美优化垂直风力发电机组合提高发电效率

现代风力发电场通常采用水平风力发电机发电。在生活中，人们不难发现这些发动机头朝着相同方向、叶片随风慢慢转动的水平风力发电机群。美国加州理工大学航空学和生物工程教授约翰·达比瑞表示，虽然水平风力发电机通过设计改进提高了发电效率，但是整个风力发电场的效率却依然相当低。

在利用水平风力发电机的发电场，每台水平风力发电机相隔一定的距离，这不仅仅是因为要防止它们的叶片发生碰撞。事实上，水平风力发电机在工作中，其产生的尾流能够在空气动力学方面影响邻近的发电机，导致进入风力发电机组的风能无法被充分发掘和利用。达比瑞将现代水平风力发电机发电场比作风能囫囵吞枣者，并认为水平风力发电场浪费了拥有大量能源的土地资源。

一项*特的排布优化试验

近年来，为提高水平风力发电机的发电效率，设计人员开发出了大叶片高塔式风力发电机。然而，达比瑞认为，这同时也带来了其他的挑战，如更高的成本、更复杂的工程问题、更大的环境影响。整体而言，更大更高的水平风力发电机意味着噪音更大、对鸟类和蝙蝠的危害更大，同时对那些不喜欢旋转物体的人来说，会更感其碍眼。

达比瑞和同事于2010年夏在洛杉矶县北部某处占地面积为两英亩实验农地上，完成了一项*特的实地操作试验，结果表明，通过在给定的安装区域对垂直风力发电机的排布进行优化，风力发电场的发电量将呈指数增加，至少提高10倍。在7月份出版的《可再生和可持续能源》杂志上，他们介绍了自己完成的研究。

达比瑞他们的试验农场名为“优化风能实地实验室”，那里安装有24台10米高、1.2米宽垂直风力发电机，这些风力发电机具有垂直转轴，看上去如同从地面突出的“打蛋器”。在2010年的试验中，研究人员使用了6台垂直风力发电机。

达比瑞表示，为解决风力发电机效率等问题，他们将注意力集中在*大化地利用接近地面的风能资源，而不是风力发电场自身的设计。他说，虽然离地面9米处的风能资源小于离地面30米的风能资源，但是从**风力资源上看，离地面9米处可收获的电能已超过**总用电量的数倍。这意味着如果选择适当且排布正确，那么更小、更廉价、更环保的风力发电机依然有望能够为人类提供足够的电力。

垂直风力发电机可以密布，达比瑞认为它们是理想的风力发电设备。垂直风力发电机可让人们收获大多数风能，甚至发电场上方的风能。在排布发电机时，每个垂直风力发电机的方向与邻近发电机的方向相反，研究人员发现，可能是由于相反的旋转降低了对发电机的阻力，使得旋转更快，同时提高了发电效率。

垂直风力发电机效率更高

在2010年夏季完成的实地试验中，达比瑞和同事测量了6台垂直风力发电机在不同的排布情况下，每台发电机的旋转速度和电能输出。其中一台风力发电机的状态在各种排布组合中始终保持不变，其他的则安装在可移动的平台上根据需要进行移动。

试验显示，垂直风力发电机之间相距4倍于自身尺寸(约5米)时，能够**消除垂直风力发电机之间的空气动力干扰。相比而言，对于现在*大的水平风力发电机，要消除发电机之间的空气动力干扰，两者间的距离应为旋转叶片尺寸的20倍，也就是说它们之间的距离应超过1600米。

6台垂直风力发电机每平方米土地产生的电力为21瓦至47瓦，而类似尺寸的水平风力发电机组每平方米的发电量仅为2瓦至3瓦。加州理工学院工程和应用科学部主任阿瑞斯·罗萨吉斯认为，达比瑞他们的工程研究是对风能技术现状的挑战，也是加州理工大学工程师通过创新手段解决现代社会难题的范例。

达比瑞表示，他们的研究虽然方向正确，但不意味着工作就此完结。接下来的任务是按比例放大进行实地演示，并改进现有的垂直风力发电机设计。目前的试验结果让人们清楚地知道应进一步研究替代现有风力发电机的途径。今年夏天，达比瑞和同事在研究18台垂直风力发电机的工作情况。