海上風(fēng)電的若干關(guān)鍵技術(shù)綜述

李鵬暉

[摘要]海上風(fēng)電是我國未來風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，做好技術(shù)的研究與應(yīng)用將直接關(guān)系到未來發(fā)展效果。在本文中將就海上風(fēng)電的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行一定的研究。

[關(guān)鍵詞]海上風(fēng)電；關(guān)鍵技術(shù)；綜述

一、引言

在世界范圍內(nèi)能源需求量不斷增加、環(huán)境污染情況愈發(fā)嚴(yán)重的背景下，對新的可再生清潔能源進(jìn)行尋求可以說成為了現(xiàn)階段最為重要的一項工作任務(wù)。在風(fēng)電事業(yè)不斷發(fā)展的過程中，能夠開發(fā)的陸地資源逐漸減少，同其相比，海上風(fēng)場具有著更強(qiáng)的風(fēng)能以及更為穩(wěn)定的風(fēng)力資源，且同時具有著噪聲污染小以及土地資源占用率低的特點，并因此受到了各國的高度重視。要想做好海上風(fēng)電場的開發(fā)工作，技術(shù)的應(yīng)用十分關(guān)鍵，需要做好相關(guān)技術(shù)的研究與把握。

二、海上風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)

（一）發(fā)電機(jī)設(shè)計

在海上風(fēng)電機(jī)組研制工作當(dāng)中，其重要任務(wù)即在對風(fēng)機(jī)利用率進(jìn)行提升的基礎(chǔ)上實現(xiàn)其維修率的降低，其維修率也將直接對風(fēng)場經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響。在實際發(fā)電機(jī)設(shè)計當(dāng)中，需要能夠根據(jù)實際工作環(huán)境對電機(jī)結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行確定。對于雙饋式發(fā)電機(jī)來說，其具有并網(wǎng)便捷、穩(wěn)定性高以及風(fēng)能利用率高的特點，但因齒輪箱的存在，使其在實際應(yīng)用當(dāng)中具有著較高的故障率。直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)組取消了齒輪箱，具有著較高的可靠性以及電網(wǎng)功率因數(shù)，但在機(jī)艙空間方面則具有著較高的要求。近年來，所開展的研究即在直驅(qū)發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)上對升速齒輪箱進(jìn)行安裝，以此實現(xiàn)對半直驅(qū)發(fā)電機(jī)的組成，能夠在對風(fēng)機(jī)故障率有效降低的基礎(chǔ)上控制體積，能夠更好的布置在機(jī)艙當(dāng)中。

（二）葉片設(shè)計

在額定容量下，風(fēng)機(jī)在對應(yīng)不同葉尖速比以及漿距角時都具有最大的風(fēng)能捕獲值。對于海上風(fēng)機(jī)來說，其通過大型葉片的應(yīng)對具有較高葉尖速比進(jìn)行獲得，以此對風(fēng)能的捕獲量進(jìn)行提升。對于大型葉片來說，其在材料強(qiáng)度、質(zhì)量以及剛度方面都具有著更高的要求，通過環(huán)氧碳纖維樹脂的復(fù)合材料所制成的柔性葉片，則能夠減輕約30%左右的重量，且能夠根據(jù)實際海上風(fēng)況變化情況對其空氣動力型面進(jìn)行改善，在對葉片受力狀況以及空氣動力響應(yīng)的基礎(chǔ)上增加風(fēng)能的捕獲量，且能夠獲得更高的運(yùn)行可靠性，具有著較好的應(yīng)用前景。目前，我國在葉片材料研制方面具有了較好的進(jìn)展，已經(jīng)開發(fā)出了具有高性能的環(huán)氧乙烯基脂樹脂，同環(huán)氧樹脂相比具有相似的性能，但卻具有著更低的成本。

同時，對于葉片翼型的設(shè)計也是一項關(guān)鍵內(nèi)容，能夠?qū)Ω嗟娘L(fēng)能進(jìn)行捕獲。目前，對于低速風(fēng)機(jī)葉片來說，其具有著凹、薄的翼型。而對于現(xiàn)代高速風(fēng)機(jī)來說，其通常對流線型葉片進(jìn)行使用，通常會從NACA系列當(dāng)中選取，對于這部分翼型來說，其具有著更高的空氣動力效率以及阻力，但在葉片翼型方面還具有較大的空間需要改進(jìn)。此外，通過新空氣動力控制裝置的應(yīng)用，如葉片幅翼等，即能夠以更為有效、簡單的方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的限制，同機(jī)械剎車方式相比具有更低的運(yùn)行成本以及更好的可靠性。當(dāng)風(fēng)輪在實際旋轉(zhuǎn)過程中，將具有交替變化的受力特征，且風(fēng)速不穩(wěn)定情況的存在，也將導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)發(fā)生振動情況，且將因此增加維護(hù)成本，對此，在未來研究當(dāng)中，也需要將這部分因素的不良影響降低作為一項重點進(jìn)行研究。

（三）冷卻系統(tǒng)設(shè)計

在海上風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組當(dāng)中，冷卻系統(tǒng)是其一項重要的組成部分，其主要作用即是對發(fā)電機(jī)組的齒輪箱、變流器以及點擊等發(fā)熱部件進(jìn)行冷卻，使其在溫度方面能夠?qū)ο到y(tǒng)的運(yùn)行要求進(jìn)行滿足。通過良好冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用，則能夠在有效提升電機(jī)絕緣壽命以及使用效率的基礎(chǔ)上避免電機(jī)出現(xiàn)永磁體不可逆去磁以及結(jié)構(gòu)變形情況，保障齒輪箱以及變流器等都能夠正常運(yùn)行。根據(jù)具體發(fā)熱量差異情況存在，其可以使用液冷以及強(qiáng)制風(fēng)冷這兩種方式，對于MW級的海上風(fēng)電系統(tǒng)來說，其具有著非常高的發(fā)熱量，在使用強(qiáng)制風(fēng)冷處理時，具有著非常大的風(fēng)力需求量，同時，在海風(fēng)當(dāng)中也具有著較多的鹽霧等腐蝕介質(zhì)，對此，海上風(fēng)力機(jī)通常使用液冷方式進(jìn)行冷卻，該方式在傳熱性以及密封l生方面都具有更好的表現(xiàn)。

發(fā)電機(jī)方面，其所使用的液冷系統(tǒng)主要通過定子外部水套的方式同電機(jī)內(nèi)部間實現(xiàn)熱交換處理，或者使用空心銅線對循環(huán)通道進(jìn)行形成，冷卻液方面，則通常為乙二醇一水溶液或者水。為了能夠?qū)ι嵝ЧM(jìn)行進(jìn)一步的增強(qiáng)，在實際設(shè)計當(dāng)中則可以將散熱板筋設(shè)置在定子外圍位置，也可以將單獨的冷卻銅管加入到定子繞組當(dāng)中，并通過風(fēng)扇在電機(jī)轉(zhuǎn)子端部位置的增加起到空氣對流效果。對于液冷系統(tǒng)來說，其在實際應(yīng)用當(dāng)中具有著較好的冷卻效果，且以外界環(huán)境為冷源，具有較小的傳熱溫差，并因此使其外部換熱器具有較大的體系，在系統(tǒng)實際安裝布置方面則存在著一定的困難。目前，我國已經(jīng)有研究人員通過蒸發(fā)冷卻方式的應(yīng)用以密閉管道或者空間的方式將熱量實現(xiàn)對蒸發(fā)冷卻介質(zhì)的傳遞，通過其汽化吸熱作用的應(yīng)用帶走更大的熱量，以此保證艙內(nèi)具有恒定的溫度，且所使用的冷卻介質(zhì)在絕緣性方面具有較好的表現(xiàn)，具有較好的應(yīng)用前景。

三、結(jié)語

在上文中，我們對海上風(fēng)電的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了一定的研究。在未來風(fēng)電發(fā)展當(dāng)中，需要能夠做好這部分技術(shù)的進(jìn)一步研究與科學(xué)應(yīng)用，以此對我國海上風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展起到重要的推動作用。