由于垂直軸風力機不僅具有低轉速、大扭矩的特性,而且垂直軸風力機葉片連接結構多為箱梁式結構,具有穩定性好的特點,同時由于垂直軸風力機尖速比低于同功率的水平軸風力機,風輪重量又遠大于同功率的水平軸風力機風輪,垂直風輪的轉動慣量也遠大于相同功率的水平軸風力機,所以垂直軸風力機不僅具有無噪音、安全性好等應用性優點,還具有風速變化時轉速突變較小,電壓和功率波動相對較平緩,對電網的影響小的優點,因此不僅可作為離網型風力機系統廣泛應用于城市、樓頂、通信、戶外廣告、海島、鄉村電站、油田抽油機等風資源較好的各個領域,也可以組建并網系統。
2.1垂直軸風力機的類型
目前世界上依然有阻力型和升力型兩大類垂直軸風力機在應用。
2.1.1 阻力型垂直軸風力機
典型的阻力型垂直軸風力機特點是啟動性好、低轉速,缺點是風能利用率低、無法實現氣動限速功能、抗
臺風能力弱。該類風力機適用場合較少,僅適合常年風速較低、對風能利用率要求不高、無臺風的地區使用。
2.1.2 升力型垂直軸風力機
升力型垂直軸風力機外形差異較大,簡單的分類又有如下幾種。第一種是經典達里厄型。經典達里厄型風力機葉片弦寬較小、葉片數量2-3 個,啟動性能差,需要借助其他手段啟動,但最大的缺陷在于由于葉片的連接結構形式,風力機無法實現氣動限速,因此強風時就無法運轉,否則風力機極易解體。如果作為并網型風力機,該產品應用范圍較窄,但優點是無需塔架,風力機結構簡單、成本低。
第二種升力型為直葉片H 型,直葉片H 型風力機如果設計得當,可實現氣動限速而達到超速控制的目的,但該類型風力機葉片和軸的連接方式呈多樣化,通過葉片和軸的不同連接方法,風輪將獲得不同的力學和氣動特性。此外,H 型直葉片還衍生出雙H 型直葉片垂直軸風力機。
A 類是葉片兩端和軸平行連接。這種風輪葉片兩端和軸平行連接,氣動性能較優,但軸長度高,受到的彎矩較大,不利于風輪的力學特性。
B 類是將風輪軸縮短到最低限度,風輪軸僅為發電機軸的突出部位,連接葉片的部件傾斜和發電機軸連接,并和葉片在葉片的中部連接,由于軸短,因此軸所受彎矩最小,軸載荷就小,有利于軸的設計并降低風力機重量和成本。
但當風輪轉動后,由于風輪內、外以及風輪內部各點的空氣壓差不同,上、下“敞開”的風輪將造成風輪內、外壓差損失,而壓差正是升力型垂直軸風力機產生轉動力矩的最重要因素。該型風力機是以犧牲氣動效率達到力學結構最優為目的,因此在葉片、實度、葉片數量等各項設計相同條件下效率較低。