小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)過去是基于水平軸的設(shè)計(jì)方法，依靠葉片單元理論。由于垂直軸風(fēng)力機(jī)的流動比水平軸更加復(fù)雜，是典型的大分離非定常流動，不適合用葉素理論進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，這也是垂直軸風(fēng)力機(jī)長期發(fā)展的重要原因。

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率

大型水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率大多由葉片設(shè)計(jì)師計(jì)算，一般在40%以上。如前所述，由于設(shè)計(jì)方法本身的缺陷，計(jì)算風(fēng)能利用率的準(zhǔn)確性值得懷疑。當(dāng)然，風(fēng)力發(fā)電廠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)電功率曲線是根據(jù)測得的風(fēng)速和輸出功率繪制的，但此時(shí)的風(fēng)速是風(fēng)輪后部的風(fēng)速計(jì)測得的風(fēng)速。

應(yīng)用修正方法后，橫軸風(fēng)能利用率將降低30%~50%。關(guān)于小型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)能利用率，中國空氣動力學(xué)研究開發(fā)中心已經(jīng)做了相關(guān)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，實(shí)測利用率在23%-29%之間。

當(dāng)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片旋轉(zhuǎn)一次時(shí)，會受到慣性力和重力的影響。慣性力的方向隨時(shí)變化，而重力的方向不變，所以葉片承受交變載荷，對葉片的疲勞強(qiáng)度非常不利。此外，水平軸發(fā)電機(jī)都放置在幾十米的高度，給發(fā)電機(jī)的安裝、維護(hù)和檢修帶來了很多不便。

垂直軸風(fēng)輪葉片在旋轉(zhuǎn)過程中的受力情況要比水平軸風(fēng)輪好得多。由于慣性力和重力方向始終不變，承受恒定載荷，所以疲勞壽命比水平軸風(fēng)輪長。同時(shí)，垂直軸的發(fā)電機(jī)可以放置在風(fēng)輪的下部或地面上，便于安裝和維護(hù)。