尚能风力

风力发电原理

风力发电原理

更新时间:2009-10-10
一、 何谓风力发电
        1. 风力发电原理
        风力发电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. 现代风力发电机
        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。
风力发电原理
图一
风力发电
图二

       齿轮箱可以将很低的风轮转速(600千瓦的风力发电机通常为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,600千瓦的风力发电机机舱总重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。

        风力发电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。现代风力发机是无人值守的。就600千瓦风力发电机而言,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。现代风力发电机的存活风速为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。
     3. 风力发电场
        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。
风力发电原理图
图三