在人們大力推廣陸基橫軸風(fēng)力發(fā)電機（HAWTs）系統(tǒng)的今天，美國能源部桑迪亞國家實驗室風(fēng)能研究人員則開始重新評估豎軸風(fēng)力發(fā)電機（VAWTs），目的是解決困擾利用近海微風(fēng)發(fā)電中的難題。事實上，無論是桑迪亞國家實驗室還是其他研究機構(gòu)，在人們開始研究風(fēng)力的時候，豎軸風(fēng)力發(fā)電機就是關(guān)注的對象。
　　豎軸風(fēng)力發(fā)電機存在著三方面的優(yōu)勢，它們分別是發(fā)電機設(shè)備的重心低、構(gòu)造相對簡單、更容易向大尺寸發(fā)展。研究人員認為，豎軸風(fēng)力發(fā)電機重心較低意味著能夠改善在海上漂浮的穩(wěn)定性和降低重心疲勞負荷。此外，豎軸風(fēng)力發(fā)電機的動力傳動系統(tǒng)接近海平面，有望更容易維修并更快被利用。豎軸風(fēng)力發(fā)電機部件更少且疲勞負荷低和維修容易降低了維護成本。
　　結(jié)構(gòu)簡單
　　在美國能源部的支持下，桑迪亞國家實驗室目前在為美國近海風(fēng)能發(fā)電機系統(tǒng)開發(fā)先進的轉(zhuǎn)子技術(shù)，此項為期5年、投資達410萬美元的研究始于今年1月。桑迪亞國家實驗室風(fēng)能項目風(fēng)能技術(shù)經(jīng)理大衛(wèi)·敏斯特表示，風(fēng)能項目的目標是加強低碳發(fā)電的應(yīng)用，應(yīng)對全國能源面臨的挑戰(zhàn)。
　　桑迪亞國家實驗室研究項目負責(zé)人之一喬希·帕奎特說，從機械簡明性的角度看，豎軸風(fēng)力發(fā)電機十分可取。因為它們發(fā)電時不需要將葉片指向風(fēng)向的控制系統(tǒng)，所以它們的部件要少于常見的橫軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
在研究人員看來，近海風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計必須解決支撐結(jié)構(gòu)高成本的問題，并能滿足簡單且可靠的要求，同時在設(shè)備尺寸超過陸基風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的情況下仍能實現(xiàn)可盈利運行。
　　大型近海豎軸風(fēng)力發(fā)電機的葉片長度超過300米后，葉片的制造成本將超過陸基風(fēng)力發(fā)電機葉片的制造成本。然而，隨著發(fā)電系統(tǒng)和其基底變大，渦輪機和轉(zhuǎn)子占整個系統(tǒng)成本的比例卻在減少，因此豎軸風(fēng)力發(fā)電機結(jié)構(gòu)的其他好處將會抵消葉片成本的增加。
　　重重難題
　　當(dāng)然，在豎軸風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用于近海發(fā)電前，人們還面臨著種種需要解決的難題。
　　首先，豎軸風(fēng)力發(fā)電機葉片具有十分復(fù)雜的弧形表面，其生產(chǎn)難度高。制造超長的豎軸風(fēng)力發(fā)電機葉片需要創(chuàng)新的工程手段，對此，桑迪亞國家實驗室另一位項目負責(zé)人馬特·巴羅內(nèi)表示，愛荷華州立大學(xué)和TPI復(fù)合材料公司將研發(fā)新的技術(shù)以幫助生產(chǎn)幾何形狀復(fù)雜的豎軸風(fēng)力發(fā)電機葉片，它們的目標是以能夠承受的成本生產(chǎn)尺寸超大的產(chǎn)品。
　　其次，豎軸風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)必須解決葉片附加給動力傳動系統(tǒng)循環(huán)荷載的問題。當(dāng)風(fēng)力穩(wěn)定時，橫軸風(fēng)力發(fā)電機扭矩也保持穩(wěn)定。豎軸風(fēng)力發(fā)電機則不同，因為每個葉片有兩個扭矩和動力“脈沖”，這取決于葉片是處于逆風(fēng)還是順風(fēng)的位置。這種扭矩波動的結(jié)果給葉片帶來了不穩(wěn)定的荷載，能導(dǎo)致動力傳動系統(tǒng)出現(xiàn)疲勞。研究人員將評估新的轉(zhuǎn)子設(shè)計，了解在保持轉(zhuǎn)子成本較少增加的情況下，能否消除周期性扭矩“脈沖”的影響。