在人們大力推廣陸基橫軸風力發(fā)電機（HAWTs）系統(tǒng)的今天，美國能源部桑迪亞國家實驗室風能研究人員則開始重新評估豎軸風力發(fā)電機（VAWTs），目的是解決困擾利用近海微風發(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)，在人們開始研究風力的時候，豎軸風力發(fā)電機就是關(guān)注的對象。
　　豎軸風力發(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能項目風能技術(shù)經(jīng)理大衛(wèi)·敏斯特表示，風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人之一喬希·帕奎特說，從機械簡明性的角度看，豎軸風力發(fā)電機十分可取。因為它們發(fā)電時不需要將葉片指向風向的控制系統(tǒng)，所以它們的部件要少于常見的橫軸風力發(fā)電系統(tǒng)。
在研究人員看來，近海風能發(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
　　當然，在豎軸風力發(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人馬特·巴羅內(nèi)表示，愛荷華州立大學和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。當風力穩(wěn)定時，橫軸風力發(fā)電機扭矩也保持穩(wěn)定。豎軸風力發(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還是順風的位置。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。