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小型风力发电机 编辑词条词条保护

词条创建者 随风

小型风力发电机定义

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一般把发电功率在10千瓦及其以下的风力发电机称作小型风力发电机。小型风力发电机主要有以下几部分组成:风轮、发电机、回转体、调速机构、调向机构、刹车机构和塔架。

小型风力发电机发展史

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人类对风能的利用已有几千年的历史,最初主要是利用风力提水灌溉,及海水晒盐和风力驱动的磨坊。这在当时是人类利用自然界的力量,利用风力和水力代替人力和畜力来驱动工作机械,提高了生产力。至于人类利用风能来驱动船只航行,则可追溯到更久远的年代。

我国较大规模地开发和应用风力发电机,特别是小型风力发电机,始于70年代,当时研制的风力提水机用于提水灌溉和沿海地区的盐场,研制的较大功率的风力发电机应用于浙江和福建沿海,特别是在内蒙古地区由于得到了X的支持和适应了当地自然资源和当地X众的需求,小型风力发电机的研究和推广得到了长足的发展。对于解决边远地区居住分散的农牧民X众的生活用电和部分生产用电起了很大作用。

随着世界范围内对环境保护、全球温室效应的重视,各国都竞相发展包括风能在内的可再生能源的利用技术,将风能作为可持续发展的能源政策中的一种选择,不论对并网型的大型风力发电机和适用于边远地区农牧户的离网型小型风力发电机都给予了很大的政策支持。我国已有安装并网的风力机的风力田24 处,总装机容量26.8万千瓦。小型风力机的保有量超过14万台,使我国成为世界上小型风力发电机保有量最多的国家。小型风力发电机

小型风力发电机组的组成:小型风力发电机组一般由下列几部分组成:风轮、发电机、调速和调向机构、停车机构、塔架及拉索等,控制器、蓄电池、逆变器等。

①风轮:小型风力机的风X多用2~3个叶片组成,它是把风能转化为机械能的部件。风轮叶片的材质主要有两种。一种是玻璃钢材料,一般用玻璃丝布和调配好的环氧树脂在模型内手工糊制,在内腔填加一些填充材料,手工糊制适用于不同形状和变截面的叶片但手工制作费工费时,产品质量不易控制。国外小风机也采用机械化生产等截面叶片,大大提高了叶片生产的效率和产品质量。

②发电机:小型风力发电机一般采用的是永磁式交流发电机,由风轮驱动发电机产生的交流电经过整流后变成可以储存在蓄电池中的直流电。

③调向机构、调速机构和停车机构:为了从风中获取能量,风轮旋转面应垂直于风向,在小型风机中,这一功能靠风力机的尾翼作为调向机构来实现。同时随着风速的增加,要对风轮的转速有所限制,这是因为一方面过快的转速会对风轮和风力机的其他部件造成损坏,另一方面也需要把发电机的功率输出限定在一定范围内。由于小型风力机的结构比较简单,一般采用叶轮侧偏式调速方式,这种调速机构在风速风向变化转大时容易造成风轮和尾翼的摆动,从而引起风力机的振动。因此,在风速较大时,特别是蓄电池已经充满的情况,应人工控制风力机停机。在有的小型风力机中设计有手动刹车机构,另外在实践可采用侧偏停机方式,即在尾翼上固定一软绳,当需要停机时,拉动尾翼,使风轮侧向于风向,从而达到停车的目的。

小型风力发电机分类

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按轴位置分类

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按照风力发电机风轮轴的位置分,可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。

(1)水平轴风力发电机:水平轴风力发电机的风轮围绕一个水平轴旋转,风轮轴与风向平行,风轮上的叶片是径向安装的,与旋转轴垂直,并与风轮的旋转平面成一角度(称为安装角)。风轮叶片数目为1~10片(大多为3片、5片、6片),它在高速运行时有较高的风能利用率,但启动时需要较高的风速。

(2)垂直轴风力发电机:垂直轴风力发电机的风轮围绕一个垂直轴旋转,风轮轴与风向垂直。其优点是可以接受来自任何方向的风,因而当风向改变时,无需对风。

按功率分类

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按风力发电机的功率可分为大、中、小、微型风力发电机。功率<1KW为微型1~10KW为小型风力发电机,功率在10千瓦至100千瓦的称为中型风力发电机,功率在100千瓦以上的称为大型风力发电机,更大的如兆瓦级。

但是随着单机容量的突破,1MW及以上的逐渐被称为中,大型风力机。小型的风力机单机容量几百千瓦。

轴的区别

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水平轴与垂直轴风力发电机的不同在以下几个方面:

设计方法

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水平轴风力发电机的叶片设计,普遍采用的是动量—叶素理论,主要的方法有Glauert法、Wilson法等。但是,由于叶素理论忽略了各叶素之间的流动干扰,同时在应用叶素理论设计叶片时都忽略了翼型的阻力,这种简化处理不可避免地造成了结果的不准确性,这种简化对叶片外形设计的影响较小,但对风轮的风能利用率影响较大。同时,风轮各叶片之间的干扰也十分强烈,整个流动非常复杂,如果仅仅依靠叶素理论是完全没有办法得出准确结果的。

垂直轴风力发电机的叶片设计,以前也是按照水平轴的设计方法,依靠叶素理论来设计。由于垂直轴风轮的流动比水平轴更加复杂,是典型的大分离非定常流动,不适合用叶素理论进行分析、设计,这也是垂直轴风力发电机长期得不到发展的一个重要原因。

风能利用率

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大型水平轴风力发电机的风能利用率,绝大部分是由叶片设计方计算所得,一般在40%以上。如前所述,由于设计方法本身的缺陷,这样计算所得的风能利用率的准确性很值得怀疑。当然,风电厂的风力发电机都会根据测得的风速和输出功率绘制风功率曲线,但是,此时的风速是风轮后部测风仪测得的风速参见,要小于来流风速,风功率曲线偏高,必须进行修正。应用修正方法修正后,水平轴的风能利用率要降低30%~50%。对于小型水平轴风力发电机的风能利用率,中国空气动力研究与发展中心曾做过相关的风洞实验,实测的利用率在23%~29%。

结构特点

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水平轴风力发电机的叶片在旋转一周的过程中,受惯X和重力的综合作用,惯X的方向是随时变化的,而重力的方向始终不变,这样叶片所受的就是一个交变载荷,这对于叶片的疲劳强度是非常不利的。另外,水平轴的发电机都置于几十米的高空,这给发电机的安装、维护和检修带来了很多的不便。

垂直轴风轮的叶片在旋转的过程中的受力情况要比水平轴的好的多,由于惯X与重力的方向始终不变,所受的是恒定载荷,因此疲劳寿命要比水平轴风轮长。同时,垂直轴的发电机可以放在风轮的下部或是地面,便于安装和维护。

起动风速

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水平轴风轮的起动性能好已经是个共识,但是根据中国空气动力研究与发展中心对小型水平轴风力发电机所做的风洞实验来看,起动风速一般在4~5m/s之间,最大的居然达到5.9m/s,这样的起动性能显然是不能令人满意的。垂 直轴风轮的起动性能差也是业内的共识,特别是对于Darrieus式Ф型风轮,完全没有自启动能力,这也是限制垂直轴风力发电机应用的一个原因。但是,对于Darrieus式H型风轮,却有相反的结论。根据笔者的研究发现,只要翼型和安装角选择合适,完全能得到相当不错的起动性能,通过双涡轮式垂直轴风力发电机、垂直轴风力发电机、鼠笼式垂直轴风力发电机的风洞实验来看,这种Darrieus式H型风轮的起动风速只需要2m/s,优于上述的水平轴风力发电机。

保养

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普通型保养

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1、对所有转动部件每年检查,清洗,X一次;

2、对钢丝绳、索具和所有紧固连接件在每年雨季前进行一次清洗外表,涂敷防锈油;

3、每运转一年,对发电机轴承X保养一次;

4、每两年对风力机所有露天机件进行一次清洁,除锈,涂漆。

精品型保养

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1、露天机件均采用了不锈钢材或经过特殊的长效防锈蚀处理,不必再对外表进行保养;

2、发电机采用了高级轴承和高级锂基X脂,在运转5年之后对轴承进行检查,必要时适量补充X脂。

应用扩展方案

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应用场景

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分布式风力发电系统主要运用领域:可在农村、牧区、山区,发展中的大、中、小城市或商业区附近建造,解决当地用户用电需求。

解决方案

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分布式风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据现有风车技术,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。系统主要由风力发电机、蓄电池、控制器、并网逆变器组成。

方案特点

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运用钕铁硼永磁材料,超载能力强;

封闭式输电滑环,电缆不缠绕;

具有防腐、防酸雨、防盐碱的特性;

微型风机,2.5级风发电储能;

使用寿命长达15年;

具风向调节,超强风控制功能;

过充过放保护,直流恒压充电;

运行简单,无人工值守与特殊维护;

实际占地面积少,对土地要求低,在山丘、海边、河堤、荒漠等地形恶劣的条件下均可运用;

风轮不仅有同时还增加了立式及风叶的多种艺术造型。

市场潜力

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进入2008年下半年以来,受国际宏观形势影响,中国经济发展速度趋缓。为有力拉动内需,保持经济社会平稳较快发展,X加大了对交通、能源领域的固定资产投资力度,支持和鼓励可再生能源发展。作为节能环保的新能源,风电产业赢得历史性发展机遇。为全面推动经济社会发展,部分仍存在缺点、无电居民的地区加快小型风电发展步伐,加大了解决边远地区X众供电难问题的投资力度,有力推动了小型风电的进一步推广。

中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔,预计未来很长一段时间都将保持快速发展。随着中国风电设备的国产化,风光互补系统等新型技术的日渐成熟,小型风力发电的成本可望再降,经济效益和社会效益提升,小型风力发电市场潜力巨大。小型风电机组相关设备制造、小型风电技术研发、风电路灯等领域成为投资热点,市场前景看好。

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