低风速启动、低风速发电、变桨矩、多重保护
太阳能光伏发电30元/瓦左右的价格受大众所认可,可转化率仅有15%左右;而中小型风力发电的价格仅为同等的1/5-1/6转化率却有60%-80%
目前我国生产的小型风力发电机按额定功率分为10种,分别为100W、150W、200W、300W、500W、1kW、2kW、3kW、5kW、10kW。其技术特点是:2~3个叶片、侧偏调速、上风向,配套高效永磁低速发电机,再配以尾翼、立杆、底座、地锚和拉线。机组运行平稳、质量可靠,设计使用寿命为15年。风轮的最大功率系数已从初期的0.30左右提高到0.38~0.42,而且启动风速低,叶片材料已多样化:木质、铁质、铝合金、玻璃钢复合型和全尼龙型等。风轮采用定桨距和变桨距两种,以定桨距居多。发电机选配的是具有低速特性的永磁发电机,永磁材料使用的是稀土材料,使发电机的效率从普通电机的0.50提高到现在的0.75以上,有些可以达到0.82。小型风力发电机组的调向装置大部分是上风向尾翼调向。调速装置采用风轮偏置和尾翼铰接轴倾斜式调速、变桨距调速机构或风轮上仰式调速。功率较大的机组还装有手动刹车机构,以确保风力机在大风或台风情况下的安全。风力发电机组配套的逆变控制器,除可以将蓄电池的直流电转换成交流电的功能外,还具有保护蓄电池的过充、过放、交流卸荷、超载和短路保护等功能,以延长蓄电池的使用寿命。机组的价格较低,且适合于我国的低速地区应用。几种机组型号及技术参数见表3-4。
表3-4 几种小型风力发电机组型号及技术参数
产品型号 | 风轮直径/m | 叶片数 | 风轮中心高/m | 起动风速/(m/s) | 额定风速/(m/s) | 停机风速/(m/s) | 额定功率/W | 额定电压/V | 配套发电机 | 品质/㎏ | FD2-100 FD2-150 FD2.1-200 FD2.5-200 | 2 2 2.1 2.5 | 2 2 3 3 | 5 6 7 7 | 3 3 3 3 | 6 7 8 8 | 18 40 25 25 | 100 150 200 300 | 28 28 28 42 | 铁氧体 永磁交流 发电机 | 80 100 150 175 | FD3-500 FD4-1K FD5.4-2K | 3 4 5.4 | 3 3 3 | 7 9 9 | 3 3 4 | 8 8 8 | 25 25 25 | 500 1000 2000 | 42 56 110 | 钕铁硼 永磁交流 发电机 | 185 285 1500 | FD6.6 | 6.6 | 3 | 10 | 4 | 8 | 20 | 3000 | 110 | 电刷爪级 | 1500 | FD7-5K FD7-10K | 7 7 | 2 2 | 12 12 | 4 4 | 9 11.5 | 40 60 | 5000 10000 | 220 220 | 电容励磁 异步电机 | 2500 3000 |
首先,风电机组单机容量持续增大。大容量机组能够降低风电场运行维护成本、发电成本,从而提高风电的市场竞争力。风力发电机组技术朝着提高单机容量,减轻单位kW 重量,提高转换效率的方向发展。在上世纪90 年代,600kW 风机占据风机市场的主流。到 2001 年,新装机的风电场,基本上以MW级以上的风机为主,到 2005 年,MW 级以上单机装机容量约占当年整个装机容量的 75%。2004 年 9 月,在德国安装了当时世界上最大单机容量的风电机组,这就是由德国Repower公司生产的5MW 风电机组。预计到 2010 年,还将开发出 10MW 的风电机组。 其次,变桨距调节功率技术。变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全、高效等优点,在大型风电机组上得到了广泛应用。在德国2004年上半年所安装的风电机组中,就有 91.2%的风电机组采用的是变桨距调节方式。2MW以上的风电机组大多这一技术。 第三,变速恒频技术。目前大多风电机组制造厂商使用变速恒频和变桨距技术,开发出了变桨变速风电机组,并在市场上快速推广和应用。2004 年和 2005 年,全球所安装的风电机组中,有 92%的风电机组采用了变速恒频技术,而且这个比例还在逐渐提高。 第四,无齿轮箱技术。无齿轮箱的直驱方式能有效减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障,提高系统运行的可靠性和寿命,减少维护成本。德国 2004 年上半年安装的风电机组中,采用无齿轮箱系统的机组占了 40.9%。
表2-5 风电机组的风轮直径与额定容量的对应关系
项目 | 风轮直径/m | 扫风面积/㎡ | 额定功率/kW | 小型 | 0~8 | 0~50 | 0~10 | 8.1~11 | 50.1~100 | 10~25 | 11.1~16 | 100.1~200 | 30~60 | 中型 | 16.1~22 | 200.1~400 | 70~130 | 22.1~32 | 400.1~800 | 150~330 | 32.1~45 | 800.1~1600 | 300~750 | 大型 | 45.1~64 | 1600.1~3200 | 600~1500 | 64.1~90 | 3200.1~6400 | 1500~3100 | 90.1~128 | 6400.1~12800 | 3100~6400 |
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