風力發電機組系統的創新設計
一種創新風力發電機組系統設計:性能優越,結構簡單,價格低廉,維護方便,全部國產,自主知識產權。1、風機選用選擇垂直軸達里厄風機(Darrieus)。與水平軸風機相比有以下優點:葉片受力均勻,大風中不易折斷。葉片是等截面,無彎矩應力,只有拉應力。工藝性好。用玻璃絲布與環氧樹酯手工表糊工藝,很容易加工生產。可以用多段直葉片,到工地后拼裝成整體葉片或不同尺寸的風機葉輪,省去了制造大型模具的投資和工期,方便運輸,而且維修方便。大幅度降低運行維修用費。不要調向系統,可接受任何方向風能不要節距調節系統。葉片固定。不要桿塔,發電機低位布置。便于維護。重心低,力學穩定性好。翼型選用美國宇航局公布的N.A.C.A系列翼型。升力型風機。這是當今較先進的雙面對稱翼型。資料表明最大的升阻比達到200。美國波音公司從727到747許多大型客機的機翼均用此翼型。有較好的空氣動力學特性。 2、除去升速齒輪箱采用升速齒輪箱的風力發電機組有39%的能量耗損在齒輪箱上。垂直軸可以去掉齒輪箱,采用多極超低速發電機的辦法。對于垂直軸達里厄風機,由于發電機裝在底部,這就可以采用超重量,大直徑的發電機轉子,還可起到使轉速平穩勻均的作用。大飛輪還對達到飛逸轉速的時間延長,這對于啟動各種危機保安措施有利。也使垂直軸達里厄風機旋轉系統,動態穩定性提高。3、發電機及電氣系統發電機選擇鑄鋁鼠籠轉子型式的多極超低速感應電動機。不采用変流器即可實現変化風速下并網,向電網送出恆頻恆壓電能。打破外商在變流器關鍵器件的壟斷。使風力發電成本大幅下降。選擇異步機有如下特點:結構簡單,運行可靠,價格低廉。感應電動機作異步發電機并網運行,不要復雜的監控儀表及操作程序。并網就像開啟電動機一樣簡便。成本下降垂直軸達里厄風機與異步發電機組成的并網運行系統中,利用異步機的可逆原理,既可做電動機又可做發電機,發電機兼做啟動電機(見附錄中圖片及實驗曲線)不用昂貴的變流器,不僅大幅降低成本,而且避免了因変流器產生的高頻干憂使電力系統載波通訊產生誤碼。通過對達里厄風機Darrieus配異步發電機并網運行方式進行大量計算分析后,證實用達里厄風機與異步發電機自身特性的配合實現隨風速與向電網送電自平衡,且無需擔心發電機過載。該結論在大型風洞實驗與野外自然風實驗中得到驗證。固定葉片無節距調節系統能實現以上目標是最可貴的特性。異步機并網運行時,可利用調峰電站減少有功功率輸出,而多發的無功電流,給風力發電的異步機提供勵磁電流。對調峰電站來說,即沒有能量損失,發電機也不會過載。最大限度地提高設備利用率。“多負載線匹配方法”展寬了可發電風速。而不用昂貴的變流器。并提高了低風速時的發電效率。4、結論本垂直軸達里厄風機系統與水平軸系統比較,由于系統簡化,造價僅為其1/3;而發電量為其1.666倍(由于除去升速齒輪箱)。綜合投資效益提高到五倍。
清華大學
2021-04-13