王 輝，張 炤

中廣核風(fēng)力發(fā)電有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們的生活水平逐漸提高，居民的用電需求增加，那么電力的供給成為一個(gè)重大問題，如何做好居民用電的正常供給，保證居民生活質(zhì)量是目前關(guān)注的焦點(diǎn)問題。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的出現(xiàn)不僅提高了發(fā)電的效率，而且無污染、促進(jìn)節(jié)能社會(huì)的發(fā)展，因此，對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究更顯得具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 風(fēng)輪機(jī)的不同等級(jí)

因?yàn)轱L(fēng)輪機(jī)的功率和風(fēng)速成正比，所以對(duì)風(fēng)輪機(jī)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，首當(dāng)其沖考慮因素就是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的具體場(chǎng)址、考慮地域特色，包括當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境和風(fēng)情、當(dāng)?shù)氐臍夂蜃兓惋L(fēng)速等。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，我國的風(fēng)輪機(jī)分為五個(gè)不同的等級(jí)，前四個(gè)風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)速規(guī)定分別是50m/s、42m/s、37m/s、30m/s。第五個(gè)等級(jí)的風(fēng)輪機(jī)比較特殊，高于第一等級(jí)，風(fēng)輪機(jī)的強(qiáng)度大、耐久性高、對(duì)第五個(gè)等級(jí)風(fēng)輪機(jī)的界定根據(jù)不同的風(fēng)速和風(fēng)的變化情況而定[1]。

2 風(fēng)輪機(jī)的效率問題

風(fēng)輪機(jī)的功率計(jì)算是風(fēng)速、旋轉(zhuǎn)圓的面積 、空氣的密度和功率，四者相乘的積。近些年來，高效率葉片不斷開發(fā)和應(yīng)用，旋轉(zhuǎn)裝置的消耗和損害逐漸減小，風(fēng)電機(jī)的效率達(dá)到0.45左右。輸出功率取決于風(fēng)輪機(jī)的周速比。當(dāng)T 值不斷接近數(shù)值6的時(shí)候，C值大約是0.6，這個(gè)數(shù)值是風(fēng)輪機(jī)理論上應(yīng)該達(dá)到的效率。但是實(shí)際中的風(fēng)輪機(jī)效率呈曲線狀分布。只有是大容量、大規(guī)格的發(fā)電設(shè)備才會(huì)采用規(guī)?；娘L(fēng)場(chǎng)，這時(shí)候的設(shè)備臺(tái)數(shù)就很多。在評(píng)價(jià)某臺(tái)發(fā)電設(shè)備效率時(shí)要充分考慮風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)流問題，因?yàn)轱L(fēng)的流速對(duì)風(fēng)輪機(jī)的效率有很大影響。另外還要考慮到電網(wǎng)系統(tǒng)的輸電效率等[2]。

3 風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)速限制

很多風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在還沒有投入使用之前 ，就被強(qiáng)風(fēng)或者是其他因素?fù)p失不好。因此要設(shè)備的設(shè)計(jì)階段就要考慮設(shè)備機(jī)組的零件能夠承受的最大壓力和風(fēng)速問題，不至于在投入使用前遭到損壞。一般的做法是通過氣象臺(tái)的報(bào)告數(shù)據(jù)和風(fēng)情風(fēng)向來決定設(shè)備的設(shè)計(jì)，也可以向氣象機(jī)構(gòu)咨詢情況，一定要根據(jù)具體的自然環(huán)境設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)，否則制造出來的設(shè)備無法使用，浪費(fèi)了資源。選擇發(fā)電機(jī)承受的風(fēng)速壓力時(shí)，要充分考慮設(shè)備的安全余量，因?yàn)轱L(fēng)力和風(fēng)速成正比，如果風(fēng)速過高，設(shè)備的承受能力就增強(qiáng)，帶來的成本投入就比較高。反之，如果設(shè)備的性能和承受的風(fēng)速壓力較低，就會(huì)影響安全運(yùn)行。因此要進(jìn)行綜合考慮，折中方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，風(fēng)力設(shè)備能夠承受的最大風(fēng)速是由五個(gè)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)決定的?，F(xiàn)代化的不斷發(fā)展，使得風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)完全采用自動(dòng)化完成，如果臺(tái)風(fēng)來臨，設(shè)備受到感應(yīng)，根據(jù)風(fēng)情的變化，設(shè)備會(huì)將情況反映到電腦上自動(dòng)做出回應(yīng)。這樣減少了臺(tái)風(fēng)來臨時(shí)對(duì)設(shè)備造成的損失。[3]即使如此詳細(xì)的考慮，也不可避免的由于強(qiáng)風(fēng)強(qiáng)降雨的原因?qū)е聵淠镜任锲返娘w落砸到發(fā)電設(shè)備，對(duì)設(shè)備造成損害，所以要盡量保持設(shè)備的設(shè)計(jì)完整。

4 發(fā)電設(shè)備的造價(jià)和電價(jià)問題

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的具體建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)輸?shù)牡缆贰⒉僮髦惺褂玫呐潆娋€路以及其他設(shè)備相關(guān)。如果對(duì)其他因素進(jìn)行有效地控制，只是單純的增加設(shè)備的容量或者是設(shè)備的數(shù)量，那么風(fēng)場(chǎng)的總?cè)萘烤蜁?huì)擴(kuò)大，從而降低了投入成本，減少了建設(shè)費(fèi)用。大量的實(shí)踐表明:如果設(shè)備的容量達(dá)到250kW，那么建設(shè)的費(fèi)用為4萬元/kW；如果容量增加到3000kW，建設(shè)的價(jià)格就會(huì)降到1.6萬元/kW，如果容量更大，建設(shè)費(fèi)用會(huì)降到更少。因此，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)展方向是朝著大容量進(jìn)行的。一般而言:發(fā)電設(shè)備的建設(shè)費(fèi)用主要包括這幾項(xiàng):一是發(fā)電機(jī)組的費(fèi)用，占到百分之七八十；二是電氣設(shè)備購買費(fèi)用，這個(gè)占到10%左右；三是建設(shè)的土建工程費(fèi)用找到5%左右，另外還有電力的消費(fèi)花費(fèi)，工程的管理費(fèi)用等。從上述可以看出，發(fā)電機(jī)組的費(fèi)用占據(jù)重要的位置，因此要減少投入成本就要想法設(shè)法減少發(fā)電機(jī)組的消費(fèi)，通過降低建設(shè)費(fèi)用，最終達(dá)到降低售點(diǎn)的價(jià)格費(fèi)用，有利于電力行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)。

5 發(fā)電設(shè)備的機(jī)型對(duì)比

從發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)上看，風(fēng)輪機(jī)分為水平軸、垂直軸。從結(jié)構(gòu)型式上看，風(fēng)輪機(jī)主要有和2種。水平軸又分為螺旋槳型、船帆翼型和多翼型；垂直軸分為寬翼型、燈籠型和半圓筒型。老式的風(fēng)輪機(jī)構(gòu)造是4個(gè)葉片，價(jià)格在一萬元左右。燈籠型的發(fā)電設(shè)備葉片是圓括號(hào)，在美國和中國普遍使用，陀螺翼型的風(fēng)輪機(jī)主要用在中國市場(chǎng)。大型的風(fēng)輪機(jī)組采用的是螺旋槳型號(hào)，水平軸式的風(fēng)輪機(jī)比垂直軸多。 從動(dòng)力學(xué)理論來分析，垂直軸式風(fēng)輪機(jī)具有這樣的優(yōu)點(diǎn):機(jī)子的性能和風(fēng)向的變化沒有多大的關(guān)系。機(jī)組的各種配置不受到高空高度的影響，這樣的好處便于設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)，缺點(diǎn)也比較明顯，需要增加材料的使用，需要比較大的開支。水平軸型號(hào)的風(fēng)輪機(jī)應(yīng)用也比較廣泛，但是隨著風(fēng)向和風(fēng)速的變化對(duì)設(shè)備的直徑影響很大。

6 發(fā)電設(shè)備的葉片數(shù)目

多數(shù)的風(fēng)電設(shè)備是2到3個(gè)葉片式的風(fēng)輪機(jī)。從本質(zhì)上來說，兩者沒有太大的區(qū)別，但是三葉片的風(fēng)輪機(jī)的周轉(zhuǎn)速度比較低，2片風(fēng)輪機(jī)的周轉(zhuǎn)速度比較高。因此實(shí)際的操作和使用中要采用適當(dāng)?shù)姆绞教幚?，隨機(jī)應(yīng)變、因地制宜。同時(shí)在保證質(zhì)量的同時(shí)降低設(shè)備的成本投入和資源的節(jié)省，實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)的節(jié)能化、高效化發(fā)展，走可持續(xù)發(fā)展道路。

7 結(jié)論

現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，實(shí)用的電力設(shè)備開發(fā)和設(shè)計(jì)要重視實(shí)際需要，根據(jù)實(shí)際情況的不同量體裁衣，不僅要考慮成本的投入，更要注重質(zhì)量的提升，保證電力設(shè)備的設(shè)計(jì)符合發(fā)電的要求，確保設(shè)備的安全可靠，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)要能夠滿足居民的供電需要，保證社會(huì)的平穩(wěn)發(fā)展。只有如此，才能保證風(fēng)力發(fā)電行業(yè)在市場(chǎng)中立于不敗之地。

[1]張登峰，郝偉，郝旺身，董辛文.模糊理論在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011(11):75-76.

[2]楊榮斌.國內(nèi)外海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展新態(tài)勢(shì)及啟示[J].華東科技，2012(1):48-50.

[3]楊欽慧.風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的災(zāi)害對(duì)策[J].電機(jī)技術(shù)，2010(3):60-61.