風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與功率控制策略

袁雅琳

摘要

風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)前較為新穎的發(fā)電方式，在使用過程中不會對環(huán)境造成污染，而且造價(jià)較為低廉。當(dāng)前全球的氣候都在逐漸變暖，而在這樣的背景下風(fēng)力資源作為一種較為清潔的能源而被得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前各國都在積極的研究風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作的過程中如何有效的控制發(fā)電功率是整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作的重點(diǎn)。本文主要對未來風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的主要趨勢做出了探討，并且結(jié)合實(shí)際情況制定了相應(yīng)控制發(fā)電功率的策略。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電技術(shù) 發(fā)電功率 控制 分析

風(fēng)力發(fā)電最早是在上個(gè)世紀(jì)開始被人研究的，隨著人們的不斷探索和研究，通過對航空領(lǐng)域飛機(jī)旋翼技術(shù)的研究，研究出了一種小型的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，此設(shè)備一研究出來就在一些風(fēng)力較強(qiáng)的海島得到了廣泛的使用。隨著后來人們不斷對此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行完善，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也得到了更大范圍的推廣和使用。

1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的基本發(fā)電原理

風(fēng)力發(fā)電主要把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能為基礎(chǔ)發(fā)電的，而后在將轉(zhuǎn)化而來的機(jī)械能變成電力動能。在實(shí)際工作過程中，風(fēng)力將風(fēng)車扇葉帶動旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的過程中利用增速機(jī)加快扇葉的旋轉(zhuǎn)速度，從而有效的促使發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。而在風(fēng)力發(fā)電過程中所使用的設(shè)備裝置統(tǒng)一稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，而此發(fā)電機(jī)組又可以細(xì)致劃分為風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)和塔架三個(gè)部分。其中把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能最主要依靠的就是風(fēng)輪裝置，主要由兩片或兩片以上的螺旋槳形狀的槳葉構(gòu)成。當(dāng)槳葉受到風(fēng)的作用時(shí)，在槳葉上產(chǎn)生氣動力來促使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動。為了確保風(fēng)輪在工作過程中始終對準(zhǔn)風(fēng)向以獲得最大的功率，在實(shí)際使用的過程中需要在風(fēng)輪后安裝一個(gè)類似于風(fēng)向標(biāo)的尾舵。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架就是一個(gè)支撐整個(gè)風(fēng)輪、尾舵和發(fā)電機(jī)的構(gòu)架。在設(shè)置鐵塔的高度時(shí)，需要對實(shí)際環(huán)境中地面障礙物對風(fēng)速的影響情況和扇葉實(shí)際直徑的大小進(jìn)行綜合考量，以確保設(shè)置塔架的高度符合風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際工作的要求。發(fā)電機(jī)最主要的作用就是在風(fēng)輪受到風(fēng)的作用而產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)速之后，再由升速機(jī)將其傳遞給發(fā)電機(jī)勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，最終由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

一般小型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)都具有較高的發(fā)電效率，但是這類發(fā)電機(jī)不僅只是由一個(gè)發(fā)電機(jī)頭構(gòu)成，是一個(gè)具備一定科技水平的系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)包括發(fā)電機(jī)和變流器。一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)都是由機(jī)頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片這幾個(gè)結(jié)構(gòu)組成，這幾個(gè)部分每個(gè)都有其作用。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片主要受到風(fēng)力的作用，并且通過機(jī)頭將其轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)的尾翼能夠與確保扇葉始終對著風(fēng)向以獲得風(fēng)最大的作用力，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)體為尾翼的正常工作提供了保障，通常轉(zhuǎn)子所使用的都是永磁體或者勵(lì)磁體，通過定子繞阻切割磁力線最終產(chǎn)生電能。

2 未來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢

2.1 工作時(shí)的電容量不斷的增大

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)最主要的發(fā)展趨勢就是不斷的提高了工作時(shí)的電容量，當(dāng)前很多風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電容量基本都可以保持在一兆瓦以上，但是最大的可以達(dá)到五兆瓦。在當(dāng)前的一些發(fā)達(dá)國家內(nèi)己經(jīng)開始使用更大電容量的發(fā)電機(jī)，美國甚至己經(jīng)開始研發(fā)電容量為十兆瓦的發(fā)電機(jī)。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，在未來風(fēng)力發(fā)電的最大電容量可能會達(dá)到五十兆瓦。

2.2 由陸地的風(fēng)力發(fā)電逐步向海上轉(zhuǎn)移

當(dāng)前大多數(shù)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備都設(shè)置在陸地上，很少有設(shè)置在海上的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。當(dāng)前世界上很多風(fēng)力發(fā)電技術(shù)較為成熟的國家逐漸的將陸地上的風(fēng)力發(fā)電開始向海上轉(zhuǎn)移。在海上建造風(fēng)力發(fā)電設(shè)備其基本原理大致和陸地上的發(fā)電設(shè)備原理相同，但是在海上建造風(fēng)力發(fā)電設(shè)備對土地資源沒有較高的要求，減少了對于陸地上土地資源的消耗。并且一般海上的風(fēng)力資源要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸地上的風(fēng)力資源，提高了對于風(fēng)力資源的利用效率。當(dāng)前我國正在大力的研發(fā)海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，相信不久之后就可以投入使用。

2.3 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)電效率將會不斷的提高

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷研發(fā)和改進(jìn)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也得到了不斷的完善和改進(jìn)。但是一般風(fēng)力發(fā)電設(shè)備一般的使用年限都較短，很難超過二十年，而且這類設(shè)備都具有較高的造價(jià)。并且在安裝完成后，還需要對設(shè)備進(jìn)行定期的維護(hù)和處理，極大的降低了設(shè)備整體所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。所以未來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在實(shí)際工作過程中發(fā)電的效率會不斷的增加，通過對設(shè)備不斷的改進(jìn)和完善，減小對于整個(gè)設(shè)備的負(fù)荷。

3 控制發(fā)電機(jī)功率的方法

3.1 控制發(fā)電機(jī)功率的原理

對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率的控制原理較為簡單，其最基本的內(nèi)容就是在受到一定風(fēng)力的作用下，有效的控制整個(gè)風(fēng)力機(jī)組的輸出功率。在風(fēng)速的變化在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)時(shí)，對其進(jìn)行變速控制，并且建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析曲線，從中選擇一個(gè)最合適的功率曲線，從而得到一個(gè)最大的功率數(shù)值。當(dāng)風(fēng)速十分不穩(wěn)定時(shí)，可以調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的槳距，調(diào)整槳葉和槳距角之間的距離，以確保輸出的額定功率不會改變。

3.2 實(shí)際功率控制的工作流程

在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電的功率控制過程中，使用最多的手段就是變槳控制。在實(shí)際使用這種方法的過程中，先對風(fēng)力發(fā)電機(jī)阻的整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，通過槳距來進(jìn)行風(fēng)速大小的判斷。當(dāng)風(fēng)速過于小時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不會做出調(diào)整，當(dāng)切入時(shí)的風(fēng)速與發(fā)電機(jī)組的額定風(fēng)速之間存在差別時(shí)，發(fā)電機(jī)的變速裝置就會傳感器發(fā)送一個(gè)信號，從而對發(fā)電機(jī)的功率進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率控制最主要的就是建立一個(gè)完整的內(nèi)部控制系統(tǒng)，設(shè)置一定的額定功率對實(shí)際的發(fā)電功率進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。

4 總結(jié)

當(dāng)前越來越多的人認(rèn)識到了風(fēng)能重要性，也不斷的加強(qiáng)了對于風(fēng)電技術(shù)的研發(fā)和改進(jìn)，未來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的建造成本將會逐漸降低，并且將會漸漸的向海上轉(zhuǎn)移。在風(fēng)力發(fā)電推廣的過程中，想要不短的增加風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模，就需要不短的對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行不斷的改進(jìn)和完善，以此來提高風(fēng)力發(fā)電的效率。在對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率進(jìn)行控制的過程中，相應(yīng)的技術(shù)人員需要對風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際的工作環(huán)境進(jìn)行考察，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷的優(yōu)化和改進(jìn)，從而有效的提高風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定性和高效性。

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