風力發(fā)電機風輪現(xiàn)存在的問題和改進方向

　　摘要風力發(fā)電機的自適應(yīng)風輪，可實現(xiàn)風速1米/秒條件下起動；其性能風速在3～5米/秒條件下，和現(xiàn)有直徑相同的風輪相比發(fā)電功率至少增加50%。在更大的風速條件下，發(fā)電功率增幅會有所下降，但仍會增加。

　　全球石油和煤炭資源面臨枯竭，傳統(tǒng)能源價格不斷上漲，環(huán)境污染日益嚴重。各國都在積極開發(fā)清潔的可再生能源，并把希望寄托于風能和太陽能項目。但是，目前風能和太陽能的發(fā)電成本遠比水電和火電高。據(jù)觀察，現(xiàn)有的風力發(fā)電機，特別是大功率風力發(fā)電機，多半時間都處于停機狀態(tài)；部分風電場的風機雖然在轉(zhuǎn)動，但發(fā)電量不高；還有個別地方的風電項目被外界稱為“形象工程”。綜合看來，目前的風電場風機的利用效率并不高。是什么影響風機效率呢？筆者認為，風力發(fā)電機效率高低的關(guān)鍵在于風輪。

　　一。現(xiàn)有風機風輪存在的主要問題

　　現(xiàn)有風機發(fā)出額定功率的條件是，風速11～13米/秒（6級風），據(jù)觀察，北京地區(qū)6級以上的大風每年只有幾天。現(xiàn)有風機的額定功率往往很大，但年平均發(fā)電功率卻很小。據(jù)了解，北京地區(qū)年平均風速約3米/秒，這正是大型風機的起動風速，如何在北京發(fā)電？現(xiàn)有風機效率低的主要原因有如下3條。

　　1.風輪實度低，造成風能利用系數(shù)小

　　我國現(xiàn)有的各種大小風機風輪多數(shù)只有3片風葉，葉片細而長，其實度（葉片總面積與掃過的面積之比）僅約4%。與之可類比的直升機旋翼葉片的數(shù)量是隨直升機的重量增大而增加。例如，4噸重的“直9”直升機是4片旋翼，直徑為11.5米；56噸重的“米-26”是8片旋翼，直徑是32米。直升機旋翼的實度約為8%，是風機風輪實度的2倍。旋翼是直升機的關(guān)鍵技術(shù)，各國投入巨資進行吹風等研發(fā)試驗，目前該技術(shù)已經(jīng)成熟，旋翼技術(shù)是風機風輪設(shè)計的可靠參照實例。和直升機旋翼相比，由于風機風輪的實度低，目前風力發(fā)電機的效率必然較低。

　　2.風輪風葉翼型是固定的，不能適應(yīng)不同的風速

　　風力發(fā)電機風輪風葉的翼型一般按風速8米/秒設(shè)計的，在此條件下風能利用系數(shù)最高。由于風速大小是隨機的，無論風速小于或大于8米/秒，風葉效率（升阻比）都會下降，這與直升機旋翼定速旋轉(zhuǎn)完全不同。風輪葉片大部份時間都在非設(shè)計狀態(tài)下工作，不但總體效率低，而且起動困難。

　　3.目前的風輪葉片無法靠增加寬度的辦法提高實度

　　飛機機翼設(shè)計成大長、寬（展弦）比，才能獲得較大的升阻比，并具有較高的效率。如果單純增加葉片寬度，阻力會急劇增加，升阻比下降，現(xiàn)有風輪葉片無法靠增加寬度的辦法增加實度提高風能利用系數(shù)。

　　當然，問題還有很多，現(xiàn)暫不列舉。

　　二。技術(shù)改進方向

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