垂直轴与水平轴的对比2gddc.doc

垂直轴风力发电机是未来风电的发展方向2010-10-02 00:10转载自 HYPERLINK /zlgkj \t blank zlgkj最终编辑 HYPERLINK /zlgkj \t blank zlgkj垂直轴风力发电机是未来风电的发展方向??? 随着科技的飞速发展和人类生活水平的日益提高，能源消耗与日俱增，致使传统能源日渐枯竭，而且环境污染也相当严重。风能是一种无污染的可再生能源，它取之不尽、用之不竭，随着生态环境的要求和能源的需要，风能作为清洁的新能源得到人们的重视。??? 风力发电机就是利用风能为动力的发电装置，它充分利用自然能，即节能又环保。??? 风力发电机因风速不稳定，故其输出的电压变化很大，须经充电器整流稳压后，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后通过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，才能保证正常使用。??? 其工作过程是：风——风叶——发电机——充电器——蓄电池——逆变电源——电网。??? 虽然风力发电有很多优点，但存在一个根本问题，是我们无法回避的：成本！为此，风电成本高一直是影响风电产业发展最大制约因素，风电成本主要取决于风电机组的成本和维护成本。 ??? 风电虽然不烧煤，但是初始投资大。由于风电设备造价要大大高于火电，火电设备建设成本每千瓦约4000元—5000元，风电则为8000元—10000元。而风电的年等效利用小时又小于火电，因此在不考虑环境等外部效益的情况下，同火电相比，风电的成本其实并不低。根据有关部门的统计，在现有条件下，风力发电的平均成本在0.60元/度左右，如果采用进口设备，则需要更高的电价，因为风电机组进口设备的售价要比国内设备高出30%，而设备成本占到了发电成本的80%，由于设备过于依赖进口，直接导致我国风电成本上升。而目前火电的平均成本仅为0.30元/度，风电的竞争劣势显而易见。相比于火电、水电等传统电力能源，其成本缺乏竞争力。所以风电虽无污染、能再生，是十分理想的清洁而又可持续发展的能源，却无法大力推广。降低成本、提高发电效率、增加寿命一直是风电技术所追求的目标。为此，合理的选择机型至关重要。 ??? 根据机型风力发电机可分为两类：水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。然而目前广泛使用大型水平轴风力发电机存在很多不足。为了更好地利用风能，合理的选择机型。现就水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机优劣做一下比较：??? 一、从结构分析：1、水平轴风力发电机。由于风力发电机是随风变化的，因此发出的电时有时无，电压和频率不稳定，是没有实际应用价值的。风小时，不发电。狂风吹来，又使风轮越转越快，系统就会被吹跨。为了解决这些问题，水平轴风力增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等装置。??? （1）、齿轮箱可以将很低的风轮转速（大型的风机通常为27转/分）变为很高的发电机转速（通常为1500转/分）。同时也使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。??? （2）、偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向，风轮沿水平轴旋转，以便产生动力。为此，机舱要在水平面360度旋转，随时跟风，达到“迎风”目的。要知道，大型的风机机舱总重几十多吨，使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度。这个调节系统包含有风向检测、角位移发送、角位移跟踪闭环电力拖动系统。??? （3）、变桨矩系统，水平轴风轮机当风速变化时,为了调节转速，要有浆距调节系统，风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转，以便适应不同的风况。停机系统，叶片尖部要甩出，以便形成阻尼。即在风载荷下转动浆叶一个角度。此扭矩非常大，只有用液压系统才行。这个闭环调节系统精度高，液压系统液体在冬季要有防冻措施，以防失灵。该系统价格贵、维护难。??? （4）、液压系统就是用于调节叶片桨矩、阻尼、停机、刹车等状态下使用。??? （5）、控制系统是风力发电机的神经中枢。就大型风机而言，一般在4米/秒左右的风速自动启动，在14米/秒左右发出额定功率。然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25米/秒时自动停机。风机的控制系统，要在这样恶劣的条件下，根据风速、风向对系统加以控制，在稳定的电压和频率下运行，自动地并网和脱网。并监视齿轮箱、发电机的运行温度，液压系统的油压，对出现的任何异常进行报警，必要时自动停机。??? 2、垂直轴风力机无需对风，不存在偏航功率损失；叶片设计简单，完全可以自主设计；机舱和齿轮箱可置于风轮下或地面，维修费用更低；垂直轴风力机的噪音比水平轴更小，噪声污染降低；此外，试验室研究表明其风能利用系数不低于水平轴。垂直轴风轮机不要迎风调节系统，可以接受360度方位中任何方向来风，主轴永远向设计方向转动。??? 二、从力学角度分析：叶片是风电机的“心脏”