高大上的风能发电机

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风能,作为一种清洁、可再生能源日益受到人们的青睐,据《2007-2008年中国风力发电设备行业分析及投资咨询报告》称,全球风电发展覆盖70多个国家,装机容量每年增长超过30%。1996年起,全球累计风电装机连续11年增速超过20%,平均增速达到28.35%,至2006年底达到74223MW;新增装机维持高位,呈波动性增长,1996年以来平均增速27.19%,2006年新增15197MW。

中国风电的装机速度增长更快:2006年,中国累计装机总量达2604MW,2004年~2006年每年新增装机容量增速均超过100%。根据这个增速,中国的能源规划:至2010年风电装机达到5000MW,2020年达到30000MW将轻易被突破。预计在国家政策支持和对环境问题的日益重视的背景下,我国风电装机将保持快速增长。

目前投入运行的并网型机组的风机主要有两种功率调节方式:一种是定桨距失速控制;另一种是变桨距控制。

定桨距是指桨叶与轮载的连接是固定的,桨距角固定不变,即当风速变化时,桨叶的迎风角度不能随之变化。失速是指桨叶翼本身具有的失速特性,当风速高于额定风速时,气流的功角增大到失速条件,使桨叶的表面产生涡流,效率降低,来限制发电机的功率输出,因此该型风机一般难以保证风能利用系数*大。这类风机一般采用同步电机或者鼠笼式异步电机作为发电机,风机通过定桨距失速控制使发电机的转速保持在恒定的数值,继而保证发电机端输出电压的频率和幅值的恒定。基于上述特点, 该种机组不适合应用于兆瓦级风机系统, 应用于10~200kW风机系统时其性能价格比**。

变桨距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小,使发电机的输出功率保持在额定功率。当输出功率小于额定功率时,变桨距风力发电机组采用OptitiP技术,即根据风速的大小,调整发电机转差率,使其尽量运行在*佳叶尖速比,优化输出功率。这类风机一般采用低速永磁同步电机或者双馈异步电机作为发电机,变桨距控制风机可使整个系统在很大的速度范围内按照*佳的效率运行。这种调节方式是目前公认的**化调节方式,也是未来风电技术发展的主要方向。

并网型变桨距控制风机的主流机型按发电机的种类又可分为低速永磁同步发电机及双馈风力发电机。

低速永磁同步发电机直接驱动系统桨叶受力较小,桨叶做的较为轻巧;桨距角可以随风速的大小而进行自动调节,因而高风速段保持功率平稳输出;转动部分无需齿轮箱,降低系统噪声,减少系统的故障率。但功率变流器容量与发电机容量相当,造价昂贵;定子绕组绝缘要求较高;对永磁材料的性能稳定性要求高发电机的体积大、重量重,运输安装不便,且发电机成本高;与双馈控制系统相比,电控系统体积大,成本高,发电机的体积大,重量重,造价高。

变桨距控制的双馈风力发电系统中转子侧交直交变流器功率仅需要25%~30%的风机额定功率,大大降低了功率变流器的造价;可方便地实现无功功率控制;风力发电机体积小,运输安装方便,发电机成本低;可承受瞬间的电压范围±10%。但双馈发电机由于必须使用定转子两套绕组以及滑环,增加了发电机的维护工作量,还降低了发电机的运行可靠性;转子绕组承受较高的dv/dt, 转子绝缘要求较高;当电网电压突然降低时,电流迅速升高,扭矩迅速增大,需经常更换发电机碳刷、滑环等易损耗部件;需要对电机电缆进行电磁释放。

根据以上分析可知,虽然目前我国已装机运行的并网型风电机组采用得*多的是定桨距失速控制异步风力发电机,其次是变桨距控制风力发电机,但由于它们各自存在不同的优缺点,变桨距控制风力发电机的发展速度己远远大于定桨距失速控制异步风力发电机的发展速度,甚至有的主机厂家预计定桨距失速控制异步风力发电机的市场寿命距离现在只有3~5年的时间。而在变桨距控制风力发电机的两个发展方向——永磁同步风力发电机与双馈风力发电机中,随着风力发电的大功率趋势化,目前正成为兆瓦级并网型风力发电机的两种主力机型,但从目前**主要风力发电机整机制造商及风力发电机制造商来看,双馈风力发电机要比永磁同步风力发电机多。

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