風力發(fā)電機組的分類及各自特點
風力發(fā)電機組主要由兩大部分組成:風力機部分――它將風能轉換為機械能;發(fā)電機部分――它將機械能轉換為電能。
根據(jù)風機這兩大部分采用的不同結構類型、以及它們分別采用的技術方案的不同特征,再加上它們的不同組合,風力發(fā)電機組可以有多種多樣的分類。
1. 如依風機旋轉主軸的方向(即主軸與地面相對位置)分類,可分為:"水平軸式風機"――轉動軸與地面平行,葉輪需隨風向變化而調整位置;"垂直軸式風機"――轉動軸與地面垂直,設計較簡單,葉輪不必隨風向改變而調整方向。
2. 按照槳葉受力方式可分成"升力型風機"或"阻力型風機"。3.
按照槳葉數(shù)量分類可分為"單葉片"﹑"雙葉片"﹑"三葉片"和"多葉片"型風機;葉片的數(shù)目由很多因素決定,其中包括空氣動力效率、復雜度、成本、噪音、美學要求等等。大型風力發(fā)電機可由
1、2 或者 3 片葉片構成。葉片較少的風力發(fā)電機通常需要更高的轉速以提取風中的能量,因此噪音比較大。而如果葉片太多,它們之間會相互作用而降低系統(tǒng)效率。目前
3 葉片風電機是主流。從美學角度上看,
3 葉片的風電機看上去較為平衡和美觀。
4. 按照風機接受風的方向分類,則有"上風向型"――葉輪正面迎著風向(即在塔架的前面迎風旋轉)和"下風向型"――葉輪背順著風向,兩種類型。上風向風機一般需要有某種調向裝置來保持葉輪迎風。而下風向風機則能夠自動對準風向,
從而免除了調向裝置。但對于下風向風機, 由于一部分空氣通過塔架后再吹向葉輪,
這樣, 塔架就干擾了流過葉片的氣流而形成所謂塔影效應,使性能有所降低。
5. 按照功率傳遞的機械連接方式的不同,可分為"有齒輪箱型風機"和無齒輪箱的"直驅型風機"。有齒輪箱型風機的槳葉通過齒輪箱及其高速軸及萬能彈性聯(lián)軸節(jié)將轉矩傳遞到發(fā)電機的傳動軸,聯(lián)軸節(jié)具有很好的吸收阻尼和震動的特性,可吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移,并且聯(lián)軸器可阻止機械裝置的過載。而直驅型風機則另辟蹊徑,配合采用了多項先進技術,槳葉的轉矩可以不通過齒輪箱增速而直接傳遞到發(fā)電機的傳動軸,使風機發(fā)出的電能同樣能并網(wǎng)輸出。這樣的設計簡化了裝置的結構,減少了故障幾率,優(yōu)點很多,現(xiàn)多用于大型機組上。
6. 根據(jù)按槳葉接受風能的功率調節(jié)方式可分為:"定槳距(失速型)機組"――槳葉與輪轂的連接是固定的。當風速變化時,槳葉的迎風角度不能隨之變化。由于定槳距(失速型)機組結構簡單、性能可靠,在
20 年來的風能開發(fā)利用中一直占據(jù)主導地位。"變槳距機組"――葉片可以繞葉片中心軸旋轉,使葉片攻角可在一定范圍內(一般0-90度)調節(jié)變化,其性能比定槳距型提高許多,但結構也趨于復雜,現(xiàn)多用于大型機組上。
7. 按照葉輪轉速是否恒定可分為:"恒速風力發(fā)電機組"――設計簡單可靠,造價低,維護量少,直接并網(wǎng);缺點是:氣動效率低,結構載荷高,給電網(wǎng)造成電網(wǎng)波動,從電網(wǎng)吸收無功功率。"變速風力發(fā)電機組"――氣動效率高,機械應力小,功率波動小,成本效率高,支撐結構輕。缺點是:功率對電壓降敏感,電氣設備的價格較高,維護量大,F(xiàn)常用于大容量的主力機型;
8. 根據(jù)風力發(fā)電機組的發(fā)電機類型分類,可分為兩大類:異步發(fā)電機型"
"同步發(fā)電機型"只要選用適當?shù)淖兞餮b置,它們都可以用于變速運行風機。
異步發(fā)電機按其轉子結構不同又可分為:
(1)籠型異步發(fā)電機――轉子為籠型。由于結構簡單可靠、廉價、易于接入電網(wǎng),而在小、中型機組中得到大量的使用;
(2)繞線式雙饋異步發(fā)電機――轉子為線繞型。定子與電網(wǎng)直接連接輸送電能,同時繞線式轉子也經(jīng)過變頻器控制向電網(wǎng)輸送有功或無功功率。
同步發(fā)電機型按其產(chǎn)生旋轉磁場的磁極的類型又可分為:
(1)電勵磁同步發(fā)電機――轉子為線繞凸極式磁極,由外接直流電流激磁來產(chǎn)生磁場。
(2)永磁同步發(fā)電機――轉子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極,通常為低速多極式,不用外界激磁,簡化了發(fā)電機結構,因而具有多種優(yōu)勢。
9. 如根據(jù)風機的輸出端電壓高低化分,一般可分為:"高壓風力發(fā)電機"――風力發(fā)電機輸出端電壓為
10~20kV,甚至 40kV,可省掉風機的升壓變壓器直接并網(wǎng)。它與直驅型,永磁體磁極結構一起組成的同步發(fā)電機總體方案,是目前風力發(fā)電機中一種很有發(fā)展前途的機型,"低壓風力發(fā)電機"――輸出端電壓為
1kV 以下,目前市面上大多為此機型。
10. 如根據(jù)風機的額定功率化分,一般可分為:
微型機:10 k W 以下
小型機:1 0 k W 至 1 0 0 k W
中型機:1 0 0 k W 至 1 0 0 0 k W
大型機:1 0 0 0 k W 以上(MW 級風機)