左圖H形達里厄風力機的風輪由兩片與轉(zhuǎn)軸平行的葉片組成，葉片橫截面為具有流線型外形的對稱翼型，以相反方向安裝在風力機轉(zhuǎn)軸兩側(cè)，右圖中列舉了從0°到315°八個位置的葉片。風從左側(cè)吹向右方，葉片橫截面翼型產(chǎn)生的升阻力帶動風輪旋轉(zhuǎn)，正常工作時葉片受到的阻力很小，未將其標記在圖中。

升力與阻力的合成力在葉片前進方向的分力是推動風輪旋轉(zhuǎn)的力。對葉片在這8個角度的受力情況進行分析可以發(fā)現(xiàn)，除了在0°與180°位置處的相對風速不產(chǎn)生升力外，葉片在其它六個位置上受到的升力均能在運動方向產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。也就是說，葉片隨風輪旋轉(zhuǎn)到不同角度幾乎都有推動風輪朝著同一個方向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩阻力型 垂直軸風力發(fā)電機 原理，這就是達里厄風力機可以在任何風向的風力下運行的原因。

達里厄風力機的優(yōu)點

達里厄風力機與水平軸三葉片風力機分別作為垂直軸和水平軸風力發(fā)電機的代表阻力型 垂直軸風力發(fā)電機 原理，在商業(yè)化開發(fā)方面，二者經(jīng)歷了長期激烈的對決，雖然垂直軸風力機以失敗告終，但這并不意味著它完全不具備任何優(yōu)勢。相反，除了上述提到的無需附加對風機構(gòu)，避免能量流失之外，它還有諸多優(yōu)點：

噪聲污染小，有利于與高層建筑結(jié)合

隨著風電場在偏遠地區(qū)的大規(guī)模開發(fā)建設(shè)，當前風力發(fā)電機逐漸靠近居民區(qū)。但這些大家伙并不像看起來那樣溫順，風力機葉片掃掠空氣時會產(chǎn)生轟鳴的氣動噪聲，影響周邊居民的日常生活，許多人每天被低頻噪聲折磨得難以入睡。

而垂直軸風力機運行轉(zhuǎn)速只有十幾轉(zhuǎn)低，幾乎不會發(fā)出噪音。因此，它可以扎根在人口密集的都市，安裝在高層建筑物的頂部，實現(xiàn)風能發(fā)電與建筑的融合，直接將電力供給到用戶端。

埃菲爾鐵塔內(nèi)部的垂直軸風力機（圖片來源：）

上海中心大廈的垂直軸風力機（圖片來源：Sh.Eastday.Com）

轉(zhuǎn)速低，對鳥類友好，抵御強風能力強

三支葉片的水平軸風力機外觀簡潔大方，它獨特的造型成為了自然景觀的點綴。但它葉尖的速度高達80 m/s吊車公司，當風場建設(shè)在鳥類棲息地或鳥類遷徙路徑附近時，會對鳥兒造成了極大的威脅，被撞擊受傷甚至死亡的鳥類不計其數(shù)，其中不乏珍稀猛禽。

而垂直軸風力機的運行轉(zhuǎn)速很低，不會對鳥類造成傷害。此外，由于其塔架高度低，抗風能力強，在我國東南沿海臺風登陸區(qū)域有巨大的發(fā)揮空間。

機組間距小，安裝維護成本低

水平軸風力發(fā)電機運轉(zhuǎn)過程中會在風輪后方產(chǎn)生一個巨大的尾流區(qū)域，顯著影響后方風力機的性能，只有當前后兩臺機組的距離超過風輪直徑的20倍時才能完全消除氣流干擾，這使得鋪設(shè)電纜的成本大幅攀升并且浪費了大量的土地資源。相反垂直軸機組受到紊亂氣流的干擾小，試驗顯示機組之間相距風輪的4倍時能夠最大程度地吸收風能，因此，風電場內(nèi)部可以實現(xiàn)機組的密集排布。此外，垂直型風力機的發(fā)電機、變速箱等質(zhì)量大的設(shè)備能安裝在地面上，力學性能得到大幅改善，并且易于安裝和維護。

水平軸風力機在海上產(chǎn)生的尾流（圖片來源：energirs）

但垂直軸風電機組也存在著總體能量轉(zhuǎn)化效率低；運行超速時的速度控制困難，啟動風速高，難以自動啟動等缺點。

總體而言，垂直軸風力機似乎具有更顯著的優(yōu)勢，但風力發(fā)電要實現(xiàn)大規(guī)模的工程開發(fā)，不僅僅需要論證技術(shù)的可行性，還要綜合考慮氣動效率、結(jié)構(gòu)安全性、噪聲等級、環(huán)境影響、投入成本及收益等多個方面。

在達里厄風力機與水平軸風力機激烈的博弈中，水平軸風力發(fā)電機在21世紀一騎絕塵，完全統(tǒng)治了商業(yè)化風電產(chǎn)業(yè)。但達里厄風力機并未因此絕跡，在我國的偏遠山區(qū)及海島等區(qū)域發(fā)揮著局部供電的作用，如：保障照明、通訊等設(shè)備的長期運轉(zhuǎn)。

公路上方的彎葉片達里厄風力機

迎來“第二春”：海上風力開發(fā)

邁入21世紀后，為了捕獲更多的風能以降低單位發(fā)電成本，水平軸風電機的尺寸逐步增大。與此同時，“高塔架長葉片”的超大型機組的缺陷日益突顯，除了存在運行維護成本高等固有短板外吊車公司，其還會顯著影響生態(tài)環(huán)境。于是，垂直軸風力機重新走進人們的視野，興起了達里厄風力機研究的浪潮。

根據(jù)當前海上風電的開發(fā)趨勢，水深超過60米的深海區(qū)域預計有超過2000 GW 的海上風能容量。數(shù)據(jù)表明，達里厄風力機在深海環(huán)境中具有更低的建造、運行和維護成本等更為顯著的優(yōu)勢。為了充分激發(fā)垂直軸風力機的潛能，研發(fā)人員基于長期應(yīng)用技術(shù)的積累以及先進的數(shù)值分析工具，提出了一款全新的V形達里厄風力機，也許在不久的未來，我們可以看到這種令人耳目一新的新型風力發(fā)電機。

外觀新穎的V形達里厄海上風力發(fā)電機概念圖（圖片來源：Aerogenerator公司）

雖然在20世紀初期的陸地爭奪戰(zhàn)中達里厄風力機以失敗收場，但種種特性表明其在海上具有巨大的潛在競爭力。不過，想要在漫長的蟄伏期后迅速成長起來，煥發(fā)生命的第二春，并與主流的水平軸風力機分庭抗禮，垂直軸風力機還有很長的路要走。

參考文獻：

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[4]Aerogenerator Turbine Sets Sail for a Greener Future. Available online: (accessed on 10 May 2019)

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