圖為垂直軸輪轂風力發電技術簡單示意模型
“一旦垂直軸輪轂風力發電技術大規模商用，風力發電成本將大大降低，甚至低于火電和核電，風力發電行業也就不再需要政府補貼了。”該技術專利的持有人、昆山悅利電氣有限公司劉杭先信心滿滿，“如果一切順利，在垂直軸輪轂風力發電技術巨大的規模和成本優勢面前，若干年后核電站也將陸續被拆除。”
有望解決單機容量掣肘
作為繼煤電和水電之后的中國第三大主力電源，風力發電近年來在我國的迅猛發展有目共睹。數據顯示，2010年年底時，我國并網風電就達到了4182.7萬千瓦，超過美國，居全球第一;截至2015年第三季度，我國已并網風電10885萬千瓦，更是提前完成“十二五”裝機目標。
“國家大力發展風電的大政方針是非常明確的，關鍵看我們怎么才能更好地利用風能。”劉杭先表示，“以更低的成本和更高的效率進行風力發電，使其能夠與傳統的火力發電以及核能發電、水利發電競爭，業內公認的一個較好的方法就是盡量增加單機容量，因為從單位發電功率的占地面積、風能利用率、運維成本等考慮，大型風力發電機比小型風力發電機更有優勢。”
但是，隨著功率的增大，風葉片的掃風面積、葉片長度就要增大，葉尖速度也要增大。以西門子暢銷機型SWT-3.6-120為例，其額定轉速為13r/min，掃風直徑120m，葉尖速度已經高達245千米/小時。劉杭先表示，更大的功率意味著更長的葉片，但是葉片受到的慣性力和自身重力的交變載荷帶來的機械疲勞限制了其長度，同時更大的直徑意味著更高的塔架，這也帶來了安裝與維護的困難。因此，以目前的材料及施工能力，水平軸風力發電機的單機功率提升難度越來越大。
國內風電新增裝機情況也佐證了這一觀點。近年來，國內風電新增裝機一直以1.5兆瓦和2兆瓦機型為主，盡管前者占比持續下降，后者持續上升，但是更大功率的2.5兆瓦和3兆瓦機型的市場份額卻一直停滯不前。
為突破單機容量的掣肘，相對于目前占據市場絕對主流地位的水平軸風力發電機，業內對垂直軸風力發電機的研究開始不斷深入。
一方面，垂直軸風力發電機一般不需要很高的塔架，大功率機型可以直接安裝在地面上;另一方面，垂直軸風力發電機的葉片與旋轉平面垂直，轉速也較低。所以，從工程角度來看，這些特點使得垂直軸風電可以達到很高的單機功率。但目前兆瓦級風力發電機幾乎都是水平軸，垂直軸反而主要用于離網獨立式小風機。劉杭先分析道，這主要是因為在同樣功率下，垂直軸風力機的轉速低于水平軸風力機，轉矩高于水平軸風力機，而轉矩的提高使得發電機的成本急劇上升，特別是對于兆瓦級的風力發電。換句話說，垂直軸風力機的取電要比水平軸風力機困難。
“而垂直軸輪轂風力發電技術一舉解決了目前垂直軸風力發電面臨的一系列問題，不僅讓垂直軸風力發電單機容量有望超越三峽水電站單機容量，更將帶來成本方面的極大降低，甚至將改寫能源產業目前的格局。”劉杭先說。
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