風(fēng)力發(fā)電技術(shù)講座_五_風(fēng)力發(fā)電機的選型_使用和維護

1、技 術(shù) 講 座可再生能源 2006.5(總第 129期 991風(fēng)力發(fā)電機的選型這里所說的風(fēng)力發(fā)電機的選型與供電 , 主要是針對小型、 獨立運行的風(fēng)力發(fā)電機而言。(1 小型風(fēng)力發(fā)電機選型依據(jù)選擇小型風(fēng)力發(fā)電機組同購買其他物品一 樣 , 第一要適用 ; 第二要安全可靠 ; 第三要物美價 廉。 根據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能資源來選擇風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪的輸出功率與風(fēng)速的立方 成 正 比 。 這 就是說 , 當(dāng)風(fēng)速值有較小的變化時 , 輸出功率將 產(chǎn)生較大的變化。因此選擇風(fēng)力發(fā)電機要考慮 使其設(shè)計風(fēng)速值適合當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能資源 , 盡量與 之吻合。這樣 , 一可以充分利用當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能資 源 , 二可以充分發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電機的能量輸出

2、 , 提 高利用效益。例如 , 在某風(fēng)能可利用區(qū) , 每天 4m/s 的風(fēng)大 約有 15h 。一臺設(shè)計風(fēng)速為 7m/s 的 100W 風(fēng)力 發(fā)電機 , 日均發(fā)電量約為 100×(4/7 3×15=279.88W 。若選擇一臺設(shè)計風(fēng)速為 6m/s 的 100W 風(fēng)力發(fā) 電 機 , 其 日 均 發(fā) 電 量 約 為 100×(4/6 3×15=444.44W 。從上面的粗略計算 , 我們可以看出 , 選擇風(fēng)力 發(fā)電機的設(shè)計風(fēng)速與當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能資源達到最大的 吻合 , 可以提高風(fēng)力發(fā)電機的能量輸出。大多數(shù)氣象部門都建立了風(fēng)能資源數(shù)據(jù)庫 , 在選購風(fēng)力發(fā)電機時可向該部

3、門了解有關(guān)當(dāng)?shù)氐?風(fēng)能資源資料 , 了解當(dāng)?shù)氐哪辍?月、 日的平均風(fēng)速 ,有效風(fēng)速值 , 日平均吹刮小時數(shù)等 , 就可以利用風(fēng) 能公式估算出所選擇的風(fēng)力發(fā)電機平均年、 月、 日 的發(fā)電量 , 再根據(jù)用電需求量確定所選擇的風(fēng)力 發(fā)電機是否適宜。 根據(jù)家用電器的用電量來選擇風(fēng)力發(fā)電機不言而喻 , 購置風(fēng)力發(fā) 電 機 組 的 目 的 是 為 了解決用電。所以 , 當(dāng)我們選擇風(fēng)力發(fā)電機時 , 應(yīng) 考 慮 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 發(fā) 電 量 是 否 能 滿 足 用 電 量 的 要 求 。估計家用電器的用電量 , 可以用電器設(shè)備銘 牌標(biāo)定的電功率 (W 乘以平均每天使用的時間 (h , 即為它的平均日耗電

4、量。常用家用電器日耗 電量的參考值如表 1所示。根據(jù)家用電器平均日耗電量 , 把全年用電情 況 , 按月畫出用電量曲線 , 同時 , 根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資 源情況 , 把風(fēng)力發(fā)電機全年發(fā)電情況 , 按月繪出電 能輸出曲線 (如圖 1 。 為了滿足用戶需要 , 應(yīng)保證 發(fā)電量大于用電量 ; 但是超值太多也會造成投資 浪費。風(fēng) 力 發(fā) 電 技 術(shù) 講 座 (五 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 選 型 、 使 用 和 維 護姚興佳 , 王士榮 , 董麗萍(沈陽工業(yè)大學(xué) 風(fēng)能技術(shù)研究所 , 遼寧 沈陽 110023中圖分類號 :TM614文獻標(biāo)志碼 :B 文章編號 :1671-5292(2006 05-0099-0

5、4收稿日期 :2006-08-01。作者簡介 :姚興佳 (1949- , 男 , 教授 , 博士研究生導(dǎo)師 , 長期從事風(fēng)能利用技術(shù)的研究工作 , 國家 “ 863” 項目主持人 , 是享受國務(wù)院政府特殊津貼的專家。 E-mail :xingjia家用電器 規(guī) 格表 1常用家用電器日用電量參考值標(biāo)稱功率平均日使用時間日用電量W h kWh 電燈20W ×48060.48衛(wèi)視接收設(shè)備 3060.18彩色電視機 54cm8060.48音響 3020.06洗衣機 1200.250.03炊事鼓風(fēng)機3060.18用電設(shè)備RENEWABLE ENERGY No.52006(129Issue in

6、 All技 術(shù) 講 座 100圖 1風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電量與電器用電量的關(guān)系示意圖2風(fēng)力發(fā)電機的供電利用風(fēng)能發(fā)電供給用戶有 2種情況 :一是風(fēng)力發(fā)電機離網(wǎng)運行 , 發(fā)出的電不上電網(wǎng) , 就地供給用戶 (獨立供電 , 一般微、 小型風(fēng)力發(fā)電機都屬于這種情 況 ; 二是風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)運行 , 即發(fā)出的電輸入電 網(wǎng) , 用戶用電再由電網(wǎng)供給 , 一般中、大型風(fēng)力發(fā)電 機多屬于這種情況。下面所介紹的是前一種情況。在地處偏僻、 居民分散的山區(qū)、 牧區(qū)、 海島及 電網(wǎng)延伸不到地方 , 發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是解決照明等 生活用能和部分生產(chǎn)用電的一條可行途徑。這種 情況 , 要求風(fēng)力發(fā)電機組獨立地向全部負荷供電 , 獨立供

7、電有直流供電和交流供電 2種方式。(1 直流供電直流供電是小型風(fēng)力發(fā)電機組供電的主要方 式。它首先將風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的交流電整流成 直流 , 這樣電能質(zhì)量中的穩(wěn)頻問題就不存在了。 為 了保證無風(fēng)時也能用電 , 采用蓄電池作儲能設(shè)備 , 使電能的穩(wěn)壓問題也得到了解決。小型風(fēng)力發(fā)電 機組的直流供電 , 主要用來作照明、 電視機、 收音 機等生活用電的電源 ; 也有的作電圍欄等小型生 產(chǎn)用電的電源 , 具體做法有以下幾種。 一戶一機的供電方式這種方式一般都是自、 自管、 自發(fā)、 自用、 自備 蓄電池。 直流線路供電這種方式一般為一機多戶 , 或多機多戶合用 , 實際上就是風(fēng)力發(fā)電站 (廠 的直流供電

8、。機組通 常是集中安裝 , 統(tǒng)一管理 ; 蓄電池可以集中配備 , 也可以分散到戶 , 各戶自備。應(yīng)當(dāng)指出 :當(dāng)配電電 壓 較 低 (例 如 12V 或 24V 時 , 線 路 電 損 大 , 因 此 , 用戶不宜分散太遠。 充電站式供電在這種情況下 , 風(fēng)力發(fā)電站就是一個充電站 , 各戶自備蓄電池到發(fā)電站充電 , 充電后取回自用。 蓄電池的容量不宜太大 , 否則不易搬運 , 且易出事故。(2 交流供電 交流直接供電交流直接供電多用于對電能質(zhì)量無特殊要求 的情況 (如加熱水、 海水淡化等 。 在風(fēng)力資源比較豐 富 , 又比較穩(wěn)定的地區(qū) , 采取某些措施改善了電能質(zhì) 量 , 也可帶動照明、 動力負

9、荷。 這些措施包括 :利用風(fēng)力機的調(diào)速機構(gòu)、 發(fā)電機的勵磁裝置、 自動電壓調(diào)整 器、 自動加減載裝置、 頻率變換器、 變速恒頻發(fā)電機 等 , 使供電的電壓和頻率保持在一定范圍。 交流直流交流供電此種方式是先將風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的交流電整 流成直流 , 再用逆變器把直流電變換成電壓和頻 率都很穩(wěn)定的交流電輸出 , 這樣能達到用戶對交 流電的質(zhì)量要求。(3 小型互補供電系統(tǒng)自然界的風(fēng)速大小總在變化 , 風(fēng)力機有時因 為無風(fēng)就停止運轉(zhuǎn)了。為了盡可能地維持供電的 連續(xù)性 , 可根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源、 經(jīng)濟、 技術(shù)條件 , 在一 個電站內(nèi)配有兩種以上的發(fā)電裝置 , 除用風(fēng)力發(fā) 電外 , 還可用柴油、 太陽能、 乃

10、至水力發(fā)電 , 相互配 合 , 組成互補供電系統(tǒng)。3風(fēng)力發(fā)電機的安裝地點的選擇為了充分利用風(fēng)能資源 , 讓風(fēng)力機多作功、 少損壞 , 選擇好風(fēng)力機的安裝地點是至關(guān)重要的。 這 里所說的安裝地點 , 是指對單臺風(fēng)力發(fā)電機而言。 選擇安裝地點時通常有以下 3方面情況應(yīng)予考 慮 :一是風(fēng)能資源與氣象條件 ; 二是地形地貌 ; 三 是建筑物。(1 從風(fēng)力資源與氣象條件考慮 選擇風(fēng)能比較豐富的地域?qū)τ诖蟆?中型風(fēng)力機 , 當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速應(yīng)大于5m/s ; 對于小型風(fēng)力機 , 當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速應(yīng)大于 3m/s , 一年內(nèi)有效風(fēng)速時間應(yīng)大于 2000h 。在安裝風(fēng)力機地域范圍已定時 , 宜選擇風(fēng)速較大的地點

11、, 如山口、 隘口、 河谷、 開闊地、 草原等。 選擇風(fēng)向變化小的地域選擇在一年四季里有相對穩(wěn)定的風(fēng)向 , 或風(fēng) 向變化不太頻繁之處。 避開落雷區(qū)風(fēng)機容易受到雷電的轟擊 , 選擇風(fēng)力機安裝 地點 , 要盡量避開落雷區(qū)。技 術(shù) 講 座可再生能源 2006.5(總第 129期 101圖 4風(fēng)力機的位置與建筑物的關(guān)系圖 5在建筑物上安裝風(fēng)力發(fā)電機示意圖圖 2風(fēng)力機與丘陵、 樹林的安裝距離圖 3氣流經(jīng)過臺地和山地(2 從地形地貌考慮 避開高山、森林等對風(fēng)速影響較大的地區(qū) 當(dāng)風(fēng)力機安裝在比較平坦的地域 , 以安裝地 點為中心 , 在半徑 0.51km (小型風(fēng)力機可縮至 0.4km 的圓周內(nèi)應(yīng)無明顯障礙

12、物。若有丘陵、 樹 林時 , 應(yīng)按圖 2所示處理。 避開紊流區(qū)氣流經(jīng)過臺地或山地時 , 要形成繞流運動 (圖 3 。當(dāng)出現(xiàn)加速區(qū)和紊流區(qū)時 , 要選擇風(fēng)速最 高地段安裝風(fēng)力機 , 不要安裝在紊流區(qū)內(nèi)。 安裝地點要交通便利風(fēng)力機應(yīng)安裝在交通、 聯(lián)絡(luò)比較方便的地方。 (3 從建筑物方面考慮 與建筑物保持一定距離要避開建筑前方和后方的紊流區(qū)。風(fēng)力機若 安裝在建筑物的上風(fēng)向 , 與建筑物的距離應(yīng)遠于 建筑物高度的 2倍 ; 若安裝在下風(fēng)向 , 應(yīng)遠于建筑 物高度的 15倍 (圖 4 。 安裝在建筑物的頂部當(dāng)風(fēng)力機須安裝在房頂上時 , 要考慮它在頂面上的位置 (圖 5 ; 并要求風(fēng)力機的高度一般要大于

13、房屋的高度。 同時要考慮房屋承重的能力、 風(fēng)力機的 噪音以及風(fēng)輪葉片毀壞時可能造成的影響。4風(fēng)力發(fā)電機的使用與維護由于風(fēng)力發(fā)電機型號很多 , 不能具體闡述每一種型號的風(fēng)力發(fā)電機使用與維護 , 下面將概括 的說明風(fēng)力發(fā)電機的性能與使用特點以及通常的 維護要求。(1 風(fēng)力發(fā)電機使用 微型風(fēng)力發(fā)電機的使用微型風(fēng)力發(fā)電機多為直流發(fā)電機 , 輸出電壓 較低 , 常用于向蓄電池充電或直接供給低電壓照 明 , 一般不直接或很少直接為家用電器供電 , 用電 時應(yīng)接“直交”逆變器并升壓至 220V 才能供 電。微型交流發(fā)電機很少 , 交流電需升壓達 220V才能為電視、 電冰箱等電器供電。直流微型風(fēng)力發(fā)電機向蓄

14、電池充電 , 由幾個連 鎖開關(guān)來控制。 當(dāng)無風(fēng)不發(fā)電時 , 會自動切斷發(fā)電機 輸出電路 , 防止電流從蓄電池向發(fā)電機倒流 ; 當(dāng)用電 器用電時間長而風(fēng)力發(fā)電機又沒發(fā)電 , 蓄電池達到 放電終止電壓時 , 連鎖開關(guān)會自動切斷用電器電路。 這類微型風(fēng)力發(fā)電機基本上無人現(xiàn)場值守。 小型風(fēng)力發(fā)電機的使用03kW 的小型風(fēng)力發(fā)電機與微型風(fēng)力發(fā)電 機一樣 , 多為直流低電壓 ; 少數(shù)為交流 110V , 需經(jīng) 過升壓變壓器升至 220V 才能為生產(chǎn)生活供電。RENEWABLE ENERGY No.52006(129Issue in All技 術(shù) 講 座 102310kW 的小型風(fēng)力發(fā)電機 , 多為三相 4

15、00V/240V 交流 , 經(jīng)穩(wěn)壓后可直接為生產(chǎn)、生活供電。 小型風(fēng)力發(fā)電機很少并網(wǎng) , 一般都是單機使 用 , 或與太陽能發(fā)電、 或與柴油機發(fā)電互補 , 為草 原牧民、 有風(fēng)無電的邊遠地區(qū)居民、 海島漁民提供 生產(chǎn)或生活用電力。310kW 小 型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 大 部 分 設(shè) 有 制 動器 , 能自動調(diào)速、 調(diào)向。使用時 , 首先放開制動器 , 讓風(fēng)輪轉(zhuǎn)動 , 達到額定輸出電壓時合閘送電。 多余 的電能經(jīng)降壓變壓器及整流器變成直流電充入蓄 電池儲存 , 待無風(fēng)時 , 經(jīng) “直 -交” 逆變器和升壓器 變成 220V 交流電繼續(xù)供電。小型風(fēng)力發(fā)電機在額定風(fēng)速以上停機時 , 不 可突然拉閘

16、卸荷 , 應(yīng)將負載開關(guān)轉(zhuǎn)換到備用阻性 負載上 (如電阻絲 , 再制動剎車停機 , 不然容易造 成風(fēng)輪轉(zhuǎn)速急驟增加 (即飛車 而發(fā)生事故。310kW 小型風(fēng)力發(fā)電機也可通過電控系統(tǒng)實現(xiàn)無人現(xiàn)場值守 , 但要經(jīng)常檢查風(fēng)電機組各部 件是否正常。 這類小型風(fēng)力發(fā)電機調(diào)速、 調(diào)向是自 動的。當(dāng)風(fēng)速過大時 , 使風(fēng)輪順槳后應(yīng)制動剎車 , 以免發(fā)生事故。 中型風(fēng)力發(fā)電機的使用 額定功率 10100kW 的中型風(fēng)力發(fā)電機 , 基 本都使用三相交流發(fā)電機 , 電壓 400V/240V 。 1030kW 風(fēng)力發(fā)電機單機使用的多 , 并網(wǎng)的很少 , 其 使用注意事項與 310kW 小型風(fēng)力發(fā)電機相近。額定功率 50

17、kW 以上的風(fēng)力發(fā)電機多用于并網(wǎng)。同大型風(fēng)力發(fā)電機一樣 , 現(xiàn)代的、 用于并網(wǎng) 的、額定功率 50kW 以上的中型風(fēng)力發(fā)電機 , 也 實現(xiàn)了微機自控 , 達到自動調(diào)速 , 自動調(diào)向 , 自動 并網(wǎng)、 解列 , 自動電纜解繞 , 自動啟動、 運轉(zhuǎn)和自動 停機。 大型風(fēng)力發(fā)電機的使用現(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電機全部是微機自控 , 無人 現(xiàn)場值守。大型風(fēng)力發(fā)電機幾乎全都用在風(fēng)電場 發(fā)電并網(wǎng) , 單機使用的極少。 整個風(fēng)電場只需微機 總控制室有人值班 , 同時監(jiān)視幾臺、 十幾臺、 幾十 臺、 甚至幾百臺風(fēng)力發(fā)電機的運行。 當(dāng)任何一臺風(fēng) 力發(fā)電機出現(xiàn)故障 , 微機都會報警或自動解列、 停 機?？刂剖椅C終端會給出

18、故障原因 , 需要修理 的 , 值班人員通知維修人員去修理 ; 不需要維修 的 , 值班人員給微機指令 , 微機會執(zhí)行指令讓風(fēng)力發(fā)電機重新啟動、 運行 , 當(dāng)發(fā)電機達到并網(wǎng)電壓和 頻率時會自動并網(wǎng)。(2 風(fēng)力發(fā)電機的維護為使風(fēng)力發(fā)電在設(shè)計壽命期間內(nèi) (一般為 2030a 能正常地運行 , 應(yīng)按要求進行日常維護。 維護 的主要項目 :檢查各緊固件是否松動 ; 檢查各轉(zhuǎn)動 部件、 軸承的潤滑狀況 ; 對有刷勵磁交流發(fā)電機的 滑環(huán)和碳刷進行清洗、 更換碳刷 ; 檢查各執(zhí)行機構(gòu) 的液壓系統(tǒng)是否漏油 , 齒輪箱潤滑冷卻油是否滲 漏 , 并及時補充 ; 對電控系統(tǒng)的接觸器觸點進行維 護等。風(fēng)力發(fā)電機的維護要求通常如下。 風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)動部位的軸承每隔 3個月應(yīng)注一次潤滑油或潤滑脂 , 最長不能超過 6個月 , 機 艙內(nèi)的發(fā)電機等部件的潤滑最長間隔時間不能超 過 1年 , 具體要視風(fēng)力發(fā)電機運行情況而定。 每月都應(yīng)檢查增速器內(nèi)的潤滑、冷卻部位是否 缺油、 漏油。 1年應(yīng)換油 1次 , 至多不能超過 2年。 每周都應(yīng)檢查 1次有刷勵磁發(fā)電機的 碳刷、 滑環(huán)是否因打火被燒出坑 , 發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時維 修和更換。 每月都應(yīng)檢查 1次制動器的剎車片 , 調(diào)整間隙 , 確保制動剎車功能。 每月應(yīng)檢查 1次液壓系統(tǒng)是否漏油。 每月應(yīng)檢查 1次所有緊固件是否松動 , 發(fā)現(xiàn)松動即時擰緊。 每月應(yīng)檢