桑迪亚实验室（Sandia Labs）对垂直轴风力涡轮机的离岸使用进行了更仔细的观察

最好的海上风力涡轮机是否采用水平或垂直轴机构运行？桑迪亚国家实验室的风能研究人员正在重新研究这个问题，他们现在正在重新评估垂直轴风力涡轮机（VAWT），以帮助解决一些使用水平轴风力涡轮机（HAWT）从海上微风中产生能量的问题。

基于数十年的风能研究和经验，桑迪亚的工程师正在创建多个概念设计，通过现代建模软件运行这些设计，并将这些设计选项缩小为VAWT涡轮机叶片的单一，最可行的设计。结果尚未公布，但早期进行进一步测试的最爱是Darrieus设计。（Josh Paquette和Matt Barone的插图）。

桑迪亚实验室在最近的新闻发布会上指出，由于安装和运行方面的挑战，海上风力发电的经济性不同于陆地涡轮机。桑迪亚（Sandia）认为VAWT可以提供三大优势，可以降低风能成本：

更低的涡轮机重心，意味着更高的稳定性和更低的重力疲劳载荷；降低了机器的复杂性，减少了零件数量，这使得维护更加容易且耗时更少；对更大尺寸的机器具有更好的可扩展性。

桑迪亚（Sandia）正在能源部的要求下进行研究，研究美国海上风力发电的先进转子技术。这个为期五年，耗资410万美元的项目于今年1月开始。

风能技术公司经理戴夫·明斯特（Dave Minster）表示，桑迪亚的风能计划旨在解决增加低碳发电的国家能源挑战。

桑迪亚项目的两名主要研究人员之一乔什·帕奎特（Josh Paquette）说：“ VAWT的机械简洁性很优雅。”“它们的零件较少，因为它们不需要控制系统就能将它们指向吹的风来发电。”

但是VAWT叶片必须克服传动系统上周期性负载的问题。与水平轴风力涡轮机不同，水平轴风力涡轮机在风保持稳定的情况下保持稳定的扭矩，而VAWT根据叶片处于上风还是下风位置，每个叶片都有两个“脉冲”转矩和功率。这种“转矩波动”会导致负载不稳定，从而导致传动系统疲劳。该项目将评估新的转子设计，这些设计可在不显着增加转子成本的情况下平滑这些扭矩振荡的幅度。

由于第一代VAWT开发已在数十年前结束，因此更新的设计必须将数十年的研究和开发纳入当前的HAWT设计中。振兴VAWT研究意味着找出模型，这将有助于加快涡轮机设计工作。

另一个挑战涉及制动。较旧的VAWT设计没有空气动力制动系统，而仅依靠机械制动系统。

HAWTS使用可倾斜的叶片，该叶片基于多个冗余的故障安全设计，可在不损坏涡轮机的情况下将涡轮机停止旋转一到两圈。Barone说，新的VAWT设计将需要可靠且具有成本效益的坚固的气动制动器，以及类似于现代HAWT的辅助机械制动器。与HAWT制动器不同，新型VAWT制动器不会主动变桨，这有其自身的可靠性和维护问题。

在1970年代和1980年代，VAWT作为风力发电机被积极开发，直到被HAWT取代。

“在过去的15年中，HAWTs成为陆地风的主要技术，这主要是因为其转子成本在1至5兆瓦的规模上具有优势，” Paquette说。

该计划的第一阶段将进行两年，涉及创建多个概念设计，通过现代建模软件运行这些设计，并将这些设计选项缩小为单个，最可行的设计。在第二阶段，研究人员将在三年内构建选定的设计，最终针对涡轮必须在海上环境中承受的极端条件进行测试。除转子设计外，该项目还将考虑不同的基础设计。

“最终，这全都与能源成本有关。所有这些决定都需要导致设计高效且经济可行。” Paquette说。