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風力發電機組分類 垂直軸風力發電機和水平軸的區別

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摘要:風力發電機組可以有多種多樣的分類,其中,垂直軸風力發電機是萬向受風的垂直式結構,不管任何方向的來風,均保持同一方向轉動,更好的利用了風能,而水平軸風力發電機的結構更浪費風能。在高風速地區,垂直軸風力發電機要比水平式的更加安全穩定。下面,就來了解下風力發電機組分類有哪些,垂直軸風力發電機和水平軸的區別是什么。

一、風力發電機組分類

風力發電機組主要由兩大部分組成(cheng):

風(feng)力機部分(fen)――它將風(feng)能轉換為機械能;

發電機部分――它將機械能轉換(huan)為(wei)電能。

根據風(feng)機這兩大部分采用(yong)的(de)不同結構類(lei)型、以(yi)及它(ta)們(men)(men)分別采用(yong)的(de)技術方案(an)的(de)不同特征,再加上它(ta)們(men)(men)的(de)不同組合(he),風(feng)力(li)發電(dian)機組可以(yi)有(you)多種多樣的(de)分類(lei)。

1、按照風機旋轉主軸的方向(即主軸與地面相對位置)分類,可分為:

“水平(ping)軸(zhou)式風(feng)機”――轉動軸(zhou)與地面平(ping)行,葉輪(lun)需隨風(feng)向變(bian)化而調整位置;

“垂(chui)直(zhi)軸式風(feng)機(ji)”――轉(zhuan)動軸與地面垂(chui)直(zhi),設計較簡單,葉輪不(bu)必隨風(feng)向(xiang)改變而調整方向(xiang)。

2、按照槳葉受力方式可分成“升力型風機”或“阻力型風機”。

3、按照槳葉數量分類可分為“單葉片”、“雙葉片”、“三葉片”和“多葉片”型風機。

葉片的(de)數目由很多(duo)因素決定,其(qi)中包括空氣(qi)動(dong)力(li)效率、復雜(za)度、成本、噪音、美學要求等(deng)等(deng)。

大型(xing)風力發電機可由1、2 或者(zhe)3片(pian)葉片(pian)構(gou)成。

葉片(pian)較少的(de)(de)風力(li)發電機(ji)通常需要更(geng)高的(de)(de)轉速以提取(qu)風中(zhong)的(de)(de)能量,因此噪(zao)音比較大(da)。而(er)如果葉片(pian)太多(duo),它們之間會(hui)相互作用而(er)降低系統(tong)效率。目前3葉片(pian)風電機(ji)是(shi)主流。從美(mei)學角度上(shang)看,3葉片(pian)的(de)(de)風電機(ji)看上(shang)去(qu)較為平衡和美(mei)觀(guan)。

4、按照風機接受風的方向分類,則有“上風向型”――葉輪正面迎著風向(即在塔架的前面迎風旋轉)和“下風向型”――葉輪背順著風向,兩種類型。

上(shang)風向風機一般(ban)需要有某種調向裝置來保持葉輪迎(ying)風。

而(er)下(xia)風(feng)(feng)向(xiang)(xiang)風(feng)(feng)機則能夠自動對準風(feng)(feng)向(xiang)(xiang), 從而(er)免除(chu)了調向(xiang)(xiang)裝置。但對于(yu)下(xia)風(feng)(feng)向(xiang)(xiang)風(feng)(feng)機, 由于(yu)一部分空氣通(tong)過塔(ta)架后(hou)再吹向(xiang)(xiang)葉輪, 這(zhe)樣, 塔(ta)架就干擾了流過葉片的氣流而(er)形(xing)成所謂塔(ta)影效應,使性(xing)能有所降低。

該圖片由注冊用戶"小含"提供,版權聲明反饋

5、按照功率傳遞的機械連接方式的不同,可分為“有齒輪箱型風機”和無齒輪箱的“直驅型風機”。

有齒輪箱型風機的(de)(de)(de)槳葉通過(guo)齒輪(lun)箱及(ji)其(qi)高速軸及(ji)萬能(neng)彈性(xing)聯(lian)軸節(jie)將轉(zhuan)矩傳遞到發電(dian)機的(de)(de)(de)傳動(dong)軸,聯(lian)軸節(jie)具有很好的(de)(de)(de)吸收(shou)阻(zu)尼(ni)和震(zhen)動(dong)的(de)(de)(de)特(te)性(xing),可吸收(shou)適量的(de)(de)(de)徑向、軸向和一定角(jiao)度的(de)(de)(de)偏移,并(bing)且聯(lian)軸器可阻(zu)止機械裝置的(de)(de)(de)過(guo)載。

而直驅(qu)型風機則(ze)另(ling)辟蹊徑,配合采(cai)用(yong)了(le)多項先進技(ji)術,槳葉的(de)轉矩可以(yi)不通(tong)過齒(chi)輪箱增速而直接傳遞到發電(dian)機的(de)傳動(dong)軸,使(shi)風機發出的(de)電(dian)能同樣能并網(wang)輸出。這樣的(de)設計簡(jian)化了(le)裝置的(de)結構,減少了(le)故障幾率,優點很多,現多用(yong)于(yu)大型機組上。

6、根據按槳葉接受風能的功率調節方式可分為:

“定槳(jiang)距(失速(su)型)機(ji)組”――槳(jiang)葉(xie)與輪(lun)轂的連(lian)接是(shi)固定的。當(dang)風速(su)變化時,槳(jiang)葉(xie)的迎風角度不能(neng)隨之變化。由于定槳(jiang)距(失速(su)型)機(ji)組結構(gou)簡單、性能(neng)可靠,在20 年來的風能(neng)開發利用中(zhong)一直占據主導地位。

“變槳(jiang)(jiang)距機(ji)組”――葉(xie)片(pian)可以繞葉(xie)片(pian)中(zhong)心(xin)軸旋(xuan)轉(zhuan),使(shi)葉(xie)片(pian)攻(gong)角可在一(yi)定范圍內(一(yi)般0-90度)調節(jie)變化,其性能(neng)比定槳(jiang)(jiang)距型提(ti)高許多,但結(jie)構也趨于(yu)復雜,現多用于(yu)大型機(ji)組上。

7、按照葉輪轉速是否恒定可分為:

“恒速風(feng)力發電機組”――設計簡(jian)單可靠,造價低(di),維(wei)護(hu)量少,直(zhi)接(jie)并網;缺點(dian)是:氣(qi)動效率(lv)低(di),結構載荷高(gao),給(gei)電網造成電網波動,從(cong)電網吸收無功(gong)功(gong)率(lv)。

“變速風力(li)發電機組”――氣動效(xiao)率(lv)(lv)(lv)(lv)高,機械應力(li)小,功率(lv)(lv)(lv)(lv)波動小,成本效(xiao)率(lv)(lv)(lv)(lv)高,支撐結(jie)構輕。缺點是:功率(lv)(lv)(lv)(lv)對電壓(ya)降敏感,電氣設備的價格較高,維護量(liang)(liang)大(da)。現常(chang)用于大(da)容(rong)量(liang)(liang)的主力(li)機型。

8、根據風力發電機組的發電機類型分類,可分為兩大類:“異步發電機型” “同步發電機型”

只要選用適當(dang)的變流裝置,它們都(dou)可以用于變速運行風機(ji)。

異步發電機按其轉子結構(gou)不同又可(ke)分為(wei):

(a) 籠型(xing)異步發電機(ji)――轉子為(wei)籠型(xing)。由于(yu)結構簡單(dan)可靠、廉(lian)價、易于(yu)接入(ru)電網,而在小、中(zhong)型(xing)機(ji)組中(zhong)得到大量(liang)的使用。

(b) 繞線(xian)(xian)式雙饋異步發電(dian)機――轉子為線(xian)(xian)繞型。定子與電(dian)網直(zhi)接(jie)連接(jie)輸送電(dian)能,同(tong)時繞線(xian)(xian)式轉子也經過變頻器控(kong)制向電(dian)網輸送有功(gong)或無功(gong)功(gong)率(lv)。

同(tong)步(bu)發電機型按其產生旋轉磁(ci)場(chang)的磁(ci)極的類型又(you)可(ke)分為(wei):

(a) 電(dian)勵(li)磁(ci)(ci)同步發電(dian)機――轉子為(wei)線繞凸(tu)極式磁(ci)(ci)極,由外接(jie)直流電(dian)流激(ji)磁(ci)(ci)來產生(sheng)磁(ci)(ci)場(chang)。

(b) 永磁同步發電(dian)機――轉子為鐵氧體材(cai)料制造的(de)永磁體磁極,通常為低速多(duo)極式,不用外(wai)界(jie)激磁,簡化了發電(dian)機結構,因而具有多(duo)種優勢。

9、根據風機的輸出端電壓高低化分,一般可分為:

“高壓風力發電機”――風力發電機輸出端電壓為10~20kV,甚至40kV,可省掉風機的升壓變壓器直接并網。它與直驅型,永磁體磁極結構一起組成的同步發電機總體方案,是目前風力發電機中一種很有發展前途的機型(xing)。

“低(di)壓風力(li)發電(dian)機”――輸出(chu)端(duan)電(dian)壓為(wei)1kV 以下,目前市面上大多為(wei)此機型。

10、根據風機的額定功率化分,一般可分為:

微型機(ji):10 kW 以下

小(xiao)型機:10 kW 至(zhi)100 kW

中型機:100 kW 至(zhi)1000 kW

大型機:1000 kW 以上(MW 級(ji)風機)

二、垂直軸風力發電機和水平軸的區別

1、發電(dian)(dian)(dian)機不同(tong):垂直軸的(de)發電(dian)(dian)(dian)機一般采(cai)用(yong)(yong)無鐵芯(xin)的(de)永磁盤式(shi)電(dian)(dian)(dian)機或(huo)外轉子電(dian)(dian)(dian)機,啟(qi)動(dong)力(li)矩(ju)小,微(wei)風就(jiu)能啟(qi)動(dong),相當適(shi)合在城市或(huo)者像(xiang)中國南(nan)方(fang)等低風速地(di)區使(shi)用(yong)(yong);水平軸的(de)發電(dian)(dian)(dian)機一般采(cai)用(yong)(yong)造價低廉的(de)有鐵芯(xin)發電(dian)(dian)(dian)機,啟(qi)動(dong)力(li)矩(ju)往往較大,不適(shi)合在城市道(dao)路、以及中國南(nan)方(fang)等低風速使(shi)用(yong)(yong)。

2、風(feng)葉(xie)結構不同(tong)(tong):垂直軸的(de)風(feng)力發(fa)電(dian)機是萬向(xiang)受(shou)風(feng)的(de)垂直式(shi)結構,不管任何方(fang)向(xiang)的(de)來風(feng),均保持同(tong)(tong)一(yi)方(fang)向(xiang)轉動,更好的(de)利用了(le)風(feng)能;而水平軸的(de)風(feng)力發(fa)電(dian)機有個專門用來調(diao)節風(feng)力發(fa)電(dian)機受(shou)風(feng)方(fang)向(xiang)的(de)尾巴,每次(ci)風(feng)來時,首(shou)先得把風(feng)機的(de)迎(ying)風(feng)方(fang)向(xiang)調(diao)整(zheng),這樣不僅(jin)浪費了(le)風(feng)能,同(tong)(tong)時水平式(shi)的(de)風(feng)力發(fa)電(dian)機與支(zhi)撐該電(dian)機的(de)法蘭之間還得安裝(zhuang)一(yi)個傳動的(de)軸承(cheng),該軸承(cheng)傳動多了(le),會產(chan)生機械疲勞,造成風(feng)機容(rong)易(yi)折斷或者脫落。

3、同等風(feng)速條件下垂直軸發電(dian)效率比水平式(shi)的要高,特別是低(di)風(feng)速地區。

4、在高風(feng)速地區,垂直軸風(feng)力發(fa)電機要比水(shui)平(ping)式的更加安全穩定(ding);另外,國內(nei)外大量(liang)的案例證明,水(shui)平(ping)式的風(feng)力發(fa)電機在城市地區經常不轉(zhuan)動,在北方、西北等高風(feng)速地區又經常容易出現風(feng)機折(zhe)斷、脫(tuo)落等問題(ti),傷及路上(shang)行人(ren)與車輛(liang)等危險事(shi)故(gu)。

5、風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)能(neng)利用率(lv)(lv) ,中國空氣動力(li)研究與發(fa)(fa)展中心(xin)(xin)曾作過相關水平軸風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)力(li)發(fa)(fa)電機的(de)(de)(de)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)洞實(shi)驗(yan),實(shi)測的(de)(de)(de)利用率(lv)(lv)在(zai)(zai) 23%-29%左右 。經過中國空氣動力(li)研究與發(fa)(fa)展中心(xin)(xin)的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)表明(ming)垂直軸的(de)(de)(de)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)能(neng)利用率(lv)(lv)在(zai)(zai)40%以上。另外,在(zai)(zai)實(shi)際環境中風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)向是經常變(bian)化的(de)(de)(de),水平軸風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)輪(lun)的(de)(de)(de)迎風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)面不可能(neng)始(shi)終(zhong)對著風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng),這就引起了(le)"對風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)損失",而垂直軸風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)輪(lun)則不存在(zai)(zai)這個問題 ,因此在(zai)(zai)考慮了(le)對風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)損失之后,垂直軸風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)輪(lun)的(de)(de)(de)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)能(neng)利用率(lv)(lv)完全超過水平軸風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)輪(lun)。

綜合各種因素來看垂直軸風力發電機是未來風電的發展(zhan)(zhan)方向,由于水平(ping)軸(zhou)風(feng)機在(zai)中國已有近20年(nian)的生(sheng)產及發展(zhan)(zhan),垂直(zhi)軸(zhou)的開發生(sheng)產也就(jiu)是近幾年(nian)的時間,所以(yi)隨著其優勢的不端顯現,會像水平(ping)軸(zhou)一(yi)樣逐步普(pu)及的。

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