小型風電技術.doc

小型風電技術2007-10-9 23:30:22東盟商機信息中心艷紅：同學們：你們好！我是艷紅。歡迎收聽由我主持的西部開發(fā)農(nóng)業(yè)科技教育廣播講座節(jié)目，今天我們要給大家介紹農(nóng)業(yè)部生態(tài)家園富民計劃系列廣播講座的一項新技術，小型風力發(fā)電技術。為此我們請來了內(nèi)蒙古華德新技術公司秦建平先生為我們介紹這項能源技術。秦先生：您好！秦建平：艷紅你好。1艷紅：秦先生，風力發(fā)電應該說是既有效利用了自然資源，又不對自然環(huán)境造成污染，又可以解決偏遠地區(qū)人民的生活。有了電，人的生活質(zhì)量就可以上一個新臺階，比方說有了電就可以看電視接收最新信息。那是不是先請您把人類對風能的利用情況簡單介紹一下？秦建平：好的。我先簡單介紹一下人類對風能的利用情況，給大家一個總體印象。人類對風能的利用已有幾千年的歷史，最初主要是利用風力提水灌溉，及海水曬鹽和風力驅(qū)動的磨坊。這在當時是人類利用自然界的力量，利用風力和水力代替人力和畜力來驅(qū)動工作機械，提高了生產(chǎn)力。至于人類利用風能來驅(qū)動船只航行，則可追溯到更久遠的年代。2艷紅：我們國家是從什么時候開始利用風能發(fā)電的呢？秦建平：我國較大規(guī)模地開發(fā)和應用風力發(fā)電機，特別是小型風力發(fā)電機，始于年代，當時研制的風力提水機用于提水灌溉和沿海地區(qū)的鹽場，研制的較大功率的風力發(fā)電機應用于浙江和福建沿海，特別是在內(nèi)蒙古地區(qū)由于得到了政府的支持和適應了當?shù)刈匀毁Y源和當?shù)厝罕姷男枨?，小型風力發(fā)電機的研究和推廣得到了長足的發(fā)展。對于解決邊遠地區(qū)居住分散的農(nóng)牧民群眾的生活用電和部分生產(chǎn)用電起了很大作用。近年來，隨著世界范圍內(nèi)對環(huán)境保護、全球溫室效應的重視，各國都競相發(fā)展包括風能在內(nèi)的可再生能源的利用技術，將風能作為可持續(xù)發(fā)展的能源政策中的一種選擇，不論對并網(wǎng)型的大型風力發(fā)電機和適用于邊遠地區(qū)農(nóng)牧戶的離網(wǎng)型小型風力發(fā)電機都給予了很大的政策支持。我國目前已有安裝并網(wǎng)的風力機的風力田 24 處，總裝機容量26.8萬千瓦。小型風力機的保有量超過14萬臺，使我國成為世界上小型風力發(fā)電機保有量最多的國家。3艷紅：利用一種資源一定要了解它的特點，利用風能發(fā)電是不是也要了解掌握風的特點，以便更好地加以利用？秦建平：要利用風能，象你講的必須了解風力的特性。風是地球上最常見的自然現(xiàn)象。太陽輻射對地球表面的不均勻性加熱是風的主要成因。太陽輻射透過大氣層到達地球表面，地表各處（海洋和陸地；沙漠、荒原和植被、森林地區(qū)等等）吸收熱量不同，而地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)，季節(jié)、氣候變化和晝夜溫差的影響，使地表各處散熱情況也各不相同。散熱多的地區(qū)，靠近地表的空氣受熱膨脹，壓力減小，形成低氣壓區(qū)?？諝鈴母邭鈮簠^(qū)向低氣壓區(qū)流動就產(chǎn)生了風。地形、地貌的差異，地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)的影響，更加劇了空氣流動量和流動方向的多變性，造成風速和風向的變化性和復雜性。到達地球范圍內(nèi)的太陽能，大約有2%左右轉(zhuǎn)化成風能，因此風能是一種廣義的太陽能，只要太陽存在就存在風能資源，風能是一種永久性的無污染的可再生能源。風能作為一種能量資源有這么幾個特點：（1）風能是一種在大部分地區(qū)和大部分時間可容易獲取的能源。風能不光在白天有陽光時可得到，而在夜間也可得到，而許多家用電器，如：照明燈和電視機經(jīng)常是在夜間工作的。當然，風能的能量密度低，空氣的密度比水小816倍，這意味著需要較大的風輪來獲取能量，單機不可能太大，更適合中、小型機組。（2）風能的變化性和隨機性。充分體現(xiàn)風能的變化性和隨機性對于正確地選擇風力機和風力機系統(tǒng)中配置，選擇正確的安裝位置是非常重要的。a.風的季節(jié)變化：由于地理位置的不同和季節(jié)溫度的不同，各個地區(qū)的風速和風向一般都隨季節(jié)的變化而有顯著的不同。如內(nèi)蒙地區(qū)春季和冬季平均風速為每秒5.1米，而夏季平均風速為每秒4.5米，不同季節(jié)的平均風速有著顯著不同。b.風的日變化：在一個特定地區(qū)，一天當中風速的變化是有規(guī)律的，這是由于不同地表對于太陽輻射熱的吸收差異造成的。c.風隨高度變化：在一定高度范圍內(nèi)，風速隨高度增加而增加。同時高度增加后，由地面物體如房屋、樹木等引起的風紊流也減小，這對于風力機的平穩(wěn)運行是有利的。風能的隨機性是指在同一地點風速總是在不斷變化的，人們一般用風速變化幅度的中間值來表示平均風速。平均風速風向變化隨晝夜和季節(jié)而變化在統(tǒng)計上有一定規(guī)律，但在某一時間內(nèi)風速是不確定的，有時一連幾天沒風，有時會有很強的陣風甚至一連幾天幾夜刮大風。由于空氣密度低，風速?。ㄐ∮?米/秒）風能太小而無利用價值。風太大（超過25米/秒），不僅無法利用，而且具有很大的破壞性。風的這種變化性和隨機性增加了風能利用的困難，使得必須在風力機系統(tǒng)中增加調(diào)速限速裝置和儲能設備。4艷紅：秦先生，聽您這么講，我們對風的特點有了一個比較系統(tǒng)的了解。那么風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)，就是它都由哪些設備組成的，我想很多聽眾朋友都希望有一個了解？秦建平：風力發(fā)電機根據(jù)應用場合的不同又分為并網(wǎng)型和離網(wǎng)型風力機，離網(wǎng)型風力發(fā)電機亦稱獨立運行風力機是應用在無電網(wǎng)地區(qū)的風力機，一般功率較小。獨立運行風力機一般需要與蓄電池和其他控制裝置共同組成獨立運行風力機發(fā)電系統(tǒng)。這種獨立運行系統(tǒng)可以是幾千瓦乃至上幾十千瓦解決一個村落的供電系統(tǒng)，也可以是幾十到幾百瓦的小型風力發(fā)電機組以解決一家一戶的供電，我們這里主要介紹適合我國邊遠無電地區(qū)的小型風力發(fā)電機組。小型風力發(fā)電機組的組成：小型風力發(fā)電機組一般由下列幾部分組成：風輪、發(fā)電機、調(diào)速和調(diào)向機構(gòu)、停車機構(gòu)、塔架及拉索等，控制器、蓄電池、逆變器等。風輪：小型風力機的風輪大多用23個葉片組成，它是把風能轉(zhuǎn)化為機械能的部件。目前風輪葉片的材質(zhì)主要有兩種。一種是玻璃鋼材料，一般用玻璃絲布和調(diào)配好的環(huán)氧樹脂在模型內(nèi)手工糊制，在內(nèi)腔填加一些填充材料，手工糊制適用于不同形狀和變截面的葉片但手工制作費工費時，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制。國外小風機也采用機械化生產(chǎn)等截面葉片，大大提高了葉片生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。發(fā)電機：小型風力發(fā)電機一般采用的是永磁式交流發(fā)電機，由風輪驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流后變成可以儲存在蓄電池中的直流電。調(diào)向機構(gòu)、調(diào)速機構(gòu)和停車機構(gòu)：為了從風中獲取能量，風輪旋轉(zhuǎn)面應垂直于風向，在小型風機中，這一功能靠風力機的尾翼作為調(diào)向機構(gòu)來實現(xiàn)。同時隨著風速的增加，要對風輪的轉(zhuǎn)速有所限制，這是因為一方面過快的轉(zhuǎn)速會對風輪和風力機的其他部件造成損壞，另一方面也需要把發(fā)電機的功率輸出限定在一定范圍內(nèi)。由于小型風力機的結(jié)構(gòu)比較簡單，目前一般采用葉輪側(cè)偏式調(diào)速方式，這種調(diào)速機構(gòu)在風速風向變化轉(zhuǎn)大時容易造成風輪和尾翼的擺動，從而引起風力機的振動。因此，在風速較大時，特別是蓄電池已經(jīng)充滿的情況，應人工控制風力機停機。在有的小型風力機中設計有手動剎車機構(gòu)，另外在實踐可采用側(cè)偏停機方式，即在尾翼上固定一軟繩，當需要停機時，拉動尾翼，使風輪側(cè)向于風向，從而達到停車的目的。小型風力機的塔架一般由塔管和根拉索組成，高度米，也可根據(jù)當?shù)貙嶋H情況靈活選取。蓄電池是發(fā)電系統(tǒng)中的一個非常重要的部件，多采用汽車用鉛酸電瓶，近年來國內(nèi)有些廠家也開發(fā)出了適用于風能太陽能應用的專用鉛酸蓄電池。也有選用鎘鎳堿性蓄電池的，但價格較貴?？刂破骱湍孀兤鳎猴L力機控制器的功能是控制和顯示風力機對蓄電池的充電，以保證蓄電池不至于過充和過放，以保證蓄電池的正常使用和整個系統(tǒng)的可靠工作。目前風力機控制器一般都附帶一個耗能負載，它的作用是在蓄電池瓶已充滿，外部負荷很小時來吸納風力機發(fā)出的電能。逆變器：逆變器是把直流電（12V、24V、36V、48V）變成220V交流電的裝置，因為目前市場上很多用電器是220V供電的，因此這一裝置在很多應用場合是必須的。5艷紅：如果我想安裝一套風力發(fā)電機組解決電力供應問題，在選擇發(fā)電機組的時候應該注意哪些問題？秦建平：選擇合適的小型風力發(fā)電機要從兩方面入手，一是要了解當?shù)仫L資源情況，二是適合于用戶用電的需求。風力機是從風中吸取能量的，風速的大小直接影響風力機的功率輸出和發(fā)電量。當?shù)仫L資源的數(shù)據(jù)一般可以從當?shù)貧庀蟛块T獲得，最能表示風資源的數(shù)據(jù)是年平均風速，因此至少我們應獲得當?shù)囟嗄杲y(tǒng)計得到的年平均風速。知道了當?shù)氐哪昶骄L速，可以估算出某一種風力機在此平均風速下的年發(fā)電量和月平均發(fā)電量。我們公司生產(chǎn)的300W風力發(fā)電機在年平均風速3米/秒條件下可每天發(fā)電693瓦時，在4米/秒條件下每天可發(fā)電1485瓦時，在5.1米/秒條件下每天可發(fā)電2380瓦時。二是要估算一下家里計劃要安裝的電器的總的耗電量。如：3盞節(jié)能每盞瓦，平均每天用小時15瓦4=180瓦時一臺21彩電功率65瓦， 平均每天用5小時165瓦5=325瓦時其他錄音機等合計20W用電3小時120瓦3=60瓦時三項合計每天總用電量565瓦時，也就是0.565度電.在當?shù)仄骄L速達到4米/秒時，選用華德公司300瓦風力發(fā)電機，在考慮各配套部件的效率后，可以滿足用電需求。切記這里計算的是電能，風力機每天能發(fā)多少電能，家里用電器每天需用多少電能。6、小型風力發(fā)電機各部件的匹配風力機發(fā)出的電需要儲存在蓄電池中，通過逆變器向用電器提供電力，因此風力機、蓄電池、逆變器的能力要互相匹配，同時要與用電器的功率和耗能相匹配。選配蓄電池除了要考慮將風力機平均每天發(fā)電量存入蓄電池，另外要考慮在無風時，系統(tǒng)仍然能夠保證一定時間內(nèi)正常供電。蓄電池容量太小，供電保證率低，同時蓄電池經(jīng)常處于過充放或過放狀態(tài)，蓄電池的使用壽命會降低。蓄電池容量太大，支出費用高，造成不必要的浪費。選配逆變器，主要考慮以下三點：逆變器的功率和降值功率應滿足用電器的要求，逆變器的額定功率應大于所有用電器額定功率并應留有一定余地，以便今后增加用電器。由于許多用電器（如彩色電視和小冰柜）的起動功率大大高于它們的額定功率，因此逆變器的峰值功率的大小和持續(xù)時間應滿足這些電器起動的要求。根據(jù)逆變器效率曲線，選擇適合自己的逆變器。逆變器效率是一條隨功率變化的曲線，廠家有時按最高點（如額定功率處）給出最高效率，但有的系統(tǒng)大都時間不工作在這一點。如一個瓦的逆變器要帶小冰柜和彩電等，大部分工作時間是在瓦（）左右工作，如果此處逆變器的效率偏低，將大大地浪費能源。要考慮逆變器的波型，有些劣質(zhì)逆變器帶有大量諧波會對電視、錄音機等造成干擾，影響收看、收聽效果。這些諧波也會造成冰柜的電機過熱，影響它的使用壽命。6艷紅：秦先生，前面您介紹了風力發(fā)電機組的技術特性，那么風力發(fā)電機的安裝位置是不是也有一定的技術要求？秦建平：風力發(fā)電機機選定以后，風力機輸出能量的大小主要與風速有關，因此要選擇合適的安裝位置以獲取最大的能量。另外在風中也存在著對風力機不利的紊流和垂直切變等因素，在選址上也要盡量避免這些不利因素的影響。風力機的選址是一個非常復雜的問題，大的風力田的選址往往需要了解多年的氣象數(shù)據(jù)，并經(jīng)過若干年的實測，考慮其他綜合因素，才能最終確定風力機的安裝地點。針對小型風力機的選址，往往是已經(jīng)有了居住的房屋等，再選擇場地安裝風力機，在這種條件限制下選擇小型風力機安裝場地應注意以下幾點：確定當?shù)氐闹黠L向，風力機應安裝在主風向的上風頭。例：內(nèi)蒙古大部分地區(qū)盛行西北風，那么風力機應安裝在房屋的西北方向，以減少房屋對風的遮擋作用。同時要求在風力機的上風頭盡量沒有其他房屋或樹木等障礙物的存在。盡量避免風的紊流的影響，紊流是風在流經(jīng)粗糙地表或障礙物而引起風速風向的急劇變化而造成的。紊流造成風力機輸出功率減小并引風力機振動，造成噪音和影響使用壽命。為了避免紊湍流的影響，風力機應安裝在相對開闊無遮擋地方，離開房屋一定距離。風力機風輪高度范圍內(nèi)的風速垂直切變要小，風速的垂直切變是指在高度方向各個層面的風速不同，這是由于地形和地面粗糙度所引起的，垂直切變使風輪葉片受到分布不均勻的力的作用，容易造成風輪損壞。為了避免風速垂直切變對風輪的影響，應選擇合適的風力機安裝高度。在障礙物較多較近的地方，風力機必須安裝在距房屋較近地點時，應考慮加高風力機的安裝高度。7艷紅：機器設備在使用中免不了維護保養(yǎng)，小型風力機常年在自然風況下運行，其所處的環(huán)境非常惡劣，嚴寒酷暑，雨淋日曬，鹽霧侵蝕，風沙侵襲。風力發(fā)電機組維護保養(yǎng)應該如何進行呢？秦建平：除了選擇合適的安裝場地，按照說明書要求正確安裝，另外還要注意正確地使用與維護保養(yǎng)小型風力發(fā)電機組，小型風力發(fā)電機組的使用維護應該注意的問題很多，各個廠家針對自己設計生產(chǎn)的機型，也有些特殊的要求。但一般情況下應注意以下幾點：風力機是一個常年（幾年每天24小時）在室外運行的機械設備，因此要定期檢查和維護，以使其保持良好的工作狀態(tài)。定期維護的重點是檢查風力機的拉索的松緊度、拉索的緊固件是否牢靠，地錨是否松動或拔出。特別是在春季和大風季前后要特別注意拉索、地錨等的情況。應該運行一年后，將風力機放倒，對風力機的各緊固件進行一次全面檢修，對相對運行部件進行適當?shù)臐櫥ｐB(yǎng)。在檢修保養(yǎng)時，如有發(fā)現(xiàn)損壞的零部件、緊固件等要及時更換。小型風力機組中的蓄電池是日常維護保養(yǎng)的重點。關于蓄電池保養(yǎng)維護的要求也很多，重點是以下兩點：一是蓄電池的導線聯(lián)接一定要緊密牢固，不可松動。特別是在風力機運行中不可取下連接蓄電池的導線，否則如果運行中的風力機失去了蓄電池這個負載有可能產(chǎn)生較高電壓，從而損壞系統(tǒng)中的其他設備，如逆變器。二是平常要注意觀察電瓶電壓和蓄電池內(nèi)電解液液面的高度變化，對蓄電池的狀態(tài)做到心中有數(shù)，防止蓄電池過充或過放。要根據(jù)需要適時添加蒸餾水，以保證蓄電池的正常工作，延長使用壽命。9、風光互補系統(tǒng)風力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電各自有著自身的優(yōu)勢，而且在電能供應方面有著較大的互補性，如光伏發(fā)電只能在白天有太陽時發(fā)電，并在晚間需要用電照明、看電視時只能用儲存在蓄電池中的電。而風力發(fā)電只要有風一天小時均可發(fā)電。再如，在內(nèi)蒙古夏天風況不好，常常連續(xù)幾天沒有風，而此時太陽能資源非常好，日照時間長。冬天的