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风力发电

来源:null  发布日期:2014-09-11     点击数:825

 

 

风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。1979年上半年,美国在北卡罗来纳州的蓝岭山,又建成了一座世界上最大的发电用的风车。

 

1 基本简介

风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大,全球的风能约为2.74×109MW,其中可利用的风能为2×107MW,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等,而现在,人们感兴趣的是如何利用风来发电。

2 发展历程

利用风力发电的尝试,早在本世纪初就已经开始了。三十年代,丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术,成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机,广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用,它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。不过,当时的发电量较低,大都在5千瓦以下。

国外已生产出154045100225千瓦的风力发电机了。19781月,美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成的200千瓦风力发电机,其叶片直径为38,发电量足够60户居民用电。而1978年初夏,在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置,其发电量则达2000千瓦,风车高57,所发电量的75%送入电网,其余供给附近的一所学校用。

1979年上半年,美国在北卡罗来纳州的蓝岭山,又建成了一座世界上最大的发电用的风车。这个风车有十层楼高,风车钢叶片的直径60;叶片安装在一个塔型建筑物上,因此风车可自由转动并从任何一个方向获得电力;风力时速在38公里以上时,发电能力也可达2000千瓦。由于这个丘陵地区的平均风力时速只有29公里,因此风车不能全部运动。据估计,即使全年只有一半时间运转,它就能够满足北卡罗来纳州七个县1%2%的用电需要。

3 发电机械

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范围内。

4 基本原理

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,大约是每秒三公尺的微风速度(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,因为风力发电没有燃料问题,也不会产生辐射或空气污染。

风力发电机因风量不稳定,故其输出的是1325V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乃至更大的功率出。

5 中国情况

上世纪九十年代,中国的独立电源系统主要采用水平轴风力发电机和太阳能光伏系统来供应电力,主要应用于通信基站、边防哨所、海岛部队等特殊场合,主要是面向部队的一套后勤保障系统。

经过一定时间的应用后,发现诸多问题。如台风期间的设备损坏严重;噪音大,影响人员正常休息;对通信设备的干扰,使得某些设备无法正常运转。这些问题的发生使得部队正常通讯受到了影响。

2001年,为了解决这些问题,召集相关单位展开讨论,作为部队通信产品配套厂家的上海模斯电子设备有限公司也受到了邀请。会后,经过一定时间的调研和研究,MUCE公司提出承担此项科研攻关的重任,得到了部队领导的同意,并下达指示,必须尽快拿出技术方案并作出样机。

在西军电、西交大、上复旦、上同济等高校一批专家的配合下,上海模斯电子设备有限公司在不到一年的时间里,就成功研制出了世界上第一台新型(H)垂直轴风力发电机,并装机试验成功,获得了基础数据和实际经验。(这也成为了全球首台新型垂直轴风力发电机诞生日)在后续的一年里,MUCE对产品进行无数次改进和测试,2002年底产品通过了各项测试,并达到了各项设计要求。

6 西欧情况

依据由432页组成的该报告,所谓涡轮发电机实体及涡轮发电机引擎·发电机·发电机组之涡轮发电机关联产品的全球市场,预测到2014年为止将以年 率6.1%成长,达到1330亿美元。其中风力涡轮发电机部门牵引其成长。此外,有庞大人口的发展中国家对军事用/商务用飞机的需求剧增,预测大型涡轮发电机引擎部门在同期间中亦大幅成长。

美国对涡轮发电机的需求,预估到2014年为止将以年率5.5%增加,西欧则以4%增加。相对的市场成熟度,以西欧的风力发电市场在全球中最成熟,现在的电力需求中,风力发电占的比例分别为丹麦20%、爱尔兰11%、德国8%、西班牙及葡萄牙为15%。

 

 


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