風力發(fā)電設備

基本原理和部件組成如下： 大部分風電機具有恒定轉速，轉子葉片末的轉速為64米/秒，在軸心部分轉速為零。距軸心四分之一葉片長度處的轉速為16米/秒。圖中的黃色帶子比紅色帶子，被吹得更加指向風電機的背部。這是顯而易見的，因為葉片末端的轉速是撞擊風電機前部的風速的八倍。 為什么轉子葉片呈螺旋狀？ 大型風電機的轉子葉片通常呈螺旋狀。從轉子葉片看過去，并向葉片的根部移動，直至到轉子中心，你會發(fā)現(xiàn)風從很陡的角度進入（比地面的通常風向陡得多）。如果葉片從特別陡的角度受到撞擊，轉子葉片將停止運轉。因此，轉子葉片需要被設計成螺旋狀，以保證葉片后面的刀口，沿地面上的風向被推離。 風電機結構 機艙：機艙包容著風電機的關鍵設備，包括齒輪箱、發(fā)電機。維護人員可以通過風電機塔進入機艙。機艙左端是風電機轉子，即轉子葉片及軸。 轉子葉片：捉獲風，并將風力傳送到轉子軸心?，F(xiàn)代600千瓦風電機上，每個轉子葉片的測量長度大約為20米，而且被設計得很象飛機的機翼。 軸心：轉子軸心附著在風電機的低速軸上。 低速軸：風電機的低速軸將轉子軸心與齒輪箱連接在一起。在現(xiàn)代600千瓦風電機上，轉子轉速相當慢，大約為19至30轉每分鐘。軸中有用于液壓系統(tǒng)的導管，來激發(fā)空氣動力閘的運行。 齒輪箱：齒輪箱左邊是低速軸，它可以將高速軸的轉速提高至低速軸的50倍。 高速軸及其機械閘：高速軸以1500轉每分鐘運轉，并驅動發(fā)電機。它裝備有緊急機械閘，用于空氣動力閘失效時，或風電機被維修時。 發(fā)電機：通常被稱為感應電機或異步發(fā)電機。在現(xiàn)代風電機上，最大電力輸出通常為500至1500千瓦。 偏航裝置：借助電動機轉動機艙，以使轉子正對著風。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風向標來感覺風向。圖中顯示了風電機偏航。通常，在風改變其方向時，風電機一次只會偏轉幾度。 電子控制器：包含一臺不斷監(jiān)控風電機狀態(tài)的計算機，并控制偏航裝置。為防止任何故障（即齒輪箱或發(fā)電機的過熱），該控制器可以自動停止風電機的轉動，并通過電話調制解調器來呼叫風電機操作員。 液壓系統(tǒng)：用于重置風電機的空氣動力閘。 冷卻元件：包含一個風扇，用于冷卻發(fā)電機。此外，它包含一個油冷卻元件，用于冷卻齒輪箱內的油。一些風電機具有水冷發(fā)電機。 塔：風電機塔載有機艙及轉子。通常高的塔具有優(yōu)勢，因為離地面越高，風速越大?，F(xiàn)代600千瓦風汽輪機的塔高為40至60米。它可以為管狀的塔，也可以是格子狀的塔。管狀的塔對于維修人員更為安全，因為他們可以通過內部的梯子到達塔頂。格狀的塔的優(yōu)點在于它比較便宜。 風速計及風向標：用于測量風速及風向。 風電機發(fā)電機 風電機發(fā)電機將機械能轉化為電能。風電機上的發(fā)電機與你通?？吹降模娋W上的發(fā)電設備相比，有點不同。原因是，發(fā)電機需要在波動的機械能條件下運轉。 輸出電壓 大型風電機（100-150千瓦）通常產生690伏特的三相交流電。然后電流通過風電機旁的變壓器（或在塔內），電壓被提高至一萬至三萬伏，這取決于當?shù)仉娋W的標準。 大型制造商可以提供50赫茲風電機類型（用于世界大部分的電網），或60赫茲類型（用于美國電網）。 冷卻系統(tǒng) 發(fā)電機在運轉時需要冷卻。在大部分風電機上，發(fā)電機被放置在管內，并使用大型風扇來空冷；一部分制造商采用水冷。水冷發(fā)電機更加小巧，而且電效高，但這種方式需要在機艙內設置散熱器，來消除液體冷卻系統(tǒng)產生的熱量。 啟動及停止發(fā)電機 如果你通過彈開一個普通開關，將大型風電機發(fā)電機與電網連接或解開，你很可能會損毀發(fā)電機、齒輪箱及鄰近電網。 發(fā)電機電網的設計 風電機可以使用同步或異步發(fā)電機，并直接或非直接地將發(fā)電機連接在電網上。直接電網連接指的是將發(fā)電機直接連接在交流電網上。非直接電網連接指的是，風電機的電流通過一系列電力設備，經調節(jié)與電網匹配。采用異步發(fā)電機，這個調節(jié)過程自動完成。 轉子葉片 轉子葉片輪廓（橫切面） 風電機轉子葉片看起來像航行器的機翼。實際上，轉子葉片設計師通常將葉片最遠端的部分的橫切面設計得類似于正統(tǒng)飛機的機翼。但是葉片內端的厚輪廓，通常是專門為風電機設計的。為轉子葉片選擇輪廓涉及很多折衷的方面，諸如可靠的運轉與延時特性。葉片的輪廓設計，即使在表面有污垢時，葉片也可以運轉良好。 轉子葉片的材質 大型風電機上的大部分轉子葉片用玻璃纖維強化塑料（GRP）制造。采用碳纖維或芳族聚酰胺作為強化材料是另外一種選擇，但這種葉片對大型風電機是不經濟的。木材、環(huán)氧木材、或環(huán)氧木纖維合成物目前還沒有在轉子葉片市場出現(xiàn)，盡管目前在這一領域已經有了發(fā)展。鋼及鋁合金分別存在重量及金屬疲勞等問題，他們目前只用在小型風電機上。 風電機齒輪箱 為什么要使用齒輪箱？ 風電機轉子旋轉產生的能量，通過主軸、齒輪箱及高速軸傳送到發(fā)電機。 為什么要使用齒輪箱？為什么我們不能通過主軸直接驅動發(fā)電機？ 如果我們使用普通發(fā)電機，并使用兩個、四個或六個電極直接連接在50赫茲交流三相電網上，我們將不得不使用轉速為1000至3000轉每分鐘的風電機。對于43米轉子直徑的風電機，這意味著轉子末端的速度比聲速的兩倍還要高。另外一種可能性是建造一個帶許多電極的交流發(fā)電機。但如果你要將發(fā)電機直接連在電網上，你需要使用200個電極的發(fā)電機，來獲得30轉每分鐘的轉速。另外一個問題是，發(fā)電機轉子的質量需要與轉矩大小成比例。因此直接驅動的發(fā)電機會非常重。 更低的轉矩，更高的速度 使用齒輪箱，你可以將風電機轉子上的較低轉速、較高轉矩，轉換為用于發(fā)電機上的較高轉速、較低轉矩。風電機上的齒輪箱，通常在轉子及發(fā)電機轉速之間具有單一的齒輪比。對于600千瓦或750千瓦機器，齒輪比大約為1比50。 下圖顯示了用于風電機的1.5兆瓦的齒輪箱。這個齒輪箱有些不同尋常，因為在高速點的兩個發(fā)電機上安裝有法蘭。右側安裝在發(fā)電機下的橙黃色配件，是液壓驅動的緊急盤狀剎車。在背景處你可以看到用于1.5MW風電機的機艙的下半部分 風電機偏航裝置 風電機偏航裝置用于將風電機轉子轉動到迎風的方向。 偏航誤差 當轉子不垂直于風向時，風電機存在偏航誤差。偏航誤差意味著，風中的能量只有很少一部分可以在轉子區(qū)域流動。如果只發(fā)生這種情況，偏航控制將是控制向風電機轉子電力輸入的極佳方式。但是，轉子靠近風源的部分受到的力比其它部分要大。一方面，這意味著轉子傾向于自動對著風偏轉，逆風或順風的汽輪機都存在這種情況。另一方面，這意味著葉片在轉子每一次轉動時，都會沿著受力方向前后彎曲。存在偏航誤差的風電機，與沿垂直于風向偏航的風電機相比，將承受更大的疲勞負載。 偏航機構 幾乎所有水平軸的風電機都會強迫偏航。即，使用一個帶有電動機及齒輪箱的機構來保持風電機對著風偏轉。本圖顯示的是750千瓦風電機上的偏航機構。我們可以看到環(huán)繞外沿的偏航軸承，及內部偏航馬達及偏航閘的輪子。幾乎所有逆風設備的制造商都喜歡在不需要的情況下，停止偏航機構。偏航機構由電子控制器來激發(fā)。 電纜扭曲計數(shù)器 電纜用來將電流從風電機運載到塔下。但是當風電機偶然沿一個方向偏轉太長時間時，電纜將越來越扭曲。因此風電機配備有電纜扭曲計數(shù)器，用于提醒操作員應該將電纜解開了。類似于所有風電機上的安全機構，系統(tǒng)具有冗余。風電機還會配備有拉動開關，在電纜扭曲太厲害時被激發(fā)。 風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風車技術，大約是每秒三公尺的微風速度（微風的程度），便可以開始發(fā)電。 風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，為風力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產生輻射或空氣污染。 風力發(fā)電在芬蘭、丹麥等國家很流行；我國也在西部地區(qū)大力提倡。小型風力發(fā)電系統(tǒng)效率很高，但它不是只由一個發(fā)電機頭組成的，而是一個有一定科技含量的小系統(tǒng)：風力發(fā)電機充電器數(shù)字逆變器。風力發(fā)電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要，各部分功能為：葉片用來接受風力并通過機頭轉為電能；尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能；轉體能使機頭靈活地轉動以實現(xiàn)尾翼調整方向的功能；機頭的轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線產生電能。 風力發(fā)電機因風量不穩(wěn)定，故其輸出的是1325V變化的交流電，須經充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發(fā)電機產生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。 通常人們認為，風力發(fā)電的功率完全由風力發(fā)電機的功率決定，總想選購大一點的風力發(fā)電機，而這是不正確的。目前的風力發(fā)電機只是給電瓶充電，而由電瓶把電能貯存起來，人們最終使用電功率的大小與電瓶大小有更密切的關系。功率的大小更主要取決于風量的大小，而不僅是機頭功率的大小。在內地，小的風力發(fā)電機會比大的更合適。因為它更容易被小風量帶動而發(fā)電，持續(xù)不斷的小風，會比一時狂風更能供給較大的能量。當無風時人們還可以正常使用風力帶來的電能，也就是說一臺200W風力發(fā)電機也可以通過大電瓶與逆變器的配合使用，獲得500W甚至1000W乃至更大的功率出。 使用風力發(fā)電機，就是源源不斷地把風能變成我們家庭使用的標準市電，其節(jié)約的程度是明顯的，一個家庭一年的用電只需20元電瓶液的代價。而現(xiàn)在的風力發(fā)電機比幾年前的性能有很大改進，以前只是在少數(shù)邊遠地區(qū)使用，風力發(fā)電機接一個15W的燈泡直接用電，一明一暗并會經常損壞燈泡。而現(xiàn)在由于技術進步，采用先進的充電器、逆變器，風力發(fā)電成為有一定科技含量的小系統(tǒng)，并能在一定條件下代替正常的市電。山區(qū)可以借此系統(tǒng)做一個常年不花錢的路燈；高速公路可用它做夜晚的路標燈；山區(qū)的孩子可以在日光燈下晚自習；城市小高層樓頂也可用風力電機，這不但節(jié)約而且是真正綠色電源。家庭用風力發(fā)電機，不但可以防止停電，而且還能增加生活情趣。在旅游景區(qū)、邊防、學校、部隊乃至落后的山區(qū)，風力發(fā)電機正在成為人們的采購熱點。無線電愛好者可用自己的技術在風力發(fā)電方面為山區(qū)人民服務，使人們看電視及照明用電與城市同步，也能使自己勞動致富。 力發(fā)電的原理:是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。現(xiàn)狀:風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，風力發(fā)電在芬蘭、丹麥等國家很流行；我國風能資源十分豐富，我國也在西部地區(qū)大力提倡,管理滯后影響風電“進步” 首先，我國對風能資源的普查、評價、規(guī)劃管理嚴重滯后，資源分散，缺少整合，沒有形成全國統(tǒng)一的國家級風電產業(yè)研機機構，缺少對產業(yè)資源的集中和整合。 其次，單位kW造價高，火電平均4500元/kW，風電平均每80009000元/kW，平均造價高于火電?；痣娖骄妰r0.36元/千瓦時，風電平均電價為0.56元/千瓦時，在我國南方地區(qū)電價，還要略高于北方地區(qū)。影響電網并網發(fā)電的積極性。 第三，目前市場和產業(yè)化基本上沒有形成，風電機組和系統(tǒng)設計技術、設備性能、效率以及技術工藝水平與歐洲相比存在很大差距。國產風電關鍵部件，如液壓系統(tǒng)、聯(lián)合器、電控等可靠性差，技術不夠成熟。 改善“環(huán)境”加快風電步伐前景:它的優(yōu)勢不需要燃料、不占耕地、沒有污染，運行成本低。；風力發(fā)電產業(yè)發(fā)展前景非常廣闊，為風力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產生輻射或空氣污染。 我國風能資源十分豐富，它是一種干凈的可再生能源；風力發(fā)電產業(yè)發(fā)展前景非常廣闊，優(yōu)缺點:它的優(yōu)勢不需要燃料、不占耕地、沒有污染，運行成本低,我國風力資源豐富,缺點,效率低,造價昂貴,技術有待改進,管理不夠完善