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    关于风力发电,你了解多少?

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    关于风力发电,你了解多少?

    发布日期:2019-06-04 17:08 来源:http://www.chengju.com 点击:

    关于风力发电,你了解多少?

    2000多年前,中国、巴比伦、波斯等国就已利用古老的风车提水灌溉、碾磨谷物。18世纪以后,风车在欧洲迅速发展。

    中国在公元前就已制造出简单的木制砻谷风车,它的作用原理与现代离心风机基本相同。它有一个等宽像现代多叶离心通风机机壳那样的木板风箱,上面有可放进谷子的方形口,左水平前面有方口,木轮子置于风箱中,轮子木轴伸出,装有摇把,靠摇把下侧设有斜口,轮子前后与风箱均有空隙可进空气。当手摇动轮子时,将谷子由上口倒进,由于轮子对由轮子与风箱之空隙进去的空气做功,提高了气体压力,将谷壳和稻草末由前方口吹送出去,谷子因为比重大,就由左下侧斜口流到谷袋里。这种木质砻谷风车也就是现代离心通风机、鼓风机和压缩机的鼻祖。

    鼓风器至迟发明于商、西周时。早期是用牛皮或马皮制成的一种皮囊,古时称之为橐(tuo)。橐是最早的鼓风器,也是风箱的前身。

    水排是我国古代一种冶铁用的水力鼓风装置。我国古代水排构造的详细记述最早见于元代的王祯《农书》,依水轮放置方式的差别,水排分成立轮式和卧轮式两种。它们都是通过轮轴、拉杆以及绳索把圆周运动变成直线往复运动,以此达到启闭风扇和鼓风的目的。水轮每转动一次,风扇可以启闭多次,所以鼓风效能大大提高。高大的炉子和强大的鼓风能力,是冶炼生铁的必要条件。

    1634年明代宋应星著的古代科技名著《天工开物》中记载有木风箱,它是古老的活塞式鼓风器,一直沿用至今,可称之为现代往复式压缩机的鼻祖。木风箱两端各设有一个进风口,口上设有活瓣。箱侧设有一风道,风道侧端各设一个出风口,口上亦装有活瓣。通过伸出箱外的杆,驱动活塞往复运动,促使活瓣一启一闭,以达到鼓风的目的。木风箱的动力有人力和水力等。

    风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面,现在,人们感兴趣的,首先是如何利用风来发电。

    风是一种潜力很大的新能源,人们台湾台中高美湿地的风力发电机台湾台中高美湿地的风力发电机也许还记得,十八世纪初,横扫英法两国的一次狂暴大风,吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船,并有数千人受到伤害,二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论,风在数秒钟内就发出了一千万马力(750万千瓦;一马力等于0.75千瓦)的功率!有人估计过,地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦,几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量,只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此,国内外都很重视利用风力来发电,开发新能源。

    风力发电原理

    把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,这就是风力发电。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。依据目前的风车技术,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。

    风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。(大型风力发电站基本上没有尾舵,一般只有小型(包括家用型)才会拥有尾舵)

    风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。(现在还有一些垂直风轮,s型旋转叶片等,其作用也与常规螺旋桨型叶片相同)

    由于风轮的转速比较低,而且风力的大小和方向经常变化着,这又使转速不稳定;所以,在带动发电机之前,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,再加一个调速机构使转速保持稳定,然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率,还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。

    铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高,为的是获得较大的和较均匀的风力,又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况,以及风轮的直径大小而定,一般在6-20米范围内。

    发电机的作用,是把由风轮得到的恒定转速,通过升速传递给发电机构均匀运转,因而把机械能转变为电能。

    风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;中国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高,但它不是只由一个发电机头组成的,而是一个有一定科技含量的小系统:风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要,各部分功能为:叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;机头的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生电能。

    一般说来,三级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发,风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定,一台55千瓦的风力发电机组,当风速为每秒9.5米时,机组的输出功率为55千瓦;当风速每秒8米时,功率为38千瓦;风速每秒6米时,只有16千瓦;而风速每秒5米时,仅为9.5千瓦。可见风力愈大,经济效益也愈大,

    在我国,现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。

    我国的风力资源极为丰富,绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上,特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿,平均风速更大;有的地方,一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区,发展风力发电是很有前途的。

    风力发电的输出

    风力发电机因风量不稳定,故其输出的是13~25V变化的交流电,须经充电器整流,再对蓄电瓶充电,使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源,把电瓶里的化学能转变成交流220V市电,才能保证稳定使用。

    通常人们认为,风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定,总想选购大一点的风力发电机,而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电,而由电瓶把电能贮存起来,人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小,而不仅是机头功率的大小。在内地,小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电,持续不断的小风,会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能,也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用,获得500W甚至1000W乃至更大的功率输出。

    使用风力发电机,就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电,其节约的程度是明显的,一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进,以前只是在少数边远地区使用,风力发电机接一个15W的灯泡直接用电,一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步,采用先进的充电器、逆变器,风力发电成为有一定科技含量的小系统,并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯;高速公路可用它做夜晚的路标灯;山区的孩子可以在日光灯下晚自习;城市小高层楼顶也可用风力电机,这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机,不但可以防止停电,而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区,风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务,使人们看电视及照明用电与城市同步,也能使自己劳动致富。

    风电机组的主要零部件包括叶片、齿轮箱、轴承、发电机等。具体介绍如下:

    一、叶片

    叶片造价占整个风电机组成本的15%20%,相当于每年形成近20亿元的市场容量。世界上著名的风电设备制造企业维斯塔斯(vestas)、西班牙gamesa、丹麦lm叶片公司已在天津建立风电叶片厂。目前国内有中航(保定)惠腾风力设备有限公司、中复连众复合材料集团有限公司、上海玻璃钢研究院、北京玻璃钢研究设计院和天津东汽风电叶片工程公司等生产叶片。虽然国内200750千瓦风电机组叶片的设计、制造技术已经成熟,并可以实现规模化生产,但是具有市场主流产品兆瓦级叶片的国内企业并不多,生产总量还不能满足国内市场的需求。

    二、齿轮箱

    目前国内生产齿轮箱多为兆瓦级以下产品,兆瓦级以上产品多采用进口齿轮箱设备。南京高精齿轮箱厂2006年生产了500多套风电用齿轮箱,折合成装机容量超过50万千瓦,在国内风电齿轮箱领域占据了40%以上的市场份额。据了解,2007年开发了1.25兆瓦和1.5兆瓦齿轮箱产品,计划生产1300套,产值超过10亿元。到2008年将形成年产2400套风电齿轮箱能力,产值超过20亿元。重庆齿轮箱厂已初步实现了600千瓦--1.5兆瓦风电齿轮箱的批量生产,风电齿轮箱定单有6个亿左右,预计2007年能生产风电齿轮箱3亿元左右。此外,大连重工起重集团已形成年产5001.5兆瓦风电齿轮箱能力,正扩建改造形成年产1500套能力。二重为东方汽轮机厂试制出1.5兆瓦风电齿轮箱,已生产200多套。

    三、轴承

    风电机组轴承主要包括:偏航轴承、主轴轴承、变桨轴承、发电机轴承等,其中主轴轴承和变桨轴承技术难度较大,现在基本依靠进口,成为制约国内很多整机厂商的主要瓶颈。瑞典skf及德国fag是风电轴承的主要供货商。我国风电轴承缺少成熟技术,大多轴承厂家在1兆瓦风机以上的技术多处于实验阶段,难以形成规模。虽然洛阳lyc轴承有限公司已具有1.5兆瓦级风电机组配套轴承的制造技术并可批量生产,最近又研制出2兆瓦风电轴承,但与世界先进技术相比还有一定距离。据悉,最近瓦房店轴承集团有限责任公司配合大连重工起重集团研制出变桨轴承,并形成年产2000套能力,现正在试制主轴轴承。

    四、发电机

    兰州电机厂开发的兆瓦级变速恒频双馈异步发电机和永济电机处于国内领先水平,2007年,兰州电机厂分别获得东方汽轮机厂和大连重工起重集团1.5兆瓦变速恒频双馈异步发电机200台和1200台合同。其自主研发的变速恒频风电机组采用了世界先进的风电机组设计理念,该机型已经成为风力发电的主流机型。据专家介绍,此外湘潭电机、佳木斯电机厂和东风电机厂,也正逐渐成为风电发电机的主要供货商。

    五、其他关键件

    国内风电机组中还有一些关键零部件和材料都依靠进口,或由国内的外资企业生产,如控制系统、变频器、联轴器、制动系统、润滑系统、叶片制造材料等。这些零部件和整机成本中占的比例比较高,据专家介绍,受国际市场供求关系影响,价格上涨直接影响整机制造成本。

    风力发电行业前景

    随着全球能源消费剧增,煤炭、石油、天然气等资源消耗速度加快,人们对环保、节能、无污染认识的逐步提高和技术发展,风电作为一种可再生能源,在我国得到迅速发展。截止到2006年底,我国风电总装机容量仅260万千瓦,20071年,风电就将新增装机容量200万千瓦。根据市场预测,20082010年新增风电装机容量平均每年将达到300万千瓦,预计到2010年累计风电装机达到1500万千瓦。以风电设备造价每千瓦60007000元,按照2006年国内风电产品市场占有率为40%计算,未来3年,每年风电设备市场容量将达到50多亿元;2010年后的10年间,整个市场容量平均每年约有150亿元,年均增速将超过20%

    近年来,风能市场迅速发展起来。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高速发展,同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。风电发展到目前阶段,其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。风电的优势在于:能力每增加一倍,成本就下降15%,近几年世界风电增长一直保持在30%以上。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化,风电成本可望再降。因此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。

    风力发电

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