在人們大力推廣陸基橫軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)（HAWTs）系統(tǒng)的今天，美國能源部桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室風(fēng)能研究人員則開始重新評(píng)估豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)（VAWTs），目的是解決困擾利用近海微風(fēng)發(fā)電中的難題。事實(shí)上，無論是桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室還是其他研究機(jī)構(gòu)，在人們開始研究風(fēng)力的時(shí)候，豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)就是關(guān)注的對(duì)象。
　　豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在著三方面的優(yōu)勢(shì)，它們分別是發(fā)電機(jī)設(shè)備的重心低、構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單、更容易向大尺寸發(fā)展。研究人員認(rèn)為，豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fù)荷。此外，豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)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(jī)部件更少且疲勞負(fù)荷低和維修容易降低了維護(hù)成本。
　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
　　在美國能源部的支持下，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室目前在為美國近海風(fēng)能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)開發(fā)先進(jìn)的轉(zhuǎn)子技術(shù)，此項(xiàng)為期5年、投資達(dá)410萬美元的研究始于今年1月。桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室風(fēng)能項(xiàng)目風(fēng)能技術(shù)經(jīng)理大衛(wèi)·敏斯特表示，風(fēng)能項(xiàng)目的目標(biāo)是加強(qiáng)低碳發(fā)電的應(yīng)用，應(yīng)對(duì)全國能源面臨的挑戰(zhàn)。
　　桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一喬希·帕奎特說，從機(jī)械簡(jiǎn)明性的角度看，豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)十分可取。因?yàn)樗鼈儼l(fā)電時(shí)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(jì)必須解決支撐結(jié)構(gòu)高成本的問題，并能滿足簡(jiǎn)單且可靠的要求，同時(shí)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(shí)現(xiàn)可盈利運(yùn)行。
　　大型近海豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片長(zhǎng)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(jī)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(jī)和轉(zhuǎn)子占整個(gè)系統(tǒng)成本的比例卻在減少，因此豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的其他好處將會(huì)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(jī)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(jī)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(zhǎng)的豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片需要?jiǎng)?chuàng)新的工程手段，對(duì)此，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室另一位項(xiàng)目負(fù)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(jī)葉片，它們的目標(biāo)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(jī)系統(tǒng)必須解決葉片附加給動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)循環(huán)荷載的問題。當(dāng)風(fēng)力穩(wěn)定時(shí)，橫軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)扭矩也保持穩(wěn)定。豎軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)則不同，因?yàn)槊總€(gè)葉片有兩個(gè)扭矩和動(dòng)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(dòng)的結(jié)果給葉片帶來了不穩(wěn)定的荷載，能導(dǎo)致動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)疲勞。研究人員將評(píng)估新的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，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。