複製鏈接
請複製以下鏈接發送給好友

風力發電機組

編輯 鎖定
將風的動能轉換為電能的系統。 [6] 
風力發電機組包括風輪、發電機;風輪中含葉片、輪轂、加固件等組成;它有葉片受風力旋轉發電、發電機機頭轉動等功能。風力發電電源由風力發電機組、支撐發電機組的塔架、蓄電池充電控制器、逆變器、卸荷器、併網控制器、蓄電池組等組成。
風力發電機組進行發電時,都要保證輸出電頻率恆定。這無論對於風機併網發電還是風光互補發電都非常必要。 要保證風電的頻率恆定,一種方式就是保證發電機的恆定轉速,即恆速恆頻的運行方式,因為發電機由風力機經過傳動裝置進行驅動運轉,所以這種方式無疑要恆定風力機的轉速,這種方式會影響到風能的轉換效率;另一種方式就是發電機轉速隨風速變化,通過其它的手段保證輸出電能的頻率恆定,即變速恆頻運行。
中文名
風力發電機組
外文名
wind turbine generator system
功    能
發電機機頭轉動等功能
組    成
風輪、發電機
風輪組成
葉片、輪轂、加固件等
電源組成
機組、塔架、逆變器、蓄電池組等

風力發電機組簡介

編輯
風力發電電源由風力發電機組、支撐發電機組的塔架、蓄電池充電控制器、逆變器、卸荷器、併網控制器、蓄電池組等組成;風力發電機組包括風輪、發電機;風輪中含葉片、輪轂、加固件等組成;它有葉片受風力旋轉發電、發電機機頭轉動等功能。風速選擇:低風速風力發電機能有效提升風力發電機在低風速區域的風能利用,在年平均風速小於3.5m/s,且無颱風的地區,推薦選用低風速產品。
風力發電機組進行發電時,都要保證輸出電頻率恆定。這無論對於風機併網發電還是風光互補發電都非常必要。 要保證風電的頻率恆定,一種方式就是保證發電機的恆定轉速,即恆速恆頻的運行方式,因為發電機由風力機經過傳動裝置進行驅動運轉,所以這種方式無疑要恆定風力機的轉速,這種方式會影響到風能的轉換效率;另一種方式就是發電機轉速隨風速變化,通過其它的手段保證輸出電能的頻率恆定,即變速恆頻運行。風力機的風能利用係數跟葉尖速比(葉輪尖的線速與風速的比值)有關,存在某一確定的葉尖速比,使Cp達到最大值。因此,在變速恆頻運行方式下,風力機和發電機的轉速可在很大範圍內變化而不影響輸出電能的頻率。因此風力發電機組經常用變速恆頻法保證輸出頻率恆定 [1] 

風力發電機組背景

編輯
可再生能源 可再生能源
近年來,全球可再生能源利用年增長率達到25%.可再生能源的利用將以電力行業為主導,非水力可再生能源的發電比例將擴大兩倍。據統計,2002年可再生能源的消費雖約14億t油當量,2030年將超過22億t油當量。風能發電作為除水力發電外技術最成熟的一種可再生能源發電,其裝機容量佔整個可再生能源發電裝機總容員的絕大部分。但是電力電子器件性能的限制,給大容量風電機組的研製及應用造成了一定的瓶頸。
隨着大功串的電力電子器件和能源存儲設備的進一步發展,風力發電在總投資或發電費用上可與常規能源相競爭,風力發電技術也會得到更大的發展。
風電場 風電場
此外,隨着風電場的容量不斷增加,當電網電壓發生跌落時,保證風電機組不脱網運行、維持區域電網的穩定顯得更加重要。隨着大功率的電力電子器件及其控制技術的發展,目前風電機組所面臨的低電壓穿越問題將能得到很好的解決。
風力發電機組按照主傳動鏈結構形式可以分為具有多級升速齒輪箱的雙饋式風力發電機組、無升速齒輪箱的直驅式風力發電機組和具有一級升速齒輪箱的半直驅式風力發電機組s而按照風力發電機組轉速調節方式可分為值速恆領風力發電機組和變速恆頻風力發電機組。變速恆頻風力發電機組由於具有較高的風能利用效率,目前已成為風力發電中的主流機型 [1] 

風力發電機組小型風力發電機組結構

編輯
風力發電機組結構 風力發電機組結構
小型風力發電機組,雖然種類很多.但其結構大致可分為兩大部分。其中機械部分包括:風輪、傳動機構、限速或調速機構、剎車機構、機座迴轉體塔架等;電器部分包括:發電機、配電盒或控制器、蓄電池、逆變器等。各部分的功能簡介如下:
風輪 風輪是風力發電機組的能量轉換裝置,它的作用是將風朗轉換為機械能,利用風輪的轉動,帶動發電機發電。風輪是風力機的重要構件,主要由葉片、葉柄、輪級三部分組成。
傳動裝量 介於風輪與發電機之間的變速機構。其作用是改變傳動方向和變速之用。對於百瓦級微小型風力發電機組來説,由於發電機均採用低速發電機,所以,一般省去了傳動裝置,風輪與發電機之間採用直接連接。
限速機構和調速機構 風力機工作環境比較惡劣,受自然風況影響較大,有時要受到突發性陣風或強風的吹襲。為了保證風力機安全可靠地運轉,並使風輪在一個限定的轉速範圍內工作,就需要設置必要的調速和限速機構。常見的調速機構有離心變矩、風輪側偏、機頭側仰、氣動阻尼、風輪偏心、配重尾翼等形式。
機座迴轉體 機座迴轉體結構非常簡單,但卻是風力機的重要構件之一,其作用是文撐整個機頭(風輪與發電機等),並使其在塔架上端自由迴轉。
調向機構 其作用是使風輪葉面總保持與來風處於垂直狀態,從而使風帆獲得最大的風能,以實現最大的功率輸出。高速螺旋槳式風力機按風輪與來風所處的空間位置分為上風式(亦稱迎風式)、下風式(亦稱背風式)兩種。
塔架 一般分為懸架式、簡式和獨杆拉索式。百瓦級小型風力發電機大都採用獨杆拉索式。
發電機 發電機是整個風力發電系統的做功裝置。它的作用是將機能轉換成電能。常用的發電機有直流發電機硅整流發電機。硅整流發電機又有永磁式與激磁式之分。硅整流發電機與直流發電機相比,具有體積小、重量輕、結構簡單、低速充電性能好等特點。
配電盒或控制器 配電盒或控制器是風力發電機組維持向外正常供電不可缺少的部件。對風力發電機組來説,由於自然風時大時小,成時有時無,不能用發電機直接向用電設備供電,而必須與蓄電池共同使用才能保證輸出電壓穩定。對蓄電池來説,過充電或過放電都會降低其使用壽命。因此,配電盒中必須具有必要的保護裝置,以保證發電機組的正常使用。
蓄電池 蓄電池在風力發電機組中,既是儲能裝置,又起穩定輸出電壓的雙重作用。按電解質的不同,可分為酸性蓄電他、鹼性蓄電池兩類。常用的有鉛酸蓄電池、鐵鎳電池、錫鎳電池。
逆變器 逆變器是一種將直流電轉換成交流電的裝置。微小型風力發電機組輸出電壓一般有12v、24V、36v,只能供相應電壓的直流用電器使用,而目前大多的家用電器如:電視機、洗衣機、電冰箱、電動機等都使用220V交流電。因此,必須使用逆變器將直流電變換成交流電,以供家電使用 [2] 

風力發電機組分類和特點

編輯
恆速恆頻風力發電機組
恆速恆頻風力發電機組主要分為籠型感應發電機恆速恆頻風力發電機組和電勵磁同步發電機恆速恆頻風力發電機組.
恆速恆頻風力發電機組 恆速恆頻風力發電機組
具有以下特點:
(l)機組結構簡單,適合在野外環境工作;
(2)由於轉速不變.無法進行最大功率點跟蹤控制,發電效率降低;·
(3)當風速快速升高時,由於轉速不變,風能將通過漿葉傳遞給主軸、齒輪箱發電機等部件,產生很大的機械應力,從而引起這些部件疲勞損壞。該類型風力發電機組由於在低風速區域效率低,主要應用於小功率、機組容量低於600kw的系統。
恆速恆頻風力發電機組在正常發電過程中,發電機定子繞組直接接入電網,其轉速由電網頻率確定.風力發電機組的轉速在整個運行風速範圍內保持恆定。
其優點是:
不需要採用大功率全控開關器件進行變頻控制,降低整個機組的成本和控制複雜程度;
缺點是:
整個風力發電機組的轉速恆定,使得機組在低風速區間內不能以員位葉尖轉速比運行,造成低風速區間內的能量損失 [1] 
變速恆頻風力發電機組
變速恆頻風力發電機組 變速恆頻風力發電機組
變速恆頻風力發電機組由於其轉速能隨着風速的變化而變化.可以保證機組在低風速區域獲得最大的風能利用串.其效率比恆速恆頻風力發電機組高很多。
目前,變速恆頻風力發電機組主要分為雙饋異步風力發電機組、永磁直驅風力發電機組和電勵磁同步半直驅風力發電機組。目的,雙饋異步風力發電機組為變速桓頻風力發電機組中的主流機型。
變速恆頻風力發電機組在正常運行過程中,其轉速隨着風速變化。
其優點是:
額定轉速以下,風力發電機組的轉速跟隨風速變化,保證機組運行在最佳葉尖轉速比點,使機組在低風速區間內獲得最大風能利用率;
其缺點是:
由於電網頻率基本不變,而機組的轉速在一定範圍內變化,這就要求在發電機與電網之間增加全控變流器.以實現電網頻率與發電機轉速之間的解耦控制,因此,風力發電機組的成本和控制複雜程度會相應增大。
由於風電場一年內大部分時間段的風速都在額定風速以下,提高額定風速以下風力發電機組的風能利用效率是提高機組年發電量的關鍵因素。另外,大功率的全控電力電子器件的出現,使得現代風力發電機組大都採用變速恆頻風力發電機組 [1] 

風力發電機組小型風力發電機組的維修與保養

編輯
發電機維修與保養 發電機維修與保養
在遠離電網或缺電地區,小型風力發電機組得到迅速推廣。目前,廣大用户感到缺乏機組的繼修和保養知識,這裏就向大家介紹一下這方面的知識。
風力發電機組包括風輪、轉向裝置、發電機蓄電池充放電控制器塔架及其他附件。機組的保養可分為一級保養、二級保養和三級保養(即一保、二保、三保)。
一保,就是很快地排除巳發現的故障,快速及時地更換或者修復一些損壞的零部件,這對延長機組的使用壽命是極為重要的一環。
二保,是指機組運行一年左右。要拆卸風葉,轉向裝置等部件,把油灰清洗乾淨,零部件若有損毀,進行更換或修復,並結各個軸承以及活動部分,都要加入適量鈣基潤滑油(黃油),
三保,是指機組運行三至五年,要進行一次全面檢查相繼護,零部件若有損毀,要進行更換或修復 [3] 

風力發電機組優勢

編輯
火電 火電
由於風電屬於新能源範疇,無論是成本還是技術同傳統的火電水電相比還有較大的差距,因而風電的快速發展需要國家政策的大力扶持。縱觀風電發展迅速的國家如德國、西班牙、印度,無一例外地都給予風電產業巨大的政策優惠。中國對風電的政策支持由來已久,力度也越來越大,政策支持的對象也由過去的注重發電轉向了注重扶持國內風電設備製造。國家的政策支持將是風電設備製造業迅猛發展的根本保障,隨着中國國產風機設備的自主製造能力不斷加強,國家的政策支持力度也將越來越大,風電設備製造業面臨難得的歷史發展機遇。
中國正逢風電發展的大好時機,風電設備市場需求增加。另外,除了風電設備整機需求不斷增加之外,葉片、齒輪箱、大型軸承、電控等風電設備零部件的供給能力仍不能完全滿足需求,市場增長潛力巨大。因此中國風電設備製造業景氣持續。 [1] 

風力發電機組現狀

編輯
風力發電機組 風力發電機組
近年來,新興市場的風電發展迅速。在國家政策支持和能源供應緊張的背景下,中國的風電特別是風電設備製造業也迅速崛起,已經成為全球風電最為活躍的場所。2006年全球風電資金中9%投向了中國,總額達16.2億歐元(約162.7億元人民幣)。2007年,中國風電裝機容量已排名世界第五。
《中國風力發電機組全景評估與發展趨勢研究報告》分析中國巨大的風電市場以及廉價的勞動力成本,吸引了大量國外風電巨頭紛紛在中國設廠,或採取與國內企業合資的方式,生產的產品都被貼上了中國製造的標籤。中國製造的風電設備產品佔據越來越大的市場份額,風機產品正在經歷一個由全球製造向中國製造的轉變。
風能作為一種清潔的可再生能源,越來越受到世界各國的重視。中國風能儲量很大、分佈面廣,僅陸地上的風能儲量約2.53億千瓦。近5年來,世界風能市場每年都以40%的速度增長。預計未來20-25年內,世界風能市場每年將遞增25%。現在,風能發電成本已經下降到1980年的1/5。隨着技術進步和環保事業的發展,風能發電在商業上將完全可以與燃煤發電競爭。隨着電力行業競爭的不斷加劇,國內優秀的電力企業越來越重視對行業市場的研究,特別是產業環境的深度研究。
隨着風電產業近年來的快速發展,目前國內大型風力發電機組製造技術已經趨向成熟,而作為風電機組的核心技術,風電機組控制技術被國外壟斷;同時,由於風力發電電能質量差,風電場併網問題已經成為了制約風電發展的又一大瓶頸,解決大規模風電併網問題迫在眉睫。
本項目旨在對制約我國風電發展的風電機組控制系統控制和風電場併網兩大技術領域進行研究,研製出自主知識產權的2.0MW風電機組主控、變槳距、變流系統;搭建控制系統仿真試驗平台以及變流器全功率試驗平台。開發出風電場併網全動態無功補償裝置,有效解決風電併網電能質量問題,搭建風電場併網全動態無功補償裝置試驗平台。同時開發出風電機組在線監測與故障診斷系統為風電機組的安全運行提供保障 [4] 

風力發電機組發展

編輯
據《2013-2017年中國風力發電機組行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》數據顯示,2012年5月各發電機組類型發電量情況:按發電機組類型來看:水電發電量2226億千瓦時,同比增長7.8%,由於河流來水較好,增速已明顯回升;火電發電量15776億千瓦時,同比增長4.1%,增速繼續回落;核電發電量394億千瓦時,同比增長12.5%,增速低於上年同期;風力發電量424億千瓦時,同比增長24.2%,仍維持較快增長。
核電 核電
2012年12月各發電機組類型發電量情況:按發電機組類型來看:
水電發電量8641億千瓦時,同比增長29.3%,全年實現大幅增長;
火電發電量39108億千瓦時,同比增長0.3%,實現微幅增長;
核電發電量982億千瓦時,同比增長12.6%,增速低於去年;風力發電量1004億千瓦時,同比增長35.5%,維持較快增長 [4] 

風力發電機組安裝選址

編輯
塔架 塔架
風速及風向的變化對風力發電機的發電量有着較大的影響,通常,塔架越高,風速越大,氣流越平穩,發電量越大。因此風力發電機的選址應慎重考慮,每一次安裝都不同,而且要考慮塔筒高、電池組的距離、當地規劃要求以及建築和樹木這些障礙物等因素。風機安裝與選址具體要求如下:
風力發電機組推薦的最小塔高是8米或距離障礙物5米以上安裝範圍中心的100m範圍之內儘量沒有障礙物;
相鄰兩台風機的安裝應保持在8~10倍風輪直徑的距離;風機選址應避開紊流。選擇年平均風速較大的地區,具有較穩定的盛行風向,且風速的日變化與季變化小;
風機高度範圍內的垂直方向的風速切變要小;選擇儘可能少的自然災害的地方;
選擇安裝位置時安全是首要關注的。因此,即使是在一個風速資源較不理想的地方安裝風力發電機,安裝時風輪葉片不得旋轉 [5] 
參考資料
  • 1.    唐建平, 王立鵬. 風力發電機組[J]. 大功率變流技術, 2010(3):33-37.
  • 2.    楊膠溪. 風力發電機組的結構及常識[J]. 山東農機化, 1999(9):26-26.
  • 3.    關玉寶. 小型風力發電機組的維修與保養[J]. 可再生能源, 1990(5):10-11.
  • 4.    黃健毅, 牛芳. 中小型風力發電機組行業的市場現狀、問題分析與發展預測[J]. 電氣應用, 2013(16):70-72.
  • 5.    馬玉波. 風力發電機的安裝問題淺析[J]. 自然科學:全文版, 2016(1):00257-00257.
  • 6.    陳耿彪、蘇萌、杜傑.GB_T31997-2015風力發電場項目建設工程驗收規程:中國標準出版社,2015