提高風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的技術(shù)及其應(yīng)用研究

胡曉春

摘 要：近些年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，居民生活質(zhì)量水平的不斷提升，對(duì)電場(chǎng)發(fā)電量提出了新的要求。其中風(fēng)電場(chǎng)主要應(yīng)用風(fēng)資源進(jìn)行發(fā)電，其不僅能夠滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)于電量的需求，還不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。該文通過(guò)對(duì)風(fēng)能資源進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究了提高風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的技術(shù)方法，如偏航控制方法的優(yōu)化、加大受風(fēng)面積、更換葉片、創(chuàng)建合理的槳距角、對(duì)發(fā)電量相對(duì)偏低的機(jī)位完成移機(jī)等，從而有效提升風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量，滿(mǎn)足企業(yè)與居民的用電需求，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場(chǎng) 發(fā)電技術(shù) 受風(fēng)面積

中圖分類(lèi)號(hào)：TM614；TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（a）-0090-01

風(fēng)力發(fā)電主要是應(yīng)用大自然風(fēng)資源進(jìn)行發(fā)電，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，然后再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，然后輸送至電網(wǎng)，最后利用電網(wǎng)輸送至千家萬(wàn)戶(hù)。目前風(fēng)電項(xiàng)目的不斷增多，大部分風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模和單機(jī)容量以及選址等多方面存在一定差異，同時(shí)各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量也存在明顯差距。對(duì)此，分析提高風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量技術(shù)和應(yīng)用有著重要意義。

1 風(fēng)能資源分析

風(fēng)能資源十分豐富。依據(jù)估算，世界上風(fēng)能資源為地球中水資源的10倍，其中每年可以達(dá)到53萬(wàn)億kW/h，但是現(xiàn)階段開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的風(fēng)資源僅僅是一小部分。分布國(guó)家與地區(qū)依據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w風(fēng)資源條件有效估算出相應(yīng)的風(fēng)資源開(kāi)發(fā)量。但是開(kāi)發(fā)量估算不能僅僅依據(jù)風(fēng)況條件進(jìn)行確定，一定要綜合考慮可以安裝風(fēng)力機(jī)的相關(guān)土地面積。如某地區(qū)風(fēng)資源的開(kāi)發(fā)量主要指此區(qū)域風(fēng)能條件基礎(chǔ)上，能夠安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的總?cè)萘?。各臺(tái)機(jī)組的容量作為一個(gè)理論的相應(yīng)設(shè)計(jì)計(jì)算獲取的數(shù)值，而且各臺(tái)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中是否可以滿(mǎn)足此設(shè)計(jì)值和當(dāng)?shù)仫L(fēng)能潛力以及風(fēng)況條件存在密切關(guān)系。唯有充分掌握創(chuàng)建風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域的風(fēng)況過(guò)后，設(shè)計(jì)選取合適的風(fēng)電機(jī)組才可以獲取合理的發(fā)電量，從而確保風(fēng)力機(jī)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，最終獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 提高風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的技術(shù)方法

2.1 偏航控制方法的優(yōu)化

偏航系統(tǒng)是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必不可少的組成系統(tǒng)之一，主要作用有兩個(gè)，一是與風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)相互配合，使風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，充分利用風(fēng)能；二是提供必要的鎖緊力矩，以保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。而風(fēng)輪相應(yīng)有效掃風(fēng)面積主要指針對(duì)來(lái)風(fēng)方向的相關(guān)面積，若是風(fēng)輪軸線(xiàn)和來(lái)風(fēng)方向存在夾角，這時(shí)有效掃風(fēng)面積就是風(fēng)輪掃風(fēng)面積相應(yīng)的余弦值。除此之外，因?yàn)樵谄絼?dòng)作影響下，風(fēng)電機(jī)組會(huì)受到原方向慣性作用，出現(xiàn)部分能量的損失。而偏航控制方法主要是在來(lái)風(fēng)方向和風(fēng)輪軸向的相應(yīng)夾角超出規(guī)定角度時(shí)進(jìn)行偏航動(dòng)作，此監(jiān)督是容差角。在實(shí)踐運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)向變化相對(duì)頻繁，所以容差角大小和偏航頻率就會(huì)產(chǎn)生了矛盾。對(duì)此偏航控制方法一定要尋找適宜的容差角和風(fēng)向夾角的均值，進(jìn)而加強(qiáng)風(fēng)能捕獲能力。

2.2 加大受風(fēng)面積

風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目和火力發(fā)電以及水力發(fā)電存在一定差異，其中火力與水力發(fā)電能夠自由、有效控制能量的輸入，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電能輸出的嚴(yán)格控制，但是風(fēng)力發(fā)電并非如此，風(fēng)能作為一種自然過(guò)程性能源，其不可以貯存與人為產(chǎn)生變化，僅僅可以順勢(shì)進(jìn)行應(yīng)用。針對(duì)一臺(tái)調(diào)節(jié)性能相對(duì)良好的機(jī)組，能夠在一定程度上加大葉輪掃風(fēng)面積，有效提升機(jī)組的發(fā)電量。根據(jù)擬建區(qū)域的風(fēng)能資源分析，選擇合適的風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度即掃掠面積和輪轂高度，以實(shí)現(xiàn)最大化利用風(fēng)能資源。

2.3 更換葉片

新裝的風(fēng)電機(jī)組并不會(huì)出現(xiàn)此種問(wèn)題，由于在進(jìn)行安裝前通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)風(fēng)，能夠選擇一項(xiàng)適宜當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源的機(jī)組，從而滿(mǎn)足年發(fā)電量的有關(guān)需求。針對(duì)已經(jīng)正常運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組，以往風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的成本十分高，進(jìn)行地點(diǎn)的更換是不可能的，但是僅更換一臺(tái)新的風(fēng)力機(jī)葉片相對(duì)便宜，同時(shí)其他相關(guān)部件不更換。若是風(fēng)電機(jī)組的年應(yīng)用小時(shí)為2000h，依據(jù)目前的風(fēng)電價(jià)格進(jìn)行計(jì)算，可以每年增加發(fā)電量15%。因此，在安全載荷計(jì)算通過(guò)的情況下，可以通過(guò)更換葉片提升風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量。

2.4 合理槳距角的建立

因?yàn)槿~片生產(chǎn)制造和安裝以及設(shè)計(jì)存在一定誤差，所處的不同環(huán)境與不同風(fēng)速，會(huì)造成風(fēng)的湍流度與風(fēng)切變產(chǎn)生一定差異，然后導(dǎo)致入流角度和設(shè)計(jì)入流角度出現(xiàn)偏差，從而嚴(yán)重影響電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組相應(yīng)風(fēng)能捕獲率。而合理的槳距角主要經(jīng)過(guò)在各種風(fēng)速下建立相應(yīng)的槳葉角度，然后經(jīng)過(guò)認(rèn)真對(duì)比與分析過(guò)后，選擇一個(gè)最為適宜的槳葉角度。

2.5 發(fā)電機(jī)雙模改造

現(xiàn)階段，發(fā)電雙饋技術(shù)的不斷發(fā)展，使發(fā)電機(jī)中的最低轉(zhuǎn)速達(dá)到了1080r/min，若是風(fēng)速相對(duì)偏低難以滿(mǎn)足此轉(zhuǎn)速時(shí)，可以將風(fēng)電機(jī)組有效切出。若是雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速相對(duì)偏低，就會(huì)導(dǎo)致工作效率下降。經(jīng)過(guò)變化發(fā)電機(jī)的定子相應(yīng)接線(xiàn)方法，能夠把雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成為鼠籠發(fā)電機(jī)，進(jìn)而在一定程度上有效降低機(jī)械損耗，提升發(fā)電機(jī)的工作效率，從而有效增加電場(chǎng)發(fā)電量。

2.6 發(fā)電量偏低的機(jī)位實(shí)現(xiàn)移機(jī)

針對(duì)發(fā)電量相對(duì)偏低的機(jī)位，通常是因?yàn)榈乩砦恢玫娘L(fēng)資源出現(xiàn)高估導(dǎo)致的。此部分機(jī)位可以利用機(jī)組技術(shù)進(jìn)行有效改進(jìn)，還可以應(yīng)用更換長(zhǎng)葉片的手段，但是提升發(fā)電量十分有限。對(duì)此，應(yīng)該利用移機(jī)的手段將機(jī)組移至風(fēng)資源相對(duì)豐富的區(qū)域，還可以加大塔筒的高度，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的有效提升。

3 結(jié)語(yǔ)

在分析風(fēng)能資源評(píng)估的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了提升風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的方法，如偏航控制方法的優(yōu)化、加大受風(fēng)面積、更換葉片、發(fā)電機(jī)雙模改造等，根據(jù)具體狀況選擇相應(yīng)的技術(shù)，可以在很大程度上有效提高風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量。

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