北极星电力网首页
广告投放 | 会员服务




  专业论文 技术应用 政策标准 解决方案 常用资料 经验交流 教育培训 企业技术 专家访谈 电力期刊
您现在的位置:北极星电力网 > 技术频道 > 技术应用 > 探讨海上风电采用立轴巨能风电机组的优势

探讨海上风电采用立轴巨能风电机组的优势

北极星电力网技术频道    作者:北京聚能风电技术中心   2010/8/5 14:21:21   

  所属频道:  风力发电    关键词:  风电机组 风电设备 风机

概要
  立轴巨能风电机组将风轮各个风力板上的排列叶片处于迎风一侧全部封闭形成大面积乘风,在运行到回转一侧时全部打开形成几乎为零的阻力,因此可实现特大乘风旋转出力效果与大规模能力拓展,其形成出力原理、实现风向与风力调控全由一个轻巧的“风向定向盘装置系统”实现,使整机成本与风轮重量大幅度降低;其采用的“多发电机调控系统”实现价值化调控使各种风能强度与发电时空获得最大化利用,其功能全面,和谐完美,在海上风电建设中更将发挥出难于替代的作用。
  Vertical wind turbines can be huge wind turbine blades in various wind board at the windward side of the joint formation of large-scale wind all closed in the run to turn the side of the open form is almost zero when all the resistance, thereby achieving large wind rotation effects and large-scale capacity development efforts, the forming principle, wind direction and wind control all from a compact "wind directional disk device system" to achieve, so that machine cost and greatly reduced the weight of the wind round; its use of "multi-generator control System "to value of control to a variety of wind strength and power to maximize use of space-time access to its full-featured, perfect harmony, in construction of offshore wind power will play a more difficult alternative role.
  译文原意
  大型垂直风力涡轮机可以在迎风面共同形成巨大的风力涡轮所有风板叶片的封闭运行,另一边是所有打开开放形成几乎为零阻力,从而实现大旋转风的影响形成和大规模能力建设的拓展,其形成原理,风向和风力所有高效控制是由 “风定向盘设备系统”很好实现,使机器的成本、风轮的重量大大降低了,它使用“多发电机控制系统”的控制使风力强度和出力时空实现最大限度的利用,其功能齐全,和谐完美,将在海上风电建设中发挥难于替代的作用。

  前言
  立轴巨能风电机组(以下简称:巨能机组)是一种全新类型的大、特大型风电设备整机机型发明创新技术,其在宏观整体实现大型风电设备结构、形态与自然界风力状况进行更加优质化地交流,形成“最大程度乘风捕捉、最高程度出力转化、最佳程度适应变化”的性能能力要求方面形成了突出的综合协调优势,本文想从巨能机组如何形成与满足大型风电所需“三最能力要求”的角度入手进行更为系统的介绍解析,以满足读者更加全面清晰化了解的愿望,并期盼能产生强烈的共鸣。
  巨能机组如何实现“最大程度乘风捕捉”能力
  1、大型风电采用立轴风机基础形态的优势
  以‘Φ’型立轴机型作为大型风电整体基础形态的建设方式可形成多重独到的天然优势:㈠立轴风力机是采用风力直接推动叶片旋转的顺风式方式,其出力更直接,更高效,也更稳定。㈡其塔架高度利用充分,通过塔架高度与叶片宽度的延伸设计可以等同比例地拓展乘风面积的设计范围。㈢其风轮形成的旋转出力可通过纵向传动轴直接传送到地面,从而导致因巨型化发电机系统设备安装位置降低形成的优势获得(包括安装、维护方便与减轻气候冷热变化的影响,风轮对风过程无需携带发电设备及电线电缆转动等),因此更应格外推崇采用。但是当前的立轴风力机在大型风电建设中难于应用的致命不足是难于形成巨大出力能力设计与缺乏有效的运行调控手段。
  2、巨能机组因何能够形成巨能出力能力
  任何立轴风轮与立轴风力机采用的出力方式均是使风力板在处于迎风一侧时所形成的乘风出力大于处于逆风回转一侧的阻力。我们最熟悉的就是气象站常用的在立轴周边分布几个勺型“风力板”的立式风轮,其勺口与勺背虽然共同迎风受力,但因勺口一侧的乘风成效大于勺背一侧可有效抵抗勺背逆风回转的乘风阻力,导致风轮始终沿着勺口方向旋转。但其迎风与回转两侧均具有大致等同的乘风面积存在,出力的差距值不是很大使其难于携带较大的负荷运行,这是导致当前立轴风力机难于形成巨能化出力能力设计的根本性原因。
  巨能机组采用的立式风轮是由4-12个或者更多个旋转风力板以垂直交叉的形态均匀分布于立轴的周边并形成一体化框架形态;风轮的设计直径越大风力板的设置数量就应更多,这可使特大直径风轮周边拥有足够多的旋转叶片接续到达最佳乘风位置承接顺风风力的垂直切向推动,并使在特大直径下风轮不至于过度降低旋转速度及形成运行速度的间隔快慢变化。
  巨能机组的基本出力原理与勺型风力机大致相同,但其出力方式是采用将风轮风力板上排列的众多条形的“迎风逆变板”(或称:排列叶片)在迎风一侧同时全部逐渐封闭形成一个完整的乘风平面实现最大程度的乘风出力,而当该风力板运动到逆风回转一侧时,排列叶片通过控制一同全部敞开达成最大程度的泻风空间从而实现几乎为零的逆风回转阻力,因此导致封闭叶片迎风形成的巨大出力几乎全部转化成为推动风轮旋转的动力,使出力能力与效率空前巨大。
  特别强调:上述出力方式与控制结构只有在特大风轮旋转直径下才能比较优质化应用(常规风轮直径也应实现当前风电机组最大直径126米以上),这是因为在相同风力情况下特大直径风轮的旋转运行速度将大幅减慢,从而可使排列叶片的伸缩或转向的周期性循环变化过程在充分的时间内从容缓慢完成,中小直径风轮的飞快运行速度不能采用。
  3、巨能机组如何形成巨大乘风面积
  满足有效乘风面积空间的拓展需求是实现大幅提高出力能力的前提基础。巨能机组风力板上的乘风面积是由排列叶片构成的,其无须形成攻击角度出力方式叶片所需要的流体力学剖面结构与形态来限制其宽幅拓展与导致体态的厚重和加工复杂。单个排列叶片可实现机械化流水线生产,其可在风力板上大量排列设置与整体超长、超宽拓展,排列叶片常规整体宽度25-75米×高度20-65米,或没有特别的极限因素阻碍其进一步拓展,从而可实现特大乘风捕捉面积的形成,因此巨能机组可很轻松地实现5-10兆瓦以上功率的设计,其宏观外形如同一个“枝繁叶茂的参天大树”壮观美观。
  在实现特大风轮旋转直径设计后,风力板根部没有粗大支撑结构其巨大悬空力臂重量的支撑问题是如何解决的呢?巨能机组采用的组合式斜拉支撑结构如同“斜拉桥”一样使风轮的各个风力板悬空重量通过钢丝绳的均布牵引集中到中部由立轴塔架支撑,因此可形成超长悬空力臂风力板与超轻型化风轮设计,使重量与成本成倍降低,而大面积乘风的轻型化风轮又将导致超低风速下的快速启动;此外,因叶片的高分子材料大致无需自身进行长期超载荷支撑,因此其耐久性应用将更长久。
  巨能机组如何形成“最高程度出力转化”能力
  ①风轮拥有乘风面积的扩大空间只完成了增加旋转出力条件的一半要素,如多数乘风面积距离旋转中心很近也是难于将乘风出力高效转成旋转推力。而巨能机组风力板上的排列叶片通常是在距离立轴较远的位置设置,从而可使风力板形成巨大的旋转力矩。【旋转力矩=乘风出力值×出力中心到旋转中心的距离】。而其在距离立轴较近位置的风力板上通常完全不设置叶片形成过流空间,因而将引入一个新的设计参数——叶片乘风力臂距离,即:从立轴中心到风力板最内侧设置排列叶片处,通常10-30米,作用在巨大乘风力臂叶片上的顺风式风力的持续时间也相对较长。
  ②如前所述“几乎为零的逆风回转阻力”的乘风出力方式也强化提高了转化利用效率。
  ③拥有特大乘风力臂的风轮将使自然界风力推力基本全由远离立轴的乘风叶片承接消耗转成旋转推力,其作用于塔架上的整体水平推力很小。
  巨能机组如何形成“最佳程度适应变化”能力
  拥有与风力强度、风向变化形成高效、准确、多重化的适应性调控手段对于能够实现巨能出力能力的风电设备来讲拥有特殊重要的意义与必须,因为其若没有准确高效的削减负荷与增加出力的调控手段,微弱风力就难于推动特大载荷风机启动运行,导致本可以形成有效出力的风能资源与发电时空的长期大量丢失;反之在高强风力情况下又将导致空前的破坏力形成,导致本可以增多的发电量的大量丢失。巨能机组是通过“风向定向盘系统”与“多发电机调控系统”的配合调控方式共同达成方便化、高效化、价值化的调控能力与手段。
  ⑴“风向定向盘系统装置”实现功效能力的“三合一”
  功效1:形成排列叶片周期性伸缩变化,完成出力原理
  上述各个排列叶片的宽度不大,其可通过一个驱动机构共同实现超小移动距离的伸缩变化达成各个排列叶片的共同合并与展开操作或是完成∠900度旋转的周期性变化,而规范与驱动控制其运行的装置即是“风向定向盘系统装置”;其是在立轴上设置“凹”或“凸”形的不规则圆盘与配合设置围绕其周边跑道旋转的可通过圆盘形态实现移动变化控制的推拉杆,自然风力驱动风轮旋转后可自动携带各个推拉杆围绕圆盘周边跑动使其分别在不规则圆盘的不同位置作用下达成周期性驱动一组排列叶片开闭变化,完成巨能机组乘风出力原理。
功效二:实现对风调控,对应风力方向的变化
  该调控方式十分简便,只需通过风向标自动监控实现风向定向盘的实时驱动旋转对风,使凹凸结构始终与气流方向形成大致∠900度范围即可。
  功效三:实现乘风出力调控,对应风力强度的变化
  该调控结构更加简单,即:通过调控装置实现将排列叶片的开闭变化幅度一同全部从完全封闭→少量开启→半幅开启→全部敞开状态的逐步过渡,从而实现从少量泻风→一半泻风→完全泻风状态的逐步过渡或者反向恢复,当迎风一侧也全部敞开与逆风回转一侧实现完全一样时即为机组“台风时刻”或“维修时刻”的停转状态,该调控方式是针对乘风出力面积进行的高精密化逐步增减过渡,再与顺风式直接推动出力方式配合导致使其准确性与成效性极高,可满足任何风力强度与电力负荷变化的大范围精准调控。
  由此可见,“完成乘风出力原理、对应风向变化调控、对应风力变化调控”这三大任务全由一个简单轻巧的风向定向盘装置系统一“兼”挑了,从而导致巨能机组整机成本与风轮重量再进一步大幅度降低。
  ⑵通过“多发电机调控系统”实现价值化调控
  另外一种配合调控方式是采用“多发电机调控系统”,其是风电机组在实现巨能化设计之后所必备的调控手段,  其可实现不同风力条件下出力能力与发电能力的匹配对应,实现在微风时刻成倍消减负荷使其能充分地利用微风发电,反之则增加发电机设置数量实现强风时刻数倍增加发电能力的双向双重大范围价值化调控的目标,从而实现各种风能强度与发电时空的最大化利用;这也将导致为大型风电场配合建设的备用电源的功率强度与应用需求大幅消减,又可使巨能机组价值化地参与电网的调峰调控。
  因此,巨能机组是“以价值化调控为主线”进行的,排列叶片的调控效果通常是在合并增加与撤离减少发电机设置数量形成的梯级负荷能力范围内进行的微调,从而导致增减发电机数量的各个间隔过程操作过程实现无阶梯的过渡。
  多发电机调控系统通常是由风力机纵向传动杆驱动的中心齿轮携带周边多个发电机齿轮工作,巨大风轮动力通过传动杆传递到地面或海面,庞大的多发电机调控系统在风机下部设置(见图示地面的发电机设备机舱);巨能机组传动机构拥有天然巨大的传动比设计空间,可通过传动设计一同完成传动比的设计,通常无需专门设置加速齿轮箱。巨能机组通常无需设置制动系统装置,在台风时刻可通过上述两种调控方式的配合实现最大制动效果,即:风轮两侧完全一样的敞开泻风与多发电机系统拥有的发电机全部并入。
  ⑶巨能机组具有导致稳定性运行的多重天然因素
  1.拥有特大旋转力臂与力矩的风轮运行本身就是最直接有效导致稳定的形成原因,其巨大“力矩惯性”可有效削平因电流、电磁瞬间波动形成的不稳定影响; 2.巨能机组拥有的特大乘风面积与力矩惯性的配合可平衡一些因局部、时空瞬间风力强度分布不均衡所形成的风力机运行不稳定的形成原因;3.立轴巨能机组没有塔筒效应影响因素形成等(尤其是在新的风电并网标准采用后,机组稳定性要求问题更加严重影响竞标业绩)。4.与水平轴超长叶片风轮的结构形态与发电机设备的地面设置比较,巨能机组的顶部结构天然拥有避雷功效,可以自然消除雷电的攻击。
  结语
  经过介绍解读我们已经深切感受到,巨能机组的各项功能结构及其综合协调优势异常和谐完美,其形态美观、功能全面、效力巨大、效益显著、成本低廉,方便生产、运输、安装、维护;其无超大负载部件或节点存在,故障与易损起因基本消除,排列叶片容易更换,整机寿命大幅延长,其有望使当前大型风电发展中遇到的“成本、效率、并网、利用率、耐久性、不稳定、不可靠”等问题一次性整体消解,因此推荐在海上、海岛、山地、平川大型风电建设中广泛采用。

来源:陈晓通
友情链接
北极星工程招聘网 北极星电气招聘网 北极星火电招聘网 北极星风电招聘网 北极星水电招聘网 北极星环保招聘网 北极星光伏招聘网 国际节能环保网 光伏论坛 IC资料网 压力传感器 招标信息分类 电子资料

广告直拨:   媒体合作/投稿:陈女士 010-52898473点击这里给我发消息

关于北极星 | 广告服务 | 会员服务 | 媒体报道 | 营销方案 | 成功案例 | 招聘服务 | 加入我们 | 网站地图 | 在线帮助 | 联系我们 |

版权所有 © 1999-2018 北极星电力网(Bjx.Com.Cn) 运营:北京火山动力网络技术有限公司

京ICP证080169号 京ICP备09003304号-2 京公网安备 11010502034458号 电子公告服务专项备案