風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)1——風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)和類型

風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)所蘊(yùn)含的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)，簡稱風(fēng)電。將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，筒稱風(fēng)電機(jī)組，由風(fēng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、機(jī)艙、塔架和機(jī)組基礎(chǔ)等設(shè)備和系統(tǒng)構(gòu)成。水平軸風(fēng)力機(jī)組成圖

機(jī)艙主要設(shè)備示意圖ADBC容量為70～600kW中型風(fēng)力機(jī)容量大于1000kW。巨型風(fēng)力機(jī)容量小于60kW小型風(fēng)力機(jī)按容量劃分風(fēng)力機(jī)類型單機(jī)容量越大，槳葉越長。2MW風(fēng)力機(jī)葉片的直徑已經(jīng)達(dá)到72m，最長的葉片已經(jīng)做到50m，且隨著機(jī)組容量的增加會(huì)更長。水平軸向風(fēng)力機(jī)按結(jié)構(gòu)劃分風(fēng)力機(jī)類型水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行，其風(fēng)能利用系數(shù)高，技術(shù)非常成熟，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。ABC變槳距風(fēng)力機(jī)主動(dòng)失速型風(fēng)力機(jī)定槳距風(fēng)力機(jī)按功率調(diào)節(jié)方式劃分風(fēng)力機(jī)類型按傳動(dòng)形式劃分風(fēng)力機(jī)類型高傳動(dòng)比齒輪箱型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)2——風(fēng)輪

風(fēng)輪由葉片、輪轂等部件組成的將空氣的流動(dòng)動(dòng)能（即風(fēng)能）轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一。在氣流作用下，風(fēng)輪葉片產(chǎn)生空氣動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。風(fēng)輪功率特性是評(píng)價(jià)風(fēng)輪性能的重要指標(biāo)，直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率大小。風(fēng)輪的輸出功率與風(fēng)速、風(fēng)輪掃風(fēng)面積和空氣密度等因素有關(guān)。風(fēng)輪結(jié)構(gòu)由一組葉片安裝在輪轂上構(gòu)成，輪轂外部加裝有整流罩。雙葉片用螺栓將輪轂與葉片根部固定在一起，安裝后葉片槳距角固定不變。定槳恒速型風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪

葉片葉根部與變槳軸承內(nèi)圈法蘭用螺栓進(jìn)行剛性連接，軸承外圈法蘭與輪轂用螺栓進(jìn)行剛性連接，葉片相對(duì)于輪轂是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的。變槳變速型風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪變槳變速型風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪輪轂內(nèi)部空間較大，在輪轂內(nèi)部安裝有變槳裝置。與葉片數(shù)量有關(guān)，還與變槳距或定槳距的要求有關(guān)。輪轂的外形

兩葉片風(fēng)輪輪轂外形呈圓柱體形狀，兩端各安裝一個(gè)葉片，三葉片風(fēng)輪輪轂多采用高強(qiáng)度球墨鑄鐵或鑄鋼鑄造而成，外形一般為三通型或球殼型。一般用于定槳距風(fēng)電機(jī)組，體積和內(nèi)部空間小。

一般用于變槳距風(fēng)電機(jī)組，體積和內(nèi)部空間大，可容納變槳裝置。三通型風(fēng)輪輪轂外安裝的殼體部件。一般采用復(fù)合材料制成，外部為流線型。整流罩功能：減小輪轂對(duì)氣流的阻力，保護(hù)輪轂中的設(shè)備不受風(fēng)沙雪雨等侵害，還可使視覺上更加美觀。包括風(fēng)輪直徑、風(fēng)輪掃風(fēng)面積、風(fēng)輪仰角、風(fēng)輪錐角、風(fēng)輪偏角、風(fēng)輪實(shí)度、槳距角和葉尖速比。

風(fēng)輪參數(shù)風(fēng)輪葉尖旋轉(zhuǎn)圓的直徑。在平均風(fēng)速較低的運(yùn)行環(huán)境中，風(fēng)輪直徑一般需要設(shè)計(jì)得稍大一些。風(fēng)輪直徑風(fēng)輪掃風(fēng)面積垂直于風(fēng)矢量平面上的、風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)形成的投影面積，與風(fēng)輪直徑一樣，是影響風(fēng)電機(jī)組功率的重要參數(shù)。

風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸與水平面之間的夾角。適當(dāng)?shù)娘L(fēng)輪仰角可使風(fēng)輪葉尖與塔架之間保持合理的距離，防止運(yùn)行中的葉片由于揮舞變形而與塔架碰撞。風(fēng)輪仰角風(fēng)輪仰角

葉片展向與垂直于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸的平面之間的夾角。其作用是在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)下，減少離心力引起的葉片彎曲應(yīng)力，同時(shí)，防止葉尖與塔架碰撞。風(fēng)輪錐角風(fēng)輪錐角

風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線的水平投影與水平來風(fēng)方向之間的夾角。風(fēng)輪偏角較大時(shí)，偏航系統(tǒng)起動(dòng)，調(diào)整風(fēng)輪對(duì)風(fēng)。風(fēng)輪偏角

風(fēng)輪葉片投影面積的總和與風(fēng)輪掃風(fēng)面積的比值，是影響風(fēng)輪輸出功率的參數(shù)之一。風(fēng)輪實(shí)度葉片幾何弦線與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角。變槳系統(tǒng)通過改變?nèi)~片槳距角控制風(fēng)輪輸出功率。槳距角風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片葉尖線速度與吹向風(fēng)輪的風(fēng)速之比,亦稱尖速比。葉尖速比

入=wR/u或入=——

60u

通過調(diào)整風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的葉尖速比，可以使風(fēng)電機(jī)組獲得最大風(fēng)能利用系數(shù)。2πnR風(fēng)輪功率特性

在風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，保持槳距角0°不變，此時(shí)風(fēng)能利,用系數(shù)Cp是葉尖速比入的函數(shù);當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，只要調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，獲得最佳葉尖速比，就可維持風(fēng)電機(jī)組在最大風(fēng)能利用系數(shù)下運(yùn)行。在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，通過增大槳距角來使風(fēng)能利用系數(shù)降低，使風(fēng)電機(jī)組輸出功率穩(wěn)定在額定功率左右。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)3——葉片葉片組成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪的空氣動(dòng)力部件,它在風(fēng)力作用下產(chǎn)生動(dòng)力,帶動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生機(jī)械能,也稱作槳葉。葉片性能關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組的載荷水平和對(duì)風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率。葉片設(shè)計(jì)主要包括氣動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)中要考慮防雷、防水(冰)、除水(冰)、防風(fēng)沙、防紫外線侵蝕,以及葉片重量、成本、材料和成型工藝等因素。葉片結(jié)構(gòu)

葉片主體是中空的殼體結(jié)構(gòu),采用樹脂復(fù)合材料加工成型，葉根部呈圓形,裝有金屬連接結(jié)構(gòu)用于與變槳軸承或輪轂連接,

沿葉片展向在葉片主體及葉尖處安裝有葉片防雷裝置,

定槳型風(fēng)輪葉片在葉尖還安裝有擾流器。葉片防雷裝置

葉片在高空運(yùn)行,為避免遭受雷擊,

在設(shè)計(jì)中增加了防雷裝置,

在葉片展向位置上布置有若干個(gè)接閃器,

通過葉片內(nèi)部鋪設(shè)的電纜,

將接閃器與輪轂連接。遇到閃電時(shí),電流通過接閃器、接地線導(dǎo)入大地。

又稱作葉尖剎車。定槳恒速型風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪葉片安裝有葉尖擾流器。

風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)過程中,

當(dāng)葉尖擾流器被釋放后,

可增加空氣作用在葉片上的阻力,

起到空氣動(dòng)力制動(dòng)作用。葉尖擾流器

風(fēng)輪葉片橫截面的輪廓。用垂直于葉片長度方向的平面去截葉片得到的截面形狀,也稱作葉片剖面。葉片翼型用中弧線、前中弧線幾何弦緣,后緣和幾何弦等前緣后緣幾何概念進(jìn)行表述。葉片翼型

葉片翼型關(guān)系到葉片的氣動(dòng)性能,對(duì)葉片翼型的開發(fā)是葉片研發(fā)的核心技術(shù)之一。葉片氣動(dòng)特性葉片材料

基體材料增強(qiáng)材料膠黏劑

葉片主要使用復(fù)合材料(纖維增強(qiáng)塑料)制成。復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、易成型好、耐腐蝕性強(qiáng)、維護(hù)少和易修補(bǔ)等優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)5——電氣系統(tǒng)

風(fēng)電機(jī)組中涉及電能生產(chǎn)、輸出、分配和使用的設(shè)備及電氣回路的總稱,包括發(fā)電系統(tǒng)和自用電系統(tǒng)。把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑤斔徒o電網(wǎng),其核心部件包括發(fā)電機(jī)和變流器。發(fā)電系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)輸出電壓等級(jí)一般AC,690V,風(fēng)電場集電線路電壓等級(jí)一般為AC,10kVAC,35kV,

發(fā)電機(jī)輸出的電能首先通過機(jī)組變壓器升壓后才能并入風(fēng)電場輸電線路。同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組電能由發(fā)電機(jī)定子輸出,經(jīng)過變流器調(diào)頻調(diào)壓再經(jīng)過變壓器升壓后并入電網(wǎng)。雙饋異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組

輸出電能包括兩部分,一部分由發(fā)電機(jī)定子輸出接入變壓器。

另一部分由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出經(jīng)變流器調(diào)頻調(diào)壓,最后經(jīng)變壓器升壓后并入電網(wǎng)。包括供電系統(tǒng)和各種用電設(shè)備。自用電系統(tǒng)自用電系統(tǒng)供電系統(tǒng)

各種用電設(shè)備電源系統(tǒng)配電系統(tǒng)用于產(chǎn)生和調(diào)節(jié)電能用來分配和管理電能照明、通信、控制、加熱、冷卻用電氣設(shè)備電源系統(tǒng)電網(wǎng)電源系統(tǒng)備用電源系統(tǒng)為了確保風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)斷電情況下能夠及時(shí)安全停機(jī),配備了備用電源。01一種是為控制系統(tǒng)及通信系統(tǒng)提供電源的備用不間斷電源(UPS)；02另一種是為變槳系統(tǒng)提供電源的蓄電池。風(fēng)電場升壓變電站站用電系統(tǒng)某風(fēng)電場電氣主接線風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)6——機(jī)艙和塔架水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔架頂部的艙體結(jié)構(gòu),用于容納風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)設(shè)備、發(fā)電設(shè)備,電氣設(shè)備等部件。機(jī)艙機(jī)艙殼體包括機(jī)艙底座和機(jī)艙罩兩部分機(jī)艙底座與機(jī)艙罩一起構(gòu)成機(jī)艙外形,為機(jī)艙內(nèi)部部件提供適宜的使用環(huán)境條件,并使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有良好的外觀形象。機(jī)艙與塔架之間通過偏航軸承連接。

機(jī)艙內(nèi)部所有機(jī)械和電氣部件的承載平臺(tái),也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重要的傳載結(jié)構(gòu),它將風(fēng)輪、機(jī)艙罩和機(jī)艙內(nèi)部部件的載荷通過塔架傳遞到地面基礎(chǔ)。機(jī)艙底座的結(jié)構(gòu)可靠性直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。機(jī)艙底座

機(jī)艙外部殼體，對(duì)傳動(dòng)鏈和機(jī)艙內(nèi)其他設(shè)備起防護(hù)作用,是維修人員高空作業(yè)的安全屏障。機(jī)艙罩要求有合理的內(nèi)部空間,有足夠的強(qiáng)度和剛度,有較好的空氣動(dòng)力外形。機(jī)艙罩塔架安裝于風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)之上、用于支撐機(jī)艙部分的塔狀結(jié)構(gòu),是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要承載部件。功能:

一是承受機(jī)艙和風(fēng)輪的重量和各種動(dòng)載荷,并將這些載荷傳遞到基礎(chǔ);

二是將風(fēng)輪和機(jī)艙支撐到距離地面一定高度,以獲取較平穩(wěn)的風(fēng)能。塔架按使用的材料塔架分類ABC鋼制塔架鋼筋混凝土塔架鋼-混凝土混合塔架

一般由三段或以上塔筒安裝組成,塔筒直徑由下往上逐漸減小,配有塔門、塔梯、塔內(nèi)平臺(tái)、電纜卷筒支架、門外梯、照明設(shè)備、安全與消防設(shè)備等。便于維護(hù)人員上下塔架,爬梯上可安裝助爬器,或配塔內(nèi)升降機(jī)。鋼制塔架優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)迎風(fēng)阻力較大隨著尺寸的增大,運(yùn)輸難度增加。美觀大方,維護(hù)人員上下塔架安全可靠。

橫截面一般為圓形或正多邊形,塔架結(jié)構(gòu)為錐筒形或由不同直徑的圓筒形連接構(gòu)成。

制作過程多為現(xiàn)場澆注,或在工廠做成預(yù)制件后運(yùn)到現(xiàn)場安裝。鋼筋混凝土塔架優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)現(xiàn)