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      1. 風電設備行業基礎知識

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        風電設備行業基礎知識

        來源:華海風電  發布時間:2011/5/26 14:47:34
        風能是一種干凈的、儲量豐富、可_的能源。風能發電的主要形式有三種:一是獨立運行;二是風力發電與其他發電方式(如柴油機發電)相結合;三是風力并網發電。

        小 型獨立風力發電系統一般不并網發電,只能獨立使用,單臺裝機容量約為100瓦-5千瓦,通常不_過10千瓦。它的構成為:風力發電機+充電器+數字逆變 器。風力發電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。葉片用來接受風力并通過機頭轉為電能;尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得_的風能;轉體能使機頭靈活 地轉動以實現尾翼調整方向的功能;機頭的轉子是永磁體,定子繞組切割磁力線產生電能。因風量不穩定,故小型風力發電機輸出的是13~25v變化的交流電, 須經充電器整流,再對蓄電瓶充電,使風力發電機產生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源,把電瓶里的化學能轉變成交流220v市電,才能_穩 定使用。

        德國、丹麥、西班牙等_的企業開發建立了評估風力資源的測量及計算機模擬系統,發展變槳距控制及失速控制的風力機設計理論,采用 新型風力機葉片材料及葉片翼型,研制出變_、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發電機,開發了由微機控制的單臺及多臺風力發電機組成的機群的自動控制技 術,從而大大提高了風力發電的效率及可靠性。在此基礎上,風力發電機單機裝機容量可以達到600千瓦以上。不少_建立了眾多的中型及大型風力發電場,并 實現了與大電網的對接?,F代風力發電機多為水平軸式。一部典型的現代水平軸式風力發電機包括葉片、輪轂(與葉片合稱葉輪)、機艙罩、齒輪箱、發電機、塔 架、基座、控制系統、制動系統、偏航系統、液壓裝置等。其工作原理是:當風流過葉片時,由于空氣動力的效應帶動葉輪轉動,葉輪透過主軸連結齒輪箱,經過齒 輪箱(或增速機)加速后帶動發電機發電。目前也有廠商推出無齒輪箱式機組,可降低震動、噪音,提高發電效率,但成本相對較高。

        風力發電機并 不能將所有流經的風力能源轉換成電力,理論上_轉換效率約為59%,實際上大多數的葉片轉換風能效率約介于30-50%之間,經過機電設備轉換成電能后 的總輸出效率約為20-45%。一般市場上風力發電機的啟動風速約為2.5-4米/秒,于風速12-15米/秒時達到額定的輸出容量。當風速更高時,風力 發電機的控制機構將電力輸出穩定在額定容量左右,為避免過高的風速損壞發電機,大多于風速達20-25米/秒范圍內停機。一般采用旋角節制或失速節制方式 來調節葉片之氣動性能及葉輪的輸出。依據目前的技術,3米/秒左右的風速(微風的程度)便可以進行發電。但在進行風場評估時,通常要求離地10米高的年平 均風速達到5-5.5米/秒以上。

        風機葉片從風的流動獲得的能量與風速的三次方成正比。風速之外,葉輪直徑決定了可擷取風能的多寡,約與葉輪直徑平方成正比。葉片的數量也會影響到風機的輸出。一般來說,2葉、3葉風機效率較高,力矩較低,適用于發電。此外?,F代風機的葉片多采用機翼的翼型。

        近 年來,風電機組技術改進的主要方向是降低制造成本、提高單機容量、提高風能轉換效率、自動控制等。主流風電機組的單機容量為600-2000千瓦,容量越 大,發電效率越高,技術難度越大。目前,國內單機容量750-2000千瓦的機組_受歡迎。國外正在開發、應用的機組單機容量是3000-5000千瓦。 2003年,德國enercon公司安裝了_臺4500千瓦的風電機組樣機。

        風電的優劣之處-----------

        風電的優點包括:

        (1)、利用自然界的可_能源,干凈_,無須燃料;

        (2)、運行成本低,風電機組的設計壽命約為20-25年,運行和維護的費用通常相當于機組總成本的3%-5%;

        (3)、建設周期短,若不計測風,快者一年左右可建成。

        它的主要不足有三:

        (1)、選址時對自然環境(風速)要求較高,光測風階段_要歷時一年以上;風場占地面積通常在幾百畝到幾千畝,與火電相比,單位土地面積的發電出力相差較大(盡管風機塔架周圍的土地仍可進行其它利用);風力大的地區通常人口_,離電力負荷中心較遠,對電網輸送要求較高;

        (2)、 出力不穩定(取決于不可控的風速),利用小時數低(通常為2000小時/年左右),通常認為風力發電量占電網總電量的比重不能過高(10-12%,也有人 說是20%),否則會影響電網穩定。2003年德國曾經因為風電出力驟減導致電價上漲20%。有些人認為,丹麥的經驗表明,風電能占到電網20%以上的發 電量比重。其實不盡然。丹麥也有它的特殊情況。它的風電夏季發電量僅為冬季的一半,而夏季用電需求弱于冬季;夏季白天發電量較夜間大,白天用電需求正好也 高于夜間;冬季夜間發電量_,此時的用電需求正好也在高位。而在臺灣,夏天白天是全年用電高峰,此時風電出力反而_,僅及冬季的10%左右。我國大陸 多數地區也是冬春季節風速高,夏季風速??;沿海地區還經常受到臺風的侵擾(臺風風速過大,不利于發電)。

        (3)、一次性投資較火電大,上網 電價高于火電、水電。目前國內風電場的千瓦造價通常要8000----12000元,比西方還高,原因之一是進口設備價格較貴。2002年,采用當時_ 的風電機組在_條件下,歐洲每千瓦裝機的投資成本為832歐元(現價折人民幣8428元),每度電的成本為0.0388歐元合人民幣不到0.4元/度, 我國火電成本通常為0.15-0.25元/度左右)。隨著技術的進步,風電成本將會下降。有研究稱,預期風電成本會從0.04歐元/度,下降至2010年 的0.03歐分/度(假設裝機成本降至628歐元/千瓦);到2020年,再降低至0.0234歐元/度(裝機成本為497歐元/千瓦)。屆時,風力發電 的成本已跟燃煤機組的成本相近。

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