多級變速風力發(fā)電機的比較

　　 ?????? 隨著人類社會的發(fā)展，地球上煤炭、石油、天然氣等地下資源正面臨著枯竭的危險，同時嚴重的環(huán)境污染也成為威脅人類生存的主要問題。發(fā)展利用風能源巳成為我國長期的能源戰(zhàn)略，目前我國風力發(fā)電裝機容量僅占我國可利用風力資源0.1%，根據(jù)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》，風電到2020年很可能超越核電，成為我國第三大發(fā)電形式。在風力發(fā)電中如何提高風能利用率及風電質(zhì)量是至關(guān)得要的，是首先要面對并解決的工程技術(shù)，它和采用哪種風力發(fā)電技術(shù)有直接的關(guān)系，傳統(tǒng)上可分為“恒速恒頻”和“變速恒頻”2種風力發(fā)電技術(shù)。“恒速恒頻”技術(shù)中風力機的葉輪速始終保持不變以達到標準的頻率、電壓等電力要求，該技術(shù)只能在某一風速下風力機都能獲得最大的風能利用，自20世紀70年代中期形成以來，變速恒頻技術(shù)巳越來越受到重視，并逐步得到應(yīng)用，但由于該技術(shù)的恒頻控制裝置，較為復(fù)雜和昂貴，因而還沒有大量地被采用：“多級變速”風力發(fā)電技術(shù)中風力機的葉輪能在幾個葉輪轉(zhuǎn)速點，可實現(xiàn)幾個風速下風力機獲得最大的風能利用，并輸出頻率恒定的電能，該技術(shù)風能利用率相對較高、經(jīng)濟實用、簡單可靠。
????? 一、風能利用比較分析
風能利用率與風力機輸出功率系數(shù)有直接的關(guān)系，而功率在特定的風力條件下主要受風力機葉尖速功率才達到最大值，且尖速比離該點越遠風力機輸出功率下降越快，風能利用就緒越低。傳統(tǒng)的“恒速恒頻”的風力機轉(zhuǎn)速始終保持不變，而當風速變化時葉尖速比值必然發(fā)生變化，顯然不可能保持在最大值，其風能利用率也相對較低；只有風機葉輪轉(zhuǎn)速和發(fā)電機主軸轉(zhuǎn)速隨風速的變化可在很大范圍內(nèi)變化，才能使用力機的葉尖速比處于或接近于最佳值，從而最大限度地利用風能，這種技術(shù)稱為變速恒頻風力發(fā)電技術(shù)。假設(shè)恒速恒頻風力發(fā)電方式在10m/s風速時獲得最大風能，即該點功率系數(shù)最大。
????? 二、多級變速風力發(fā)電優(yōu)點
多級變速風力發(fā)電的技術(shù)方案盡管增加了一個小功率的多極對數(shù)發(fā)電機，設(shè)置了一個變速器，但其優(yōu)點也是明顯的，主要有以下幾點：
?? 1、? 相比恒速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)的增速箱，多級變速風力發(fā)電的變速器為低變速箱，降低了潤滑要求，減少了維護費用。
?? 2、? 小功率的多極對數(shù)發(fā)電機和永磁直驅(qū)發(fā)電機相比，極對數(shù)并不多，并且是小功率電機，其體積不足以影響風機氣流，成本也相對不高。
?? 3、? 由于風速不大、風機輸入功率較小時，只有小功率發(fā)電機起發(fā)電作用，不存在“大功率發(fā)小電”現(xiàn)象，提高了發(fā)電機的效率，延長了大功率發(fā)電機的夀命。
?? 4、? 把發(fā)電機的電力頻率和機械轉(zhuǎn)速，通過繞線型異步發(fā)電機“合頻”，降低了大功率發(fā)電機的機械增速比，基本實現(xiàn)了“直接驅(qū)動”
?? 5、? 通過變速器的機械變速和發(fā)電機定子繞組的變極，實現(xiàn)風機葉輪轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)能有級變化，使得葉輪在一定范圍的風力變化中都能以較佳的葉尖速比捕捉風能，提高風能利用率。控制發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的電阻值，改變電機的滑差率，進一步擴大了葉輪轉(zhuǎn)速的變化范圍。
?????? 綜上所述，多級變速風力發(fā)電技術(shù)的核心在于：按照風力大小變化特點，增加了一個小功率的多極對數(shù)發(fā)電機，利用繞線式異步發(fā)電機“合頻”特性，既提高了發(fā)電機發(fā)電效率，又降低了大功率發(fā)電機的機械增速比，基本實現(xiàn)了“直接驅(qū)動”；同時，通過機械變速和電機變極，實現(xiàn)風機轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)能有級變化，并使電能保持恒頻，提高了風能利用率。

風能　風能發(fā)電　風能與動力工程

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