我国的发电能力应达到人均1kW,即15亿kW。为了实现这…目标 专家们认为我国风力发电的装机容量至少应达到1亿kW。如果按这 发展H标估算,在今后50年中,我国的风力机L业及其相关产业将 有7000亿产值的市场潜力,平均每年140亿.可望成为我国2!世纪 经济与社会效益都十分显著的新兴产业 第三节风力发电技术 并网运行的风力发电技术是20世纪80年代兴起的一项新能源技 术,一开始就受到世界各国的高度重视,因而迅速实现了商品化、产 业化,特别是随着计算机与控制技术的飞速发展,风力发电技术的发 展极为迅速,其单机容量从最初的数十千瓦级发展到最近进入市场的 兆瓦级机组;控制方式从基本单一的定桨距失速控制向全桨叶变距和 变速控制发展,预计在最近的5年内将推出智能型风力发电机组;运 行可靠性从20世纪80年代初的50%,提高到98%以上,并且在风 电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制。从今后 的发展趋势来看,风电场将从内陆移到海上,其发展空间将更加广 风力发电机组的总体结构 风力发电机组的总体结构示意图如图1-1所示。 增逑器异步发电机主继电器 Q 熔断器 转速测量 定桨距或变桨即 功率测量 控制系统 风遠测量 图1-1风力发电机组
风轮是吸收风能并将其转换成机械能的部件.风以一定的速度和 攻角作用在桨叶:、使桨叶产生旋转力矩而转动,将风能转变成机械 能,进而通过增速器驱动发电机。 多年来风力发电机组的风轮大都采用三桨叶与轮穀刚性联接的结 构,即所谓定桨距风轮。桨叶尖部1.5~2.5m部分,一般设计成叮控 制的叶尖扰流器。当风力发电机组需要脱网停机时,叶尖扰流器可按 控制指令释放并旋转90°形成阻尼板,使风轮转速迅速下降。这…机构 通常称为空气动力刹车 近年来,随着风力发电机组设计水平的不断提高,在大型风力发 电机组,特别是兆瓦级机组(100kW以上)的设计中,开始采用变距 风轮,桨叶与轮毂不再釆用刚性联接,而通过可转动的推力轴承或专 门为变距机构设计的联轴器联接。这种风轮可根据风速的变化调整气 流对叶片的攻角,当风速超过额定风速后,输出功率可稳定地保持在 额定功率上,特别是在大风情况下,风力机处于顺桨状态,使桨叶和 整机的受力状况大为改善。 由于风力发电机组起停频繁,风轮又具有很大的转动惯量,通常 风轮的转速都设计在20~3r/min,机组容量越大,转速越低,因此 在风轮与发电机之间需要设置增速器。大型风力发电机组的机械传动 系统都沿中心线布置,因此增速器都采用结构紧凑的行星齿轮箱。 风力发电机组中的发电机一般采用异步发电机,对于定桨距风力 发电机组,一般还采用单绕组双速异步发电机,这一方案不仅解决了 低功率时发电机的效卒问题,而且改善了低风速时的叶尖速比,提高 了风能利用系数并降低了运行时的噪声。出于同样的考虑,一些变距 风力发电机组也使用双速发电机 发电机并网过程釆用品闸管恒流软切人,过渡过程结束时,主继 电器合上,晶闸管被切除,机组进人发屯运行状态 风力发电机组的主要机型 近10年米,风力发电机组的主流机型主要有两种:一是以NEG MICON600/700/750kW机组为代表的定桨距失速型机组;二是以 VESTAS V39/V42/V44-60kW机组为代表的全桨叶变距型机组 两种机型的风轮均采用水平轴、三叶片,上风向布置;额定转速约27r/
min。舱内机械采用沿轴线布置的结构;控制系统均使用微处理器和晶 俐管恒流软切入技术,并且均采用了双速发电机。对定桨距失速型机 用叶尖扰流器作为气动刹车。液压系统作为变距系统或叶尖气动 刹车的执行机构。 最近几年进入风力发电领域的变速风力发电机组也已占到一定的 市场份额(约17%)其主要特点是在变距风力发电机组的基础上采用 了转速可以在大范围变化的绕线转子异步发电机或同步发电机及相应 的电力电子技术,通过对最住叶尖速比的跟踪,使得风力发电机组在 所有的风速下均可获得最佳的功率输出 1.定桨距风力发电机组 定桨距风力发电机组的典型代表是 NEG MICON600/700/ 750kW机组。它有三种可供选择的额定功率,分别为60kw、700kW 和750kW,其机舱内的机械设计具有良好的互换性,可根据需要在同 机舱内选配不同的发电机和增速器,并根据安装点不同的年平均风 速,选揮不同长度的桨叶,构成三种不同功率的机组。该型机组是我 国目前安装数量最多的机型之 下面以 NEG MICON750—200/48型为例介绍其主要参数 起动风速>30/s;当v>4m/s时,风轮转速可达到小发电机额 定转速(6极) 切换风速v>8m/s;当v>8m/s时,发电机将从6极切换到4极 (大发电机)或直接切人大发电机运行 额定风速v=14m/s;当v>14m/s时,桨叶将自动失速 切出风速v=25m/s 风轮 风轮直径48n 风轮转速(22.3/14.9)r/min 桨叶LM23.5m,带空气动力刹车机构 功率调节自动失速 发电机 型式三相异步双速发电机 额定功率(750/200)kW
额定转速(1500/1000)r/min 冷却液体循环冷却系统 增速齿轮箱 结构一级行虽齿轮加两级平行轴齿轮 润滑带强制唢射润滑和飞溅式润滑 油温控制体外循环冷却系统和内置加热器 联轴器 低速轴联接收缩套 高速轴联接弹性联轴器 偏航系统 纠转攴撑内齿型滚动轴承,电动机驱动 偏航减速比1:2716 偏航制动液压驱动的摩擦制动器 偏航转速0.46°/s 机械刹车 低速轴盘式制动器 制动力矩233kN·m 控制系统 MITA WP3000 主要功能:控制风力发电机组并网与脱网;自动相位补偿;监视 风力发电杋绲运行状态;监视气象情况;监视电网情况、在异常情况 下使风力发电机组安全停机;记录运行数据,产生功率曲线、风速变 化曲线、运行可靠性、发电聶等各种图表。 2.变桨距风力发电机组 VESTAS是世界上最大的风力发电机组制造商之一、其生产的风 力发电机组2001年达到1630MW,约占世界风力发电机组总产量的 2A%。我们以V47—660/200kW为例介绍变桨距风力发电机组的主要 技术参数。 起动风速3.5m/s 额定风速16m/s 切出风速25n/s
风轮 水平轴、三桨叶,上风向布置,全桨叶变距 直径4 转速20~26r/min 叶片数3 功率调节变桨距/转速调节 变距机构液压驱动的曲柄连杆机构 发电机 主发电机异步发电机+最们转差率控制 额定功率660kW 运仃转速1515~1650r/min 小发电机异步发电机 额定功率20kW 运行转速1500~1516r/min 增速齿轮箱 结构行星齿轮+平行轴齿轮 增速比1 控制系统 基于微处理器的控制系统+ OPTISLIL(转速调节)+ OPTITIP (变距调节) 主要功能:控制风力发电机组并网与脱网;优化功率输出曲线;监 视风力发电机组运行状态;监视气象情况;监视电网情况,在异常情 况下使风力发电机组安全停机;记录运行数据,产生功率曲线、风速 变化曲线、运行可靠性、发电量等各种图表。 3变速风力发电机组 德国 De wind公司生产的变速风力发电机组2000年已在德国市 场占到8%的份额,机组容量从60kW到150kW,199年~2000年 装机96台,容量达76.4MW。我们以D6型机组为例,介绍其主要技 术参数。 额定功率1250kW 起动风速2.5m/