由于第一代竖轴风力发电机的开发结束于数10年前,因此新的竖轴风力发电机设计必须结合最近数10年来人们在现代横轴风力发电机设计中取得的研发成果。重新评估竖轴风力发电机研究意味着寻求可帮助加快风力发电机设计的新模式。巴罗内认为,加强这项研究的努力将成为综合和提高现有空气动力学和结构动力标准,开发面向大众的竖轴风力发电机空气动力设计工具。
另一个挑战则是制动系统。过去的竖轴风力发电机设计没有空气动力制动系统,仅仅依靠机械制动系统,这种系统与用于横轴风力发电机的空气动力制动系统相比,不仅不易维护,而且可靠性较差。
横轴风力发电机利用具有自动防故障能力的坠落叶片,能够在1至2秒钟内停止转动,同时不会损坏发电机。巴罗内表示,新的竖轴风力发电机设计需要稳固、可靠和成本低的空气动力制动系统,同时,与横轴风力发电机一样也需备有机械制动系统。
经验积累
上世纪70年代和80年代,当风能研究处于初期时,人们就开始开发竖轴风力发电机系统。虽然看上去竖轴风力发电机外形有点怪异,但由于它相对横轴风力发电机系统要简单而更可靠,因此仍成为人们开发的对象。有段时间,竖轴风力发电机的开发曾占据了上风,不过随后横轴风力发电机系统出现了大规模的发展。
帕奎特表示,在过去15年间,横轴风力发电机成为陆基风力发电的主导技术,其主要原因是在1至5兆瓦的装机容量范围内,横轴风力发电机转子成本具有明显的优势。80年代,人们研究的重点是更加庞大的横轴风力发电涡轮机,众多的竖轴风力发电机制造商因此悄然退出,竖轴风力发电机似乎就此成为失败者进入风能博物馆。
然而,峰回路转,现在竖轴风力发电机又重新回到人们的视野中。桑迪亚国家实验室利用其丰富的风能研究经验,汇集过去的知识,总结90年代研究的成果,提出了几个关键的问题。
桑迪亚国家实验室研究项目的第一阶段为期2年,其包括开发几种概念设计,并通过计算机模型来验证这些设计,从中优化出一种最有希望获得成功的设计。在这个阶段,研究人员将分析各种类型的气动弹性转子设计。然而,早期中意的转子类型是达里厄设计。