李鵬暉
[摘要]海上風(fēng)電是我國(guó)未來風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向,做好技術(shù)的研究與應(yīng)用將直接關(guān)系到未來發(fā)展效果。在本文中將就海上風(fēng)電的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行一定的研究。
[關(guān)鍵詞]海上風(fēng)電;關(guān)鍵技術(shù);綜述
一、引言
在世界范圍內(nèi)能源需求量不斷增加、環(huán)境污染情況愈發(fā)嚴(yán)重的背景下,對(duì)新的可再生清潔能源進(jìn)行尋求可以說成為了現(xiàn)階段最為重要的一項(xiàng)工作任務(wù)。在風(fēng)電事業(yè)不斷發(fā)展的過程中,能夠開發(fā)的陸地資源逐漸減少,同其相比,海上風(fēng)場(chǎng)具有著更強(qiáng)的風(fēng)能以及更為穩(wěn)定的風(fēng)力資源,且同時(shí)具有著噪聲污染小以及土地資源占用率低的特點(diǎn),并因此受到了各國(guó)的高度重視。要想做好海上風(fēng)電場(chǎng)的開發(fā)工作,技術(shù)的應(yīng)用十分關(guān)鍵,需要做好相關(guān)技術(shù)的研究與把握。
二、海上風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)
(一)發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)
在海上風(fēng)電機(jī)組研制工作當(dāng)中,其重要任務(wù)即在對(duì)風(fēng)機(jī)利用率進(jìn)行提升的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)其維修率的降低,其維修率也將直接對(duì)風(fēng)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響。在實(shí)際發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)中,需要能夠根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行確定。對(duì)于雙饋式發(fā)電機(jī)來說,其具有并網(wǎng)便捷、穩(wěn)定性高以及風(fēng)能利用率高的特點(diǎn),但因齒輪箱的存在,使其在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中具有著較高的故障率。直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)組取消了齒輪箱,具有著較高的可靠性以及電網(wǎng)功率因數(shù),但在機(jī)艙空間方面則具有著較高的要求。近年來,所開展的研究即在直驅(qū)發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)上對(duì)升速齒輪箱進(jìn)行安裝,以此實(shí)現(xiàn)對(duì)半直驅(qū)發(fā)電機(jī)的組成,能夠在對(duì)風(fēng)機(jī)故障率有效降低的基礎(chǔ)上控制體積,能夠更好的布置在機(jī)艙當(dāng)中。
(二)葉片設(shè)計(jì)
在額定容量下,風(fēng)機(jī)在對(duì)應(yīng)不同葉尖速比以及漿距角時(shí)都具有最大的風(fēng)能捕獲值。對(duì)于海上風(fēng)機(jī)來說,其通過大型葉片的應(yīng)對(duì)具有較高葉尖速比進(jìn)行獲得,以此對(duì)風(fēng)能的捕獲量進(jìn)行提升。對(duì)于大型葉片來說,其在材料強(qiáng)度、質(zhì)量以及剛度方面都具有著更高的要求,通過環(huán)氧碳纖維樹脂的復(fù)合材料所制成的柔性葉片,則能夠減輕約30%左右的重量,且能夠根據(jù)實(shí)際海上風(fēng)況變化情況對(duì)其空氣動(dòng)力型面進(jìn)行改善,在對(duì)葉片受力狀況以及空氣動(dòng)力響應(yīng)的基礎(chǔ)上增加風(fēng)能的捕獲量,且能夠獲得更高的運(yùn)行可靠性,具有著較好的應(yīng)用前景。目前,我國(guó)在葉片材料研制方面具有了較好的進(jìn)展,已經(jīng)開發(fā)出了具有高性能的環(huán)氧乙烯基脂樹脂,同環(huán)氧樹脂相比具有相似的性能,但卻具有著更低的成本。
同時(shí),對(duì)于葉片翼型的設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容,能夠?qū)Ω嗟娘L(fēng)能進(jìn)行捕獲。目前,對(duì)于低速風(fēng)機(jī)葉片來說,其具有著凹、薄的翼型。而對(duì)于現(xiàn)代高速風(fēng)機(jī)來說,其通常對(duì)流線型葉片進(jìn)行使用,通常會(huì)從NACA系列當(dāng)中選取,對(duì)于這部分翼型來說,其具有著更高的空氣動(dòng)力效率以及阻力,但在葉片翼型方面還具有較大的空間需要改進(jìn)。此外,通過新空氣動(dòng)力控制裝置的應(yīng)用,如葉片幅翼等,即能夠以更為有效、簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的限制,同機(jī)械剎車方式相比具有更低的運(yùn)行成本以及更好的可靠性。當(dāng)風(fēng)輪在實(shí)際旋轉(zhuǎn)過程中,將具有交替變化的受力特征,且風(fēng)速不穩(wěn)定情況的存在,也將導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)發(fā)生振動(dòng)情況,且將因此增加維護(hù)成本,對(duì)此,在未來研究當(dāng)中,也需要將這部分因素的不良影響降低作為一項(xiàng)重點(diǎn)進(jìn)行研究。
(三)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在海上風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組當(dāng)中,冷卻系統(tǒng)是其一項(xiàng)重要的組成部分,其主要作用即是對(duì)發(fā)電機(jī)組的齒輪箱、變流器以及點(diǎn)擊等發(fā)熱部件進(jìn)行冷卻,使其在溫度方面能夠?qū)ο到y(tǒng)的運(yùn)行要求進(jìn)行滿足。通過良好冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用,則能夠在有效提升電機(jī)絕緣壽命以及使用效率的基礎(chǔ)上避免電機(jī)出現(xiàn)永磁體不可逆去磁以及結(jié)構(gòu)變形情況,保障齒輪箱以及變流器等都能夠正常運(yùn)行。根據(jù)具體發(fā)熱量差異情況存在,其可以使用液冷以及強(qiáng)制風(fēng)冷這兩種方式,對(duì)于MW級(jí)的海上風(fēng)電系統(tǒng)來說,其具有著非常高的發(fā)熱量,在使用強(qiáng)制風(fēng)冷處理時(shí),具有著非常大的風(fēng)力需求量,同時(shí),在海風(fēng)當(dāng)中也具有著較多的鹽霧等腐蝕介質(zhì),對(duì)此,海上風(fēng)力機(jī)通常使用液冷方式進(jìn)行冷卻,該方式在傳熱性以及密封l生方面都具有更好的表現(xiàn)。
發(fā)電機(jī)方面,其所使用的液冷系統(tǒng)主要通過定子外部水套的方式同電機(jī)內(nèi)部間實(shí)現(xiàn)熱交換處理,或者使用空心銅線對(duì)循環(huán)通道進(jìn)行形成,冷卻液方面,則通常為乙二醇一水溶液或者水。為了能夠?qū)ι嵝ЧM(jìn)行進(jìn)一步的增強(qiáng),在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中則可以將散熱板筋設(shè)置在定子外圍位置,也可以將單獨(dú)的冷卻銅管加入到定子繞組當(dāng)中,并通過風(fēng)扇在電機(jī)轉(zhuǎn)子端部位置的增加起到空氣對(duì)流效果。對(duì)于液冷系統(tǒng)來說,其在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中具有著較好的冷卻效果,且以外界環(huán)境為冷源,具有較小的傳熱溫差,并因此使其外部換熱器具有較大的體系,在系統(tǒng)實(shí)際安裝布置方面則存在著一定的困難。目前,我國(guó)已經(jīng)有研究人員通過蒸發(fā)冷卻方式的應(yīng)用以密閉管道或者空間的方式將熱量實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)冷卻介質(zhì)的傳遞,通過其汽化吸熱作用的應(yīng)用帶走更大的熱量,以此保證艙內(nèi)具有恒定的溫度,且所使用的冷卻介質(zhì)在絕緣性方面具有較好的表現(xiàn),具有較好的應(yīng)用前景。
三、結(jié)語(yǔ)
在上文中,我們對(duì)海上風(fēng)電的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了一定的研究。在未來風(fēng)電發(fā)展當(dāng)中,需要能夠做好這部分技術(shù)的進(jìn)一步研究與科學(xué)應(yīng)用,以此對(duì)我國(guó)海上風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。