????單機容量增大
在過去20年中,渦輪風機的典型裝機容量從50kW增加到750kW。隨著技術逐漸成熟,多樣化的設計概念也逐漸走向統一。由于風力場中所采用的大的渦輪風機比小的更加經濟,因而風機的容量不斷增加。渦輪風機的容量將繼續增大。一些制造商已經開發出了1000~2000kW級別的渦輪風機。而且,隨著風機容量的增大,其中必然要采用一些新的復合材料和新的技術。
大型機器更適合濱海風力場,在人口密度較高的國家,隨著陸地風力場利用殆盡,濱海風力場在未來的
風能開發中將占有越來越重要的份額。
????風電機槳葉的變化
單機容量不斷增大,槳葉的長度也不斷增長,目前2MW風機葉輪掃風直徑已達72m。目前最長的葉片已做到50m。現有的大部分渦輪風機大都具有3個葉片,只有極少數渦輪風機還是只有2個葉片的類型,而且這種渦輪風機的數量還在進一步減少之中。渦輪風機技術現已是足夠成熟,機器的可靠性極高,可利用率通常在98%~99%之間。槳葉材料由玻璃纖維增強樹脂發展為強度高、質量輕的碳纖維。槳葉也向柔性方向發展。
早期的一些風機槳葉是根據直升機翼設計的,但風機的槳葉是運行在與直升機很不同的空氣動力環境中。對葉型的進一步改進,增加了風機捕捉
風能的效率。例如,在美國國家再生能源實驗室開發了一種新型葉片,比早期的一些風機槳葉捕捉
風能的能力要大20%。因此在丹麥、美國、德國等風電技術發達國家,有許多專業研究人員都在利用較先進的設備和技術條件致力于新葉型的從理論到應用的開發研究。
風電界普遍認為,風電機組的風輪直徑或掃風面積比額定容量更能反映風電機組的特性,而風電機組的風輪直徑與額定容量并不是一一對應的,它們之間的對應關系見表2-5。
表2-5 風電機組的風輪直徑與額定容量的對應關系
項目
|
風輪直徑/m
|
掃風面積/㎡
|
額定功率/kW
|
?
小型
|
0~8
|
0~50
|
0~10
|
8.1~11
|
50.1~100
|
10~25
|
11.1~16
|
100.1~200
|
30~60
|
?
中型
|
16.1~22
|
200.1~400
|
70~130
|
22.1~32
|
400.1~800
|
150~330
|
32.1~45
|
800.1~1600
|
300~750
|
?
大型
|
45.1~64
|
1600.1~3200
|
600~1500
|
64.1~90
|
3200.1~6400
|
1500~3100
|
90.1~128
|
6400.1~12800
|
3100~6400
|
????塔架高度上升
在中、大型風電機的設計中,采用了更高的塔架,以捕獲更多的
風能。在地處平坦地帶的風機,在50m高度捕捉的風能要比30m高處多20%。
????控制技術的發展
尤其值得注意的是,隨著電力電子技術的發展,近幾年來發展了一種變速風電機。其取消了沉重的增速齒輪箱,發電機軸直接連接到風機軸上,轉子的轉速隨風速而改變,其交流電的頻率也隨之變化,經過置于地面的大功率電力電子變換器,將頻率不定的交流電整流成直流電,再逆變成與電網同頻率的交流電輸出。由于它被設計成在幾乎所有的風況下都能獲得較大的空氣動力效率,從而大大地提高了捕捉風能的效率。試驗表明,在平均風速6.7m/s時,變速風電機要比恒速風電機多捕捉15%的風能。同時,由于機艙質量減輕和改善了傳動系統各部件的受力狀況,可使風機的支撐結構減輕,基礎等費用也可降低,運行維護費用也較低。這是一種很有發展前途的技術。
????海上風力發電
發展海上風電場也成為新的大型風機應用領域而受到重視。丹麥、德國、西班牙、瑞典等國都在計劃較大的海上風電場項目。由于海上風速較陸上大且穩定,一般陸上風電場平均設備利用小數為2000h,好的為2600h,在海上則可達3000h以上。為便于浮吊的施工,海上風電場一般建在水深為3~8m處,同容量裝機,海上比陸上成本增加60%(海上基礎占23%、線路占20%;陸上僅各占5%左右),電量增加50%以上。
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