風機各部分組成簡介

發佈日期: 2012 年 06 月 29 日 0:00 | 作者: | 分類: 綠能知識

機艙:機艙包容著風電機的關鍵設備,包括齒輪箱、發電機。維護人員可以通過風電機塔進入機艙。機艙前端是風電機轉子,即轉子葉片和軸。

轉子葉片:捉獲風,並將風力傳送到轉子軸心。在600千瓦級別的風電機上,每個轉子葉片的測量長度大約為20米;而在5兆瓦級別的風電機上,葉片長度可以達到近60米。葉片的設計很類似飛機的機翼,製造材料卻大不相同,多採用纖維而不是輕型合金。大部分轉子葉片用玻璃纖維強化塑膠(GRP)製造。採用碳纖維或芳族聚醯胺作為強化材料是另外一種選擇,但這種葉片對大型風電機是不經濟的。木材、環氧木材、或環氧木纖維合成物目前還沒有在轉子葉片市場出現,儘管目前在這一領域已經有了發展。鋼及鋁合金分別存在重量及金屬疲勞等問題,目前只用在小型風電機上。。實際上,轉子葉片設計師通常將葉片最遠端的部分的橫切面設計得類似於正統飛機的機翼。但是葉片內端的厚輪廓,通常是專門為風電機設計的。為轉子葉片選擇輪廓涉及很多折衷的方面,諸如可靠的運轉與延時特性。葉片的輪廓設計,即使在表面有污垢時,葉片也可以運轉良好。

軸心:轉子軸心附著在風電機的低速軸上。

低速軸:風電機的低速軸將轉子軸心與變速齒輪箱連接在一起。在一般的風電機上,轉子轉速相當慢,大約為19至30轉每分鐘。軸中有用於液壓系統的導管,來激發空氣動力閘的運行。

齒輪箱:齒輪箱連接低速軸和高速軸的變速裝置,它可以將高速軸的轉速提高至低速軸的50倍。

高速軸及其機械閘:高速軸以超過1500轉/分鐘運轉,並驅動發電機。它裝備有緊急機械閘,用於空氣動力閘失效時,或風電機被維修時。

發電機:風電機發電機將機械能轉化為電能。風電機上的發電機與普通電網上的發電設備相比,有所不同:風電機發電機需要在波動的機械能條件下運轉。通常使用的風電機發電機是感應電機或非同步發電機,最新的風電機已經開始使用永磁同步發電機。目前世界上單機最大電力輸出超過6000千瓦(德國enercon的E-112/114)。
 

偏航裝置:借助電動機轉動機艙,以使轉子葉片調整風向的最佳切入角度。偏航裝置由電子控制器操作,電子控制器可以通過風向標來探知風向。通常,在風改變其方向時,風電機一次只會偏轉幾度。值得注意的是,小功率級別的風電機都是通過統一的偏航裝置調整所有葉片的角度,而最新的風電機大都是每個葉片設置單獨的偏航系統。

電子控制器:一般都使用一台或多台不斷監控風電機狀態的電腦,用於控制偏航裝置。一旦風電機發生故障(即齒輪箱或發電機的過熱),該控制器可以自動停止風電機的轉動,並通過網路信號通知風電機管理中心。

液壓系統:用於重置風電機的空氣動力閘。

冷卻系統:發電機在運轉時需要冷卻。在大部分風電機上,發電機被放置在管內,並使用大型風扇來空冷,除此之外還需要一個油冷卻元件,用於冷卻齒輪箱內的油;還有一部分製造商採用水冷。水冷發電機更加小巧,而且電效高,但這種方式需要在機艙內設置散熱器,來消除液體冷卻系統產生的熱量。一些新型風電機也採用水冷和風冷並用系統(比如德國Multibrid的M5000)。

支撐塔:風電機塔載有機艙及轉子。通常高的塔具有優勢,因為離地面越高,風速越大。600千瓦風電機的塔高為40至60米,5兆瓦級別的塔高則超過100米。根據底座的不同,支撐塔可以為管狀,也可以是格子狀。管狀的塔對於維修人員更為安全,因為他們可以通過內部的梯子到達塔頂。格狀的塔的優點在於它重量輕,技術相對成熟(與海上石油鑽井台原理相同)。

底座:早期小功率的風電機底座是包含在支撐塔內的,隨著風電機單機功率越來越大,支撐塔也越來越高,對支撐塔底部的力學要求也越來越多,越來越複雜,所以目前的技術發展趨勢是將底座從支撐塔中分離出來單獨製造。目前現有的底座結構包括直杆式、三腳架和格狀底座。

風速計及風向標:用於測量風速及風向。

輸出電壓:小型風電機(100-150千瓦)通常產生690伏特的三相交流電。然後電流通過風電機旁的變壓器(或在塔內),電壓被提高至一萬至三萬伏,這取決於當地電網的標準。大的製造商可以提供50赫茲風電機類型(用於世界大部分的電網),或60赫茲類型(用於美國電網)。

發電機電網的設計:風電機可以使用同步或非同步發電機,並直接或非直接地將發電機連接在電網上。直接電網連接指的是將發電機直接連接在交流電網上。非直接電網連接指的是,風電機的電流通過一系列電力設備,經調節與電網匹配。採用非同步發電機,這個調節過程自動完成。

除了上述零部件之外,現代最新的風電機都帶有十分複雜的控制系統,拆裝維護都需要專門的公司來進行。

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