幾種風力發(fā)電機構(gòu)優(yōu)勢比較

張躍鋒

（汾西礦業(yè)集團公司選煤廠 山西介休）

當前風電技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，多種風電機構(gòu)應運而生，它們各有優(yōu)缺點。通過比較自動化水平、結(jié)構(gòu)、效率、造價、維修保養(yǎng)各個環(huán)節(jié)的成本，對4種相當能級和耗材的風電機構(gòu)進行探討，比如NWT12型3槳葉風力發(fā)電機。通過比較得出改進方案，從形體、結(jié)構(gòu)、效率、使用、安裝、維護、性能、壽命、造價、簡捷性和先進性加以分析，尋求較優(yōu)方式，推動風力發(fā)電設備的進步。

1.3叉槳葉式風電機構(gòu)

3叉槳葉式風電機構(gòu)，中心高達50m，其最大回環(huán)直徑達40多米，主架為空心鋼筒，平均直徑≥2m，形體龐大笨重，耗材多運輸不便，采風效率低而不經(jīng)濟，根據(jù)微積分原理，適當角度時半徑越大迎風面積越大處產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩越大，從此點而言，其采風結(jié)構(gòu)欠合理，因而效益較差。單臺在4級風時，平均2圈/min，一圈可發(fā)電0.1kW·h，即一分鐘發(fā)電0.2kW·h（能力大約12kW）。機構(gòu)造價約35萬元，一年按300個工作日計，約6年可收回成本，工作壽命約10年，因機構(gòu)龐大，安裝檢修保養(yǎng)困難較多。

2.16扇形葉片槳葉式動力機構(gòu)

3.馬蹄形集風筒16扇形槳葉全自動調(diào)葉角式

馬蹄形集風筒16扇形槳葉全自動調(diào)葉角式風電機構(gòu)是16葉型外圍改進型，前部外圍加一個馬蹄形廣口集風筒，約兩倍面積廣口隨桁架機體自動調(diào)向收集來風，風筒分3瓣對接，頂上開縫螺絲緊定，下部開1100mm×1100mm吊裝檢修窗，合頁連接。廣口邊設100mm高折邊，仍以正三角機架托起主體機構(gòu)，機架桁架盡量以配套螺絲鉚接，整體可抗10級以下風力。一般在4級風力下4圈/min，一圈發(fā)電0.1kW·h（能力約24kW），每分鐘0.4kW·h，形體小，但結(jié)構(gòu)較復雜，安裝檢修方便，電控系統(tǒng)亦復雜，可采用PLC或CNC以及簡易低層次自動控制系統(tǒng)，單臺造價稍高約35萬元，4年可收回建設成本，由于槳葉時刻處于自動調(diào)整狀態(tài)，槳葉自動調(diào)向機構(gòu)故障率高，檢修量較大，每年涂防銹漆一次，壽命8年，由于采風率高，工作范圍較寬，有獨到的優(yōu)點。

4.鼠籠式立槳外加折頁風電動力機構(gòu)

鼠籠式立槳外加折頁風電動力機構(gòu)的采風機構(gòu)形式最優(yōu)，效率高，槳葉迎風橫面為凹正三角形，風葉與中心支柱垂直地面排布，背風面為60°尖角，槳葉及折頁材料用化學合成塑膠制作，重量輕。結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。槳葉回轉(zhuǎn)直徑≤10m，結(jié)構(gòu)合理，不用調(diào)角，簡單而自動化程度高，自動保護性好。加上迎風折頁加強采風，總體性能可靠、故障率低、壽命長，不忌雨雪風向，安裝檢修方便。4級風下5圈/min，每圈發(fā)電按0.1kW·h計，一分鐘可發(fā)電0.5kW·h（能力約30kW），且造價低，使用方便可靠，約25萬元，不到3年可收回成本，但鋼架結(jié)構(gòu)須每年刷防銹漆保養(yǎng)一次，軸承等關(guān)鍵部位要適時加潤滑脂。由于轉(zhuǎn)速越大，每圈功率和發(fā)電量越大，優(yōu)勢更多。本機構(gòu)中層與上下層設斜桿拉撐桿以增加風籠構(gòu)架強度，主要構(gòu)件采用螺栓連接，以方便運輸，上軸管重疊軸承上部以連續(xù)焊接8mm×30mm卡圈一個。直徑60mm通孔穿調(diào)質(zhì)處理的45#鋼銷。借助其他成熟發(fā)電變配電技術(shù)，壽命可達10年以上，采風范圍寬，適應面廣，質(zhì)量通病少，安裝技術(shù)組織措施簡便易行投資省，見效快，安全可靠性高，季節(jié)性影響小，宜于推廣。若在迎風口邊再設側(cè)斜集風板和隱風板協(xié)助用風則效果更佳。4種風電機構(gòu)動力形式基本性能曲線見圖2。

圖1 鼠籠式立槳外加折頁風電動力機構(gòu)

推崇使用鼠籠式發(fā)電動力機構(gòu)，對于深山、海島邊防、小居民區(qū)或大規(guī)模發(fā)電站建設安裝使用，具有極大優(yōu)越性，無電控能耗機耗管理和技術(shù)消耗，無須擇風向，有些采暖場合結(jié)合太陽能共用，無須變電整流等高技術(shù)措施即可使用。由于采用了最優(yōu)采風方式，采集了最優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩和風能，對于偏遠旅店、居民小區(qū)村莊等不通電地區(qū)實用性最好。風力較大地區(qū)取暖、灶口、采光使用微化裝設效果更好，造價低、故障少，改進設計優(yōu)化范圍寬、優(yōu)勢大。裝運方便快捷，大小自由，是極佳的清潔長壽能源，比輸送電能更節(jié)省，10臺機組可供400戶居民使用，在＜10級風地區(qū)的電力市場，有極大競爭優(yōu)勢和投資發(fā)展前景。

圖2 風電機構(gòu)性能曲線比較