片在旋轉(zhuǎn)一周的過程中,受慣性力和重力的綜合作用,慣性力的方向是隨時變化的,而重力的方向始終不變,這樣葉片所受的就是一個交變載荷,這對于葉片的疲勞強度是非常不利的。另外,水平軸的發(fā)電機都置于幾十米的高空,這給發(fā)電機的安裝、維護和檢修帶來了很多的不便。

垂直軸風(fēng)輪的葉片在旋轉(zhuǎn)的過程中的受力情況要比水平軸的好的多,由于慣性力與重力的方向始終不變,所受的是恒定載荷,因此疲勞壽命要比水平軸風(fēng)輪長。同時,垂直軸的發(fā)電機可以放在風(fēng)輪的下部或是地面,便于安裝和維護。