风力发电机风轮现存在的问题和改进方

向

摘要：风力发电机的自适应风轮，可实现：风速

1 米/秒条件下起动；其性能：风

速在

3～5 米/秒条件下，和现有直径相同的风轮相比发电功率至少增加 50%。在更大的

风速条件下，发电功率增幅会有所下降，但仍会增加。

　　全球石油和煤炭资源面临枯竭，传统能源价格不断上涨，环境污染日益严重。各国
都在积极开发清洁的可再生能源，并把希望寄托于风能和太阳能项目。但是，目前风能
和太阳能的发电成本远比水电和火电高。据观察，现有的风力发电机，特别是大功率风
力发电机，多半时间都处于停机状态；部分风电场的风机虽然在转动，但发电量不高；
还有个别地方的风电项目被外界称为

“形象工程”。综合看来，目前的风电场风机的利用

效率并不高。是什么影响风机效率呢？笔者认为，风力发电机效率高低的关键在于风轮。

　　一。现有风机风轮存在的主要问题

　　现有风机发出额定功率的条件是，风速

11～13 米/秒（6 级风），据观察，北京地

区

6 级以上的大风每年只有几天。现有风机的额定功率往往很大，但年平均发电功率却

很小。据了解，北京地区年平均风速约

3 米/秒，这正是大型风机的起动风速，如何在北

京发电？现有风机效率低的主要原因有如下

3 条。

　　

1.风轮实度低，造成风能利用系数小

　　我国现有的各种大小风机风轮多数只有

3 片风叶，叶片细而长，其实度（叶片总面

积与扫过的面积之比）仅约

4%。与之可类比的直升机旋翼叶片的数量是随直升机的重量

增大而增加。例如，

4 吨重的“直 9”直升机是 4 片旋翼，直径为 11.5 米；56 吨重的“米-

26”是 8 片旋翼，直径是 32 米。直升机旋翼的实度约为 8%，是风机风轮实度的 2 倍。旋
翼是直升机的关键技术，各国投入巨资进行吹风等研发试验，目前该技术已经成熟，旋
翼技术是风机风轮设计的可靠参照实例。和直升机旋翼相比，由于风机风轮的实度低，
目前风力发电机的效率必然较低。

　　

2.风轮风叶翼型是固定的，不能适应不同的风速

　　风力发电机风轮风叶的翼型一般按风速

8 米/秒设计的，在此条件下风能利用系数

最高。由于风速大小是随机的，无论风速小于或大于

8 米/秒，风叶效率（升阻比）都会

下降，这与直升机旋翼定速旋转完全不同。风轮叶片大部份时间都在非设计状态下工作，
不但总体效率低，而且起动困难。

　　

3.目前的风轮叶片无法靠增加宽度的办法提高实度