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时间:2018-10-22
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1、“柔性智能叶片”成为风电技术的发展方向“柔性智能叶片”成为风电技术的发展方向“柔性智能叶片”成为风电技术的发展方向“柔性智能叶片”成为风电技术的发展方向“柔性智能叶片”成为风电技术的发展方向“柔性智能叶片”成为风电技术的发展方向“柔性智能叶片”成为风电技术的发展方向 风能是较具有开发价值的新能源,风能是分布较广,离我们较近,取用较方便的无污染的清洁能源,用好风电对减少碳排放,改善环境意义重大。风能也是储量巨大的新能源,风能取之不尽,用之不竭,并具有相对较低的开发成本,所以风电的发展应该作为新能源发展的重点。 中国气象局日前公布我国首次风能资源详查和
2、评价取得的进展和阶段性成果:我国陆上离地面50米高度达到3级以上风能资源的潜在开发量约23.8亿千瓦;我国5—25米水深线以内近海区域、海平面以上50米高度可装机容量约2亿千瓦。我国陆上风能资源主要集中在内蒙古的蒙东和蒙西、新疆哈密、甘肃酒泉、河北坝上、吉林西部和江苏近海等7个千万千瓦级风电基地。仅这些地区的陆上50米高度3级以上风能资源的潜在开发量就达18.5亿千瓦。 面对如此巨大的风能资源,面对我国严峻的节能减排形势,为什么我国80多家风电设备生产企业大部分产能闲置?为什么会出现严重产能过剩?具统计至2009年我国风电装机容量仅2500万千瓦,风电占
3、全国的用电量还非常小,装机容量占可开发量就更少,为什么风电工程会沦落为“形象工程”?风电被称为“垃圾电源”?为什么风电的开发与需求产生如此大的反差?这些矛盾和问题的出现已严重影响到风电产业的发展。 这些矛盾和问题的出现,追根溯源是风电技术的不适应造成的。我国在“三北”(西北、东北、华北)地区在建的有6个千万千瓦风电基地,现在还处于建设初期有些问题已突出表现出来,首先是装机容量大而发电量低;其次是并网难题无法破解;还有故障率高,维护成本大。这些问题主要是叶片性能造成的,现有叶片是参照直升飞机的叶片进行设计制造,MW级风电机叶片非常巨大,强刚性能要求很高,造
4、价高昂,具有很好的空气动力性能。在“三北”地区虽然多风,但大风毕竟很少,一般就是2~3级风,大一点4~5级风,6级风以上都较少,所以叶片的空气动力性能根本发挥不出来。风速低,空气动力性能弱,必然造成发电量低,这就是造成“装机容量大而发电量低”的主要原因。“三北”地区每年还有几次大的沙尘暴,在这种情况下,冲击电流很大,不可能并网,但刚性叶片风载很大,风电机受力不平衡,附加扭矩很复杂,对风电机产生摆动和振动,往往会造成故障和破坏。所以说叶片的空气动力性能该发挥的时候发挥不出来,不该发挥的时候却越来越强,只会带来破坏。 并网稳定性差和高故障率是影响风电产业发展
5、的较大障碍,这个问题主要是由于控制系统的滞后性和叶片的强风载造成的。 现有风电机的控制装置主要有偏航装置和变浆矩装置,我们知道自然界的风向和风速都是随时随机变化的,我们的调节装置虽然可以根据风向和风速调整,但在速度上始终是滞后的,并不能完全满足风电机平稳发电的需要。比如在自然界中风向呈90°变化是经常发生的,偏航装置和变浆矩装置的响应速度若是1°/秒,90°就需要90秒的调整时间,在这么长的调整过程中,风轮叶片所受的风力角是完全不同的,也就是叶片所受的风力是变化的,必然造成风轮转速的不稳定,从而影响到风电机输出功率的稳定,严重时就会造成风电机解网,造成电
6、网的不稳定。这种调节的滞后性在强风暴的气候条件下,往往会造成严重的后果,在高风速情况下叶片处于顺浆位置,若风向发生90°变化,就会使叶片完全处于大面积受风的状态,使叶片受力突然增大,叶片受到的强大风载就会通过传动轴对变速装置造成巨大的冲击,巨大的风载也会对偏航装置造成冲击,造成变速装置和偏航装置的损坏,叶片也有可能被折损坏。 下面我们对叶片性能进行分析,现有叶片是按空气动力学原理设计的,如同飞机的机翼,在微风状态下,空气动力性能肯定是很弱的,就像飞机速度低没有升力一样,这样必然造成微风发电性能差。在高风速状态下,叶片的空气动力性能不断增强,叶片性能不但不
7、能起到稳速稳频的作用,反而成了风电机不稳定和强破坏性的发源地,我们通过简单的量化计算就可知道它的危害程度。我们以1.5MW风电机为例进行说明,设计风速为13m/s,产生的能量为1.5MW,可转换为152958kgf·m/s,其能量核算在叶片上的风载可达百吨。若12级台风的平均风速为34m/s,而风的能量与风速的关系是三次方的关系,那么在台风状态下叶片产生的风载将达千吨以上,这个数值是相当惊人的。我们知道风电机的控制系统有卸载功能,但任何控制系统都存在滞后性,不可能对叶片及时完全卸载,这样大的风载形成的冲击力是任何机械装置都无法承受的,我们设计制造的变速装置
8、很大,强度也非常高,但仍不能避免这种冲击力对变速装置的损坏。为了避
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