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风力发电原理

2008-04-07  来源:中国风力发电网  [已有0人评论]  [有偿投稿]
核心提示:人类社会发展的历史与能源的开发和利用水平密切相关,每一次新型能源的开发都使人类经济的发展产生一次飞跃。在我们进入21世纪的今天,世界能源结构也正在孕育着重大的转变,即由矿物能源系统向以可再生能源为基础的
人类社会发展的历史与能源的开发和利用水平密切相关,每一次新型能源的开发都使人类经济的发展产生一次飞跃。在我们进入21世纪的今天,世界能源结构也正在孕育着重大的转变,即由矿物能源系统向以可再生能源为基础的可持续能源系统转变。所谓可再生能源就是取之不尽、用之不竭、与人类共存的能源。它包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等。在这众多的可再生能源中,目前发展最快、商业化最广泛、经济上最适用的,当数风力发电
 
 
一、 何谓风力发电
 
1. 原理
 
      风力发电的原理说起来非常简单,最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,如图1所示。空气流动的动能作用在叶轮上,将动能转换成机械能, 从而推动叶轮旋转。如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连,就会带动发电机发出电来。孩童玩的纸质风车就是风力机的雏形,在它的轴上装个极微型的发电机就可发电。风力发电的原理这么简单,为什么仅到20世纪的中后期才获得应用呢?第一,常规发电还能满足需要,社会生产力水平不够高,还无法顾及降低环境污染和解决偏远地区的供电问题;第二,能够并网的风力发电机的设计与制造,只有现代高技术的出现才有可能。20世纪初期是造不出现代风力发电机的。那么,现代风力发电机是什么样呢?下面我们就介绍一下现代风机的结构与技术特点。
 
2. 现代风机
 
      图1所示的风力发电机发出的电时有时无,电压和频率不稳定,是没有实际应用价值的。一阵狂风吹来,风轮越转越快,系统就会被吹跨。为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等,现代风机的示意如图2所示。
图一
 
 
图二
 
      齿轮箱可以将很低的风轮转速(600千瓦的风机通常为27转/分)变为很高的发电机转速(通常为1500转/分)。同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出。偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向。要知道,600千瓦的风机机舱总重20多吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度。
 
      风机是有许多转动部件的。业已说明,机舱在水平面旋转,随时跟风。风轮沿水平轴旋转,以便产生动力。在变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况。在停机时,叶片尖部要甩出,以便形成阻尼。液压系统就是用于调节叶片桨矩、阻尼、停机、刹车等状态下使用。
 
      控制系统是现代风力发电机的神经中枢。现代风机是无人值守的。就600千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在14米/秒左右发出额定功率。然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机。现代风机的存活风速为60-70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会被吹坏。要知道,通常所说的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒。风机的控制系统,要在这样恶劣的条件下,根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网。并监视齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机。
 
 
      现代大型风力发电机,单台容量一般为600-1000千瓦。目前国际上研制的超大型风力发电机单机容量也只为6MW。对于一个大型发电场来说,其容量还是很小的。因此,我们一般将十几台或几十台风力发电机组成一个风电场。这样既形成一个强大的供电体系,也便于管理,实现远程监控。同时,也降低了安装、运行和维护的成本。图3为山东长岛风力发电场一角。

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(来源:中国风力发电网  作者:未知)

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