史上最全：风力机分类展示

一、水平轴风力机

1. 螺旋桨式

作为风力发电机使用，应用最多的是螺旋桨式风力机，这种风力机的翼型与飞机翼型相类似。图1是常见的3叶片风力机但也有1片、2片或4片以上的风力机，如图2、图3。2024年10月12日，由中国东方电气集团有限公司研制的拥有完全自主知识产权的全球最大的26兆瓦级海上风力发电机组在福建下线。该机组是目前全球单机容量最大、叶轮直径最长的海上全国产化风电机组。机舱轮毂高度为607英尺（185米），相当于63层居民楼的高度，而叶片直径高达1107英尺（310米），叶片扫掠面积为812424平方英尺（75477平方米），相当于11个足球场，如图4和5。

图1 三叶片风力机

图3 单叶片风力机

图4 东方电气26MW超大容量海上风力机

图5 26MW风力机的高度相当于0.223倍的哈利法塔

2．荷兰式风车

作为一种著名的风车，人们马上可以举出耳熟能详的荷兰风车，图6就是荷兰式风车的照片。一台有4~6个叶片的风车，随风旋转，利用风车所产生的力来驱动设置在小房子内部的扬水泵，或者用于脱谷机、制粉机的动力源等。

图6 荷兰风车

3.多翼型风车

图7展示出了美国中西部农牧区的一种多翼型风车。这种风车的叶片数较多，一般为20个左右，转速较低、转矩较大常用于扬水作业。去美国中西部旅游的朋友们，应该会看见他们吧。

图7 多翼型风车

4.帆翼式风力机！

这种在地中海沿岸及岛屿有很长的历史，绝大部分用来提水，小部分用来磨面。

图8 帆翼式风车

5.涡轮式风力机

涡轮式风力机其实我认为也是一种阻力型的风力机，通过阻止、改变风的流动方向，从而间接的吸收能量。

图9 水平轴涡轮式风力机

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二、垂直轴风力发电机

1.风杯式风力机

以风杯为代表的阻力型风力机,就是利用叶片阻止风的流动从而获得能量。

图10   风杯阻力型风力机

2.萨布纽斯式风力机

萨布纽斯式风力机是20年代发明的垂直轴风力机，它以发明者萨布纽斯的名字命名(国内也称它为S型风力机)。这种风力机通常由两枚半圆筒形的叶片所构成，也有用3~4枚的。在有些国家，人们用它来提水、发电等。

图11   萨布纽斯式风力机

3.达里厄风力机（像个打蛋器）

达里厄风力机是一种新开发的垂直轴式风力机，以法国发明者达里厄的名字命名，下图为普通的Ф型达里厄风力机。其叶片多为2-3枚。该风力机转动时与风向无关，是升力型的。它装置简单，成本也比较便宜，但起动性能差，因此有人把这种风力机和萨布纽斯风力机组合在一起使用，如图13。

图12   达里厄（Ф型）风力机

图13 达里厄和萨布纽斯组合式风力机

4．翼型桨叶式风力机

垂直轴翼型桨叶风力机垂直安装3-4枚对称翼形的叶片。它有定桨距风力机（叶片的桨距角不可以改变）和变桨距风力机（叶片的桨距角可以改变）。图14，是一种定桨距翼型桨叶风力机。

图14 垂直轴翼型桨叶风力机（定桨距）

5.弗来纳式风力机

在气流中回转的圆筒或球，可以使该物体的周围压力发生变化而产生升力，这种现象叫马格努斯效应。利用这种现象发电的装置叫弗来纳式风力发电装置。弗来纳式风力机装置后来才受到重视，美国的笛顿大学曾经进行相关的开发和试验工作。

图15 马格努斯效应（速度大，压强小，速度小，压强大，产生压差，进而产生升力）

三、创新型风力机

1.飞艇风力机

高空的风更稳更强，可以驱动发电机产生用之不竭的电力。风力能源公司Altaeros energies将风力发电机通过一个巨大的充氦飞艇带上高空，由固定飞艇的缆绳将电能传递到地面。它的成本虽然高，但可在偏远地区布置使用，比如海岛、军事单位等。

图16 飞艇风力机

2.无叶片风力发电机

荷兰梅坎诺设计事务所和代尔夫特理工大学联合研发，其工作原理，当风中的正电荷粒子穿过格栅导线便会产生电流，被称之为静电转换技术。

图17 荷兰Ewicon无叶片风力发电机

3. “文丘里”风力发电机

明尼苏达州的SheerWind公司开发了INVELOX的发电机。其工作原理是，当风通过位于设备顶端的全方位集风口进入系统管道内部，由于文丘里效应，风会聚集并加速，从而带动涡轮发电机发电，将风能转化为电能。文丘里效应指：当流体流经管道，管道直径突然变窄，高速流动的流体附近会产生低压，导致流体流速增大的一种物理现象。

图18 “文丘里“风力发电机装置

4.“风筝”风力机！

位于加利福尼亚州的Makani公司研发了飞行风力涡轮机。Google2006年就开始对Makani进行投资了，2013年将其彻底收购。
这款类似航模飞机的“风筝飞机”，机翼上装有数个小型螺旋桨式的风力机，当风速一定时，“风筝”被放飞升空，开始兜大圈飞行发电。风速下降时，会回到悬停模式或返回基座。“风筝风力机可分为2种，第一种是以飞机为代表的“刚性风筝”，第2种是以降落伞为代表的“柔性风筝”。

图19 “风筝”风力机

5. 双转子风力机

2012年Airgenesis官网公布双转子风力机的设计资料，单机容量为11MW，试验数据表明，该风机单机发电量是传统风机的3倍。相位角偏差布置且同向转动的风轮，其作用是避免后排风力机受前排风力机周期性尾流影响，造成效率衰减和振动。国内也有相关的学研究双风轮的风力机，主要是大小风力机组合，由于大型风力机叶根处考虑到结构强度的原因，一般都是圆柱和厚翼型，这块部位的风能利用率较低，通过加装小型风力机发电，可以提高整机风能利用率。图22中，副风轮+主风轮组合的风力机，叶根处尾流的速度明显减小，表明副风轮有效吸收了叶根和轮毂处的风能，从而提高了整机综合风能利用率。

图20 双转子风力发电机组

图21 大小风轮风力机（双转子风力机）

图22   主风轮（上图） 副风轮+主风轮组合（下图）

6. 扑翼风力发电机

鸟类，尤其是蜂鸟，是天生的空气动力学家，其飞行效率堪称一绝。而这款鸟翼风力发电机，正是受蜂鸟扑翼方式的启发，采用上下40度角的倾斜，以及呈8字形的运动轨迹，进行高效的风能转换。其两翼由轻质且坚固的碳素纤维打造，能够在风的驱动下，实现类似于鸟类羽翼的翻转动作，从而将线性的风能高效且自然地转化为旋转动力。
虽然鸟翼风力发电机的两翼长度仅有6米，扫动范围也仅为56米，导致其输出功率无法与大型风电设备相媲美。然而，其小型的尺寸和有限的风能捕捉范围，却赋予了它更为灵活的选址能力。在高风速环境下，它同样能够稳定运行，非常适合发电厂的需求。此外，这款发电机的小巧体型也让它成为私人家用的理想选择，尤其对于那些用电条件较差的地区来说，它无疑是一个贴心的解决方案。其独特的设计绕纵轴转动，显著减少了鸟类受到的威胁。相较于传统的大型风力发电机，它能够更好地与建筑融合，为建筑应用提供了更多的可能性，同时也大大降低了安全隐患。

图22   扑翼风力发电机

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