風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)

宗　倩

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)

宗倩

（電能（煙臺(tái)）核電技術(shù)有限公司，山東 煙臺(tái) 265100）

風(fēng)能清潔無(wú)污染，是人們夢(mèng)寐以求的新能源。風(fēng)力發(fā)電是一種有效利用風(fēng)能的新形式，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備決定著發(fā)電效率與發(fā)電成本，因此優(yōu)化發(fā)電設(shè)備至關(guān)重要。通過(guò)闡述風(fēng)力發(fā)電基本原理及現(xiàn)代風(fēng)機(jī)的基本組成，提出風(fēng)力發(fā)電設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思路，為提高風(fēng)力發(fā)電可利用價(jià)值提供參考。

風(fēng)力發(fā)電；發(fā)電設(shè)備；優(yōu)化設(shè)計(jì)

風(fēng)力發(fā)電是一種新能源發(fā)電技術(shù)，具有優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)勢(shì)。目前，世界各國(guó)都在大力發(fā)展和研究風(fēng)力發(fā)電及其相關(guān)技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備決定著發(fā)電效率與發(fā)電成本，因此，優(yōu)化發(fā)電設(shè)備至關(guān)重要。

1　風(fēng)力發(fā)電原理

風(fēng)力發(fā)電是現(xiàn)階段我國(guó)研發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，對(duì)于我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步都有非常重要的作用。風(fēng)力發(fā)電基本原理是風(fēng)車(chē)的葉片在風(fēng)力的吹動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能最終轉(zhuǎn)化成電能。

2　現(xiàn)代風(fēng)機(jī)的基本組成

2.1控制系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)機(jī)主要由兩部分組成：一是核心控制系統(tǒng)，二是運(yùn)行系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)相當(dāng)于人類(lèi)的大腦，是主要的核心區(qū)域。隨著科技的不斷發(fā)展與建設(shè)，控制系統(tǒng)已經(jīng)步入了信息化時(shí)代，在風(fēng)力發(fā)電的內(nèi)部，有一個(gè)控制室，包含信息化設(shè)備，主要有計(jì)算機(jī)、各種電路的集合體與控制器及其電子控制器。計(jì)算機(jī)的功能是設(shè)置相關(guān)參數(shù)，例如，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到一定等級(jí)的時(shí)候，才能進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電；電路的集合體與控制器掌管的是電路的運(yùn)行與停止，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的電路，從而對(duì)電路進(jìn)行檢修與維護(hù)；電子控制器是它的核心部件，它的作用是決定葉片是否轉(zhuǎn)動(dòng)、風(fēng)力發(fā)電工作的開(kāi)展是否進(jìn)行等。當(dāng)風(fēng)力過(guò)小或過(guò)大，風(fēng)力發(fā)電的葉片不適合轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可通過(guò)電子控制器人為停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

2.2運(yùn)行系統(tǒng)

運(yùn)行系統(tǒng)也是風(fēng)力發(fā)電中風(fēng)機(jī)的重要組成部分，它類(lèi)似于人類(lèi)的四肢。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出相關(guān)指示的時(shí)候，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)指令的部件就是風(fēng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)。運(yùn)行系統(tǒng)的組成比較多，不同的部件有著不同的作用。核心部件包括：機(jī)艙、轉(zhuǎn)子葉片、軸心、發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)。機(jī)艙的作用是放置發(fā)動(dòng)機(jī)與齒輪箱，承載風(fēng)力發(fā)電的動(dòng)力系統(tǒng)；轉(zhuǎn)子葉片的作用是進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)力勢(shì)能，是基礎(chǔ)的能量轉(zhuǎn)換部件；軸心是電機(jī)的核心部件，電機(jī)的存在就是依附在軸心上；發(fā)動(dòng)機(jī)是風(fēng)力發(fā)電的動(dòng)力系統(tǒng)，它將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能與電能；液壓系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)是保障風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備。

3　風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要組成部分。由于資源與能源的限制，節(jié)能似乎已經(jīng)成為了一個(gè)時(shí)代性的主題。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，一定也要做到節(jié)能。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，還是會(huì)損失大量的能量，比如損失的熱能、勢(shì)能等。此外，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，不僅僅做了有用功，還在很大程度上做了無(wú)用功，能量的轉(zhuǎn)化效率低使得能源的浪費(fèi)比較明顯與突出。因此，在開(kāi)展風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的工作過(guò)程中，要不斷優(yōu)化能量的轉(zhuǎn)化效率，研究對(duì)廢熱與勢(shì)能的有效利用。

3.2偏航控制程序設(shè)計(jì)

偏航控制程序是風(fēng)力發(fā)電重要的核心程序之一。偏航控制程序的主要功效有兩種：第一種功能是提高對(duì)風(fēng)能的捕捉能力。風(fēng)向與風(fēng)力都是處于不斷變化的，但是某一個(gè)方向的風(fēng)力與風(fēng)向相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電的葉片核心與穩(wěn)定方向的風(fēng)力處于垂直狀態(tài)的時(shí)候，所能捕獲的風(fēng)能是最多的。偏航控制程序的作用就是檢測(cè)出穩(wěn)定的風(fēng)力與風(fēng)向，然后智能地調(diào)整葉片的方向。以往的偏航控制程序反應(yīng)不夠靈敏，當(dāng)風(fēng)力與風(fēng)向發(fā)生微弱變化的時(shí)候，不能及時(shí)捕捉最穩(wěn)定的風(fēng)力與風(fēng)向，使得對(duì)風(fēng)力的捕捉能力不強(qiáng)。因此，在對(duì)偏航控制程序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要提高它的靈敏度。第二種功效是自動(dòng)解除纏繞的電纜。當(dāng)葉片進(jìn)行不斷變化轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，電纜會(huì)在一定程度上纏繞在一起。偏航控制程序會(huì)定期地對(duì)纏繞在一起的電纜進(jìn)行自動(dòng)解除，但是偏航控制程序原本的設(shè)計(jì)是一定時(shí)間內(nèi)對(duì)電纜進(jìn)行自動(dòng)解除，而有的時(shí)候風(fēng)力變化比較頻繁，設(shè)定的時(shí)間與電纜的解除存在一定的差別。因此，在優(yōu)化偏航控制程序設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)參考電纜的纏繞程度，而不是時(shí)間。

3.3變槳距程序設(shè)計(jì)

變槳距程序的主要作用是在風(fēng)力不斷變化時(shí)，改變風(fēng)機(jī)的變槳距，改變整體的受力狀況，使風(fēng)機(jī)的輸出功率變大，保障最佳的轉(zhuǎn)化效率。變槳距程序的存在可以在很大程度上減輕葉片的整體質(zhì)量，使葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候更加便捷。以往變槳距程序反應(yīng)能力較差，不能夠及時(shí)進(jìn)行變槳，且在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)變的過(guò)程中耗費(fèi)大量的能量。因此，在變槳距程序優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，要提高它的靈敏程度，使變槳距程序更加智能化、節(jié)能化。

3.4全自動(dòng)啟動(dòng)程序設(shè)計(jì)

風(fēng)力發(fā)電并不是在有風(fēng)的時(shí)候就需要啟動(dòng)程序，當(dāng)風(fēng)力較小的時(shí)候，如果啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，那么轉(zhuǎn)化的電能與磨損相比還是不值，當(dāng)風(fēng)力較大的時(shí)候，如果啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，就會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生一定的損害。因此，對(duì)風(fēng)力進(jìn)行掌握并判斷是否能夠啟動(dòng)風(fēng)機(jī)是一項(xiàng)非常重要的工作。全自動(dòng)啟動(dòng)程序負(fù)責(zé)的主要就是這方面的工作，但是以往的全自動(dòng)啟動(dòng)程序?qū)︼L(fēng)力判斷存在的誤差還是比較大，隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展與技術(shù)的不斷進(jìn)步，這方面的技術(shù)得到了很大的提升與改善，現(xiàn)在的全自動(dòng)啟動(dòng)程序可以準(zhǔn)確地對(duì)風(fēng)的情況進(jìn)行判斷，從而更加智能地對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性的改變。

4　優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義

電力是我國(guó)一切行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)與保障，促進(jìn)電力行業(yè)的發(fā)展對(duì)我國(guó)整體發(fā)展有著重要的意義。而風(fēng)力發(fā)電近些年已經(jīng)逐漸成為我國(guó)電力行業(yè)的重要組成部分，因此，對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以促進(jìn)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)更好、更快地發(fā)展。

5　結(jié)語(yǔ)

風(fēng)能是新時(shí)期人類(lèi)賴(lài)以生存的新能源，開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能將成為一種趨勢(shì)。風(fēng)力發(fā)電是對(duì)風(fēng)能最有效的利用方式之一，優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電設(shè)計(jì)將成為提高風(fēng)力發(fā)電可利用價(jià)值的最有效方法。相信有了優(yōu)化的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，風(fēng)能將得到最大限度的利用。

［1］ 王輝，張炤.分析風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.科技傳播，2012，（12）：47-48.

［2］ 孫吾波.風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.電工文摘，2010，（03）：129-130.

［3］ 湯志強(qiáng).風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2013，（17）：145-146.

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Optimal design of wind pow er generation equipm ent

ZONGQian
(Electric Energy(Yantai)Nuclear Power Technology Co.,Ltd.,Yantai265100,China)

Wind power is clean and pollution-free,which is the new energy peoplewant to use.Wind power generation is an effective new form of usingwind energy,wind power generation equipmentdetermines the efficiency and costof power generation,therefore to optimize power generation equipment is essential.Through elaborating basic composition ofwind power generation a nd basic principles ofmodern wind turbines,this paper proposed a few ideas on optimal design ofwind power generation equipment,which provided reference for increasing itsuse value.

Wind powerpoint;Powergeneration equipment;Optimaldesign

TK83

A

1674-8646（2016）04-0016-02

2015-12-15

宗倩（1982-），女，遼寧撫順人，工程師，碩士，從事核電設(shè)備監(jiān)造技術(shù)及管理工作。