韓建華

摘 要：風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)性能對(duì)整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行有一定的影響，如何提升機(jī)組運(yùn)行的可靠性和發(fā)電效率是重點(diǎn)。發(fā)電機(jī)的成本比較高，決定了整個(gè)機(jī)組的性價(jià)比，不同的發(fā)電機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的配置不同，同時(shí)配備的變頻速率和技術(shù)要求不一樣。發(fā)電機(jī)的體積和重量等影響到塔架和基礎(chǔ)建設(shè)成本，因此在實(shí)施中必須做好發(fā)電機(jī)選擇工作。本次研究中以風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)技術(shù)特點(diǎn)為基礎(chǔ)，探究未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;發(fā)電機(jī);技術(shù)發(fā)展

近些年來風(fēng)電產(chǎn)業(yè)取得突出的進(jìn)步，成為全球的主力電源。風(fēng)電技術(shù)形式是發(fā)展比較快的能源技術(shù)，尤其是風(fēng)電機(jī)組本身，在20世紀(jì)90年代定槳距恒速技術(shù)發(fā)展到今天的變槳

距變速技術(shù)，單機(jī)容量也從300kW增大到3 MW，海上風(fēng)機(jī)最大單機(jī)容量已達(dá)到10MW。在氣候變化和能源需求的壓力下，風(fēng)電繼續(xù)保持高速發(fā)展趨勢，結(jié)合全球風(fēng)能的管理情況，到2030年，全球風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到8.3億千瓦。

1.風(fēng)電技術(shù)中出現(xiàn)的各種發(fā)電機(jī)組

風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電技術(shù)形式隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展逐漸改進(jìn)的，在風(fēng)電發(fā)展的初期，風(fēng)電機(jī)組采取的是比較簡單的直流發(fā)電機(jī)，直流發(fā)電機(jī)的造價(jià)比較高，在整個(gè)施工過程中，采取的是換向器和電刷，最大的特點(diǎn)是比較穩(wěn)定，保養(yǎng)和維修難度大。近些年隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組中的直流發(fā)電機(jī)很快被交流發(fā)電機(jī)取代。在并網(wǎng)風(fēng)電技術(shù)實(shí)施之后，定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采取的是雙速異步發(fā)電機(jī)，其中變槳距風(fēng)力機(jī)組出現(xiàn)之后采取的是變速雙饋異步發(fā)電機(jī)。

1.1早期的同步電機(jī)

早期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量小，多數(shù)采取的是幾十瓦到幾千瓦的勵(lì)磁式或者永磁式的發(fā)電機(jī)。永磁式的發(fā)電機(jī)效率比較高，運(yùn)行更為安全和可靠。此外電機(jī)的重量輕，體積小，運(yùn)行起來安全可靠。在實(shí)際應(yīng)用中，輸出電壓調(diào)節(jié)相對(duì)比較困難，其中勵(lì)磁式同步發(fā)電機(jī)，采取的是勵(lì)磁式電流的方式調(diào)節(jié)，能調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出電壓，輸出電壓相對(duì)而言比較穩(wěn)定，但是發(fā)電機(jī)需要采取電刷滑環(huán)，可靠性差，養(yǎng)護(hù)的整體成本高[1]。

1.2適合定槳距機(jī)組的雙速異步發(fā)電機(jī)

在當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)功率的調(diào)整是重點(diǎn)。在實(shí)施中，并網(wǎng)運(yùn)行成為大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電的主流趨勢，在整個(gè)過程中，采取的是同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定的要求后，向電網(wǎng)送電，風(fēng)能資源得不到利用。此外同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)沖擊電流比較大，危險(xiǎn)性高，現(xiàn)有的定速的同步發(fā)電機(jī)無法適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電的需求。在后續(xù)應(yīng)用中，籠型異步發(fā)電機(jī)組允許在小范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速變化，和風(fēng)輪透平的自適應(yīng)性良好，運(yùn)行過程更加的安全和可靠。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采取的是單繞組雙速異步發(fā)電機(jī)，通過有效的采用之后，運(yùn)行相對(duì)可靠，造價(jià)比較低，加上維修保養(yǎng)方便，比較適合并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電。在實(shí)際應(yīng)用中，籠型機(jī)的運(yùn)行主要是電網(wǎng)或者外加補(bǔ)償電容器提供勵(lì)磁電流，由于功率比較低，電能質(zhì)量差，加上發(fā)電成本低，因此在整個(gè)實(shí)施過程中，定槳失速型風(fēng)力機(jī)無法順利運(yùn)行。

1.3適合變槳距機(jī)組的變速雙饋異步發(fā)電機(jī)

近些年來我國的風(fēng)力發(fā)電取得突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，到了21世紀(jì)后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量增加到兆瓦級(jí)和千兆瓦級(jí)，為了能進(jìn)一步的提升風(fēng)能效率，變速驅(qū)動(dòng)取代了以往的定速驅(qū)動(dòng)，依據(jù)變速雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)，在實(shí)施中，要通過技術(shù)的合理應(yīng)用，使其成為一種技術(shù)趨勢。其中雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在風(fēng)速低于額定風(fēng)速的時(shí)候，電磁阻力轉(zhuǎn)距受到影響，在風(fēng)速高于額定風(fēng)速的時(shí)候，通過調(diào)節(jié)葉片槳距角限制風(fēng)力機(jī)，從風(fēng)中獲得過多的能量，避免機(jī)組超載。風(fēng)電機(jī)組采取的是變速驅(qū)動(dòng)前風(fēng)輪形式，能變速運(yùn)行。在較快的風(fēng)速范圍內(nèi)保持近乎恒定的最佳葉尖速比，從而提升了風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行效率[2]。

2.風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)的未來發(fā)展趨勢

2.1風(fēng)機(jī)尺寸增加

近些年來，必須對(duì)風(fēng)機(jī)制造引起重視，實(shí)施階段的隱患問題多，因此要結(jié)合現(xiàn)狀適當(dāng)?shù)脑黾语L(fēng)機(jī)尺寸。發(fā)展大風(fēng)機(jī)的原始動(dòng)力的目標(biāo)是獲得高海拔處的更多風(fēng)能，但是經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)輸問題等限制了風(fēng)機(jī)尺寸的進(jìn)一步增加，從根本上限制了 風(fēng)機(jī)尺寸的理論依據(jù)是“平方-立方定律”，風(fēng)電機(jī)組的輸出功率和葉片的長度是二次方的關(guān)系，葉片質(zhì)量和長度等是三次方的關(guān)系，如果葉片尺寸增加，超出了風(fēng)機(jī)輸出功率，經(jīng)濟(jì)性隨之下降。要想提升風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，要降低葉片長度和質(zhì)量間的比例關(guān)系。近些年來采取的是新型材料和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了比例關(guān)系。在具體發(fā)展中，要實(shí)現(xiàn)整機(jī)質(zhì)量和葉片長度的平方關(guān)系，提升整體經(jīng)濟(jì)效益[3]。

2.2風(fēng)輪合理設(shè)計(jì)

風(fēng)輪的合理化設(shè)計(jì)也是重點(diǎn)，在當(dāng)前預(yù)設(shè)過程中，風(fēng)輪合理采用，能捕捉風(fēng)能的設(shè)備。在實(shí)施中改進(jìn)風(fēng)輪設(shè)計(jì)，從而提升風(fēng)機(jī)系統(tǒng)性，在當(dāng)前的風(fēng)輪創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，采取符合要求的風(fēng)輪材料，通過各個(gè)方面技術(shù)的合理化采用，能提升風(fēng)機(jī)質(zhì)量，減輕了葉片的重量，降低荷載水平，此外采取抗載設(shè)計(jì)形式符合風(fēng)輪的設(shè)計(jì)需求[4]。

2.3葉片合理化設(shè)計(jì)

為了能增加葉片的掃風(fēng)面積，不能改變基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，要通過各個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，體現(xiàn)出葉片的設(shè)計(jì)優(yōu)勢。通過各個(gè)方面的合理預(yù)設(shè)之后，增加了結(jié)構(gòu)荷載。采取性能優(yōu)越的碳纖維葉片材料，能適當(dāng)?shù)目刂迫~片質(zhì)量，也對(duì)結(jié)構(gòu)荷載產(chǎn)生積極影響。但是在整個(gè)階段價(jià)格比較貴，“被動(dòng)自減載荷葉片結(jié)構(gòu)”是一種新穎的設(shè)計(jì)理念，其原理是通過合成材料的獨(dú)特屬性來調(diào)整葉片的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，具體上而言，通過葉片負(fù)荷中的玻纖、碳纖鋪層設(shè)計(jì)之后，讓葉片產(chǎn)生材料誘導(dǎo)性，揮舞擺振或彎扭耦合變形效應(yīng)。當(dāng)葉片受瞬時(shí)風(fēng)載時(shí)，這種彎扭變形將改變?nèi)~片攻角，減少作用在葉片上的升力，從而被動(dòng)地減少疲勞載荷。在進(jìn)行預(yù)設(shè)的過程中，曲形葉片是另外一種實(shí)現(xiàn)揮舞擺振耦合效應(yīng)的方法，在此方法中，氣動(dòng)載荷使葉片產(chǎn)生彎曲動(dòng)作，葉片攻角隨著氣動(dòng)載荷變化而改變[5]。

2.4抗載設(shè)計(jì)

在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)中，抗載設(shè)計(jì)形式依托的是主動(dòng)控制形式，在實(shí)施過程中，傳感器感應(yīng)轉(zhuǎn)子荷載，主動(dòng)抑制荷載從風(fēng)輪到風(fēng)機(jī)其他部分的傳遞。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，不會(huì)改變系統(tǒng)本身的作用，在相同的容量下，提升了風(fēng)機(jī)容量的系數(shù)。在低風(fēng)速的增大風(fēng)輪面積設(shè)計(jì)中，優(yōu)化設(shè)計(jì)后能確保系統(tǒng)的平衡，從而獲得高容量系數(shù)[6]。

結(jié)語

在實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電過程中，如何進(jìn)行普及應(yīng)用是重點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中以發(fā)電機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過合理化采用，圍繞著提高設(shè)備運(yùn)行效率和可靠性進(jìn)行，通過優(yōu)化管理，降低了設(shè)備制造的成本。近些年來，我國的風(fēng)力發(fā)電以及設(shè)備制造行業(yè)取得突出的進(jìn)步，在具體發(fā)展中，必須以風(fēng)機(jī)核心技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)技術(shù)的有效應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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