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新型垂直轴型风力发电机系统简介

诺思现有风力发电机主要是水平轴三叶型，由于该类型在风向转变时须随风摆动造成结构较为复杂影响寿命、成本和维修。而垂直型发电机虽然不受风向影响，然而风叶有一半时间处于逆风周期，目前萨伏纽斯风阻型风力机是利用风叶的形状的改变，在顺风周期时迎风面风叶是凹面风压较大，在逆风周期时迎风面是凸面风压较小，从而造成压力差推动风车转动；机翼型固定叶风力机是利用机翼的升力来推动风车转动，但是这两种风车的顺风周期和逆风周期迎风面面积一样，故而在低风速时功率启动扭力低。使得目前垂直轴型风力机比类似尺寸的水平轴型功率小，同功率风电机的造价垂直轴型贵很多因此垂直轴型风力机没有能够得到推广同时大型的垂直轴型尤其是兆瓦级的难以实现，然而垂直轴型风电机不需要随着风向摆动，电机位置固定，运作稳定，噪音小等优点始终吸引人们研究试图解决上述问题。日本和欧洲在这个方面做了不少功夫，据说广州有一个大型建筑项目在大楼100米和200米风洞中准备装上芬兰的垂直轴型风电机（这种位置只能装垂直轴型）以示不同凡响，该一风电机在芬兰海边的情况见图1：日本政府大力鼓励风电机的发展和使用，其垂直轴型风电机发展较快见图2图1中显示的是阻力型垂直轴型风电机；

图2中显示的是机翼型垂直轴型风电机。

阻力型（又称风阻型或萨伏纽斯型）是最早的垂直轴型风电机，当时主要是用来测风速风叶形状如碗，近年才用来发电，图1中风电机直径2米高度6

米最图

1图2

2008年12月3日

大功率不超过8kw。

机翼型（又称为升力型、H型）是近年才发展起来的，其转速在相同风速下较阻力型高但是扭力低在相同的尺寸下输出功率和阻力型相比高了一些。图2中风电机直径4米高度2米的最大额定功率在2kw以下。

大型风场的风电机一般是1.5MW,直径在80米左右使用同步电机在不同的风速下电压不变相位不变，只是电流随着风速的增加而增加，目前还没有垂直轴型风电机成功达到风场的要求。

中小型风电系统可作为离散型或离网型系统，由于在不同的风速下电压输出高低相差巨大，一般来说把输出的不稳定交流电通过控制器整流稳压再经过逆变器变成所需的交流电压，逆变器也可以输出和市电同步的电压与市电并网，通常把控制器输出较为稳定的电压充到储电器（电瓶或充电电池），再通过逆变器输出供用电器使用。中小型风电系统主要部件有1.风叶组件2.发电机3.电子组件（控制器逆变器）4.储电器（电瓶或充电电池或储氢、储水等）。

风电场是秉承现有的供电系统通过电网集中供电，是传统大型电力公司的经营模式，有研究报告指出集中供电其供电安全在于电网，一旦电网有问题使得与其相关的区域停电可能造成重大的安全问题，08年初雪灾就是电网出了问题造成大片区域停电，同时电网有功耗造成部分损耗，绿色能源是取自周围的光能和风能转换成电能，每个离散的绿色能源包括风电机和光伏电池都在直接用户附近可以给用户有多一层能源保障，本人认为绿色能源来源的离散性是天然的而能源用户也是离散性的，本人相信离散型的能源系统市场的渗透率会不断增加，也有其它机构相信未来能源的发展离散型的能源供给系统会逐渐增加成为未来的发展方向。然而目前全球大的能源公司由于本身利益关系对离散型的能源供给系统持对抗的和排斥的态度！现在的关键是各国政府的态度。

诺思研发的风电系统是一种垂直轴型风电机系列适合于各种场合应用其中包括3个方面：

1.风叶组件

2.小型超低速直驱电机

3.新型储电系统

而电子组件现在已经有相当多的选择相对成熟，不需要另行独立开发。

一．风叶组件

已经设计了下列各种风叶组件其中有的已经在申请专利

1.组合式垂直轴风电机

简述如下：

《现有垂直轴风力发电机多为独立单一使用，而本发明可以让两个风电机并联形成双联风电机甚至可以多个并联形成《风电墙》，本发明做成的《风电墙》如安装在大楼顶部形成特有的风电系统，根本上打破现有的独立安装的中小型风电机的模式，彻底改变风力资源利用法则，使得大楼顶部的风力资源得到最充分的开发！

现有的垂直轴风电机多为单一设计如需改变则需另外设计不同型号，而本发明其风叶预制成各种统一高度的风叶模块，而所述的风叶模块可以是不同类型（阻力型或升力型）也可以是不同的直径，根据功率要求和周围环境来组合装配来满足不同高度和直径的设计要求。

现有中小型垂直轴风电机一般安装在楼房顶部或山的顶部在高楼外墙难以安装，而本发明可以稳固安装在高楼外墙形成特有的高楼外墙式垂直轴风力发电机即所谓的《风电柱》，使建筑和垂直轴风力发电机结合一体成为未来新的建筑标准。所述的《风电柱》一般安装在外墙墙角，如加装导风板可以增加功率，而导风板则能够作为高楼广告牌其电源由自身的风电机提供。为了建筑高度较高的外墙式垂直轴风力发电机可使用加强型设计，形成超高度的《风电柱》，每一段风叶模块组合都有一对墙角支架支撑。

所述的《风电柱》和大楼建筑结合设计，建筑物外墙预留位置来安装本发明的风电机，可为未来建筑物新标准提供一种范例。》

2.旋转风叶垂直型及简易安装型

《目前萨伏纽斯风阻型风力机是利用风叶的形状的改变，在顺风周期时迎风面风叶是凹面风压较大，在逆风周期时迎风面是凸面风压较小，从而造成压力差推动风车转动；机翼型固定叶风力机是利用机翼的升力来推动风车转动，但是这两种风车的顺风周期和逆风周期迎风面面积一样，故而在低风速时功率启动扭力低。然而本发明则完全不同现有的各种类型，其顺风周期和逆风周期的迎风面积有大的差异对于低风速发电极为有利，配上垂直型中小功率超低速发电机，可

以使小型风力发电机变得更为实用，容易普及推广。》

3.横梁型垂直轴中大功率风电机

《现有垂直轴风力发电机其风叶的安装多为上下方向或于垂直轴平行，而本发明一种横梁型垂直轴风力发电机根本上改变风叶结构，风叶的安装沿着横梁方向由轴心向外装配。。本发明在横梁上还安装特有的制动弹簧或制动柱在迎风周期时风叶张开由所述制动弹簧或制动柱决定风叶张开位置，在风速超过设定数值时所述制动弹簧会受压过度而弯曲使所述风叶迎风面积变小从而来保护发电装置，这种直接减小风叶迎风面积在风速过大时保护发电装置的方式对于目前风力发电机来说是一种巨大的改变。》

针对大功率垂直轴风力发电机的大型装置中横梁跨度较大做了相应的设计，从而可以做出大型的垂直轴型风电机。

一般大型水平轴3叶型风电机直径在50-80米并不适合安装在高楼顶上，而本系统高度可以在40米以内适合安装在高楼顶部。美国现任总统OBAMA有一个环保梦想把纽约高楼顶部的气流能量（风能）用来发电，而我这个系统就可以实现！！目前纽约市长的方案如图3，高楼风能分布状况如图4。

图3纽约市长的方案本人认为似乎不太成熟*。

总的来说本风叶组件从小功率到中大功率都可以做到，其中大功率如安装同步

发电机就能打破水平轴目前垄断大型发电机的局面，由于垂直轴风电机其发电机

组件不需随风摆动可以大幅降低结构、安装及维护成本。

二．小型超低速直驱电机