分析風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計

王 輝，張 炤

中廣核風(fēng)力發(fā)電有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的不斷進步，人們的生活水平逐漸提高，居民的用電需求增加，那么電力的供給成為一個重大問題，如何做好居民用電的正常供給，保證居民生活質(zhì)量是目前關(guān)注的焦點問題。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的出現(xiàn)不僅提高了發(fā)電的效率，而且無污染、促進節(jié)能社會的發(fā)展，因此，對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計研究更顯得具有現(xiàn)實意義。

1 風(fēng)輪機的不同等級

因為風(fēng)輪機的功率和風(fēng)速成正比，所以對風(fēng)輪機進行合理設(shè)計，首當(dāng)其沖考慮因素就是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的具體場址、考慮地域特色，包括當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境和風(fēng)情、當(dāng)?shù)氐臍夂蜃兓惋L(fēng)速等。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，我國的風(fēng)輪機分為五個不同的等級，前四個風(fēng)輪機的風(fēng)速規(guī)定分別是50m/s、42m/s、37m/s、30m/s。第五個等級的風(fēng)輪機比較特殊，高于第一等級，風(fēng)輪機的強度大、耐久性高、對第五個等級風(fēng)輪機的界定根據(jù)不同的風(fēng)速和風(fēng)的變化情況而定[1]。

2 風(fēng)輪機的效率問題

風(fēng)輪機的功率計算是風(fēng)速、旋轉(zhuǎn)圓的面積 、空氣的密度和功率，四者相乘的積。近些年來，高效率葉片不斷開發(fā)和應(yīng)用，旋轉(zhuǎn)裝置的消耗和損害逐漸減小，風(fēng)電機的效率達到0.45左右。輸出功率取決于風(fēng)輪機的周速比。當(dāng)T 值不斷接近數(shù)值6的時候，C值大約是0.6，這個數(shù)值是風(fēng)輪機理論上應(yīng)該達到的效率。但是實際中的風(fēng)輪機效率呈曲線狀分布。只有是大容量、大規(guī)格的發(fā)電設(shè)備才會采用規(guī)?；娘L(fēng)場，這時候的設(shè)備臺數(shù)就很多。在評價某臺發(fā)電設(shè)備效率時要充分考慮風(fēng)輪機的風(fēng)流問題，因為風(fēng)的流速對風(fēng)輪機的效率有很大影響。另外還要考慮到電網(wǎng)系統(tǒng)的輸電效率等[2]。

3 風(fēng)輪機的風(fēng)速限制

很多風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在還沒有投入使用之前 ，就被強風(fēng)或者是其他因素?fù)p失不好。因此要設(shè)備的設(shè)計階段就要考慮設(shè)備機組的零件能夠承受的最大壓力和風(fēng)速問題，不至于在投入使用前遭到損壞。一般的做法是通過氣象臺的報告數(shù)據(jù)和風(fēng)情風(fēng)向來決定設(shè)備的設(shè)計，也可以向氣象機構(gòu)咨詢情況，一定要根據(jù)具體的自然環(huán)境設(shè)計發(fā)電機，否則制造出來的設(shè)備無法使用，浪費了資源。選擇發(fā)電機承受的風(fēng)速壓力時，要充分考慮設(shè)備的安全余量，因為風(fēng)力和風(fēng)速成正比，如果風(fēng)速過高，設(shè)備的承受能力就增強，帶來的成本投入就比較高。反之，如果設(shè)備的性能和承受的風(fēng)速壓力較低，就會影響安全運行。因此要進行綜合考慮，折中方式進行設(shè)計。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，風(fēng)力設(shè)備能夠承受的最大風(fēng)速是由五個風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)決定的?，F(xiàn)代化的不斷發(fā)展，使得風(fēng)電機組的設(shè)計完全采用自動化完成，如果臺風(fēng)來臨，設(shè)備受到感應(yīng)，根據(jù)風(fēng)情的變化，設(shè)備會將情況反映到電腦上自動做出回應(yīng)。這樣減少了臺風(fēng)來臨時對設(shè)備造成的損失。[3]即使如此詳細的考慮，也不可避免的由于強風(fēng)強降雨的原因?qū)е聵淠镜任锲返娘w落砸到發(fā)電設(shè)備，對設(shè)備造成損害，所以要盡量保持設(shè)備的設(shè)計完整。

4 發(fā)電設(shè)備的造價和電價問題

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的具體建設(shè)費用和運輸?shù)牡缆?、操作中使用的配電線路以及其他設(shè)備相關(guān)。如果對其他因素進行有效地控制，只是單純的增加設(shè)備的容量或者是設(shè)備的數(shù)量，那么風(fēng)場的總?cè)萘烤蜁U大，從而降低了投入成本，減少了建設(shè)費用。大量的實踐表明:如果設(shè)備的容量達到250kW，那么建設(shè)的費用為4萬元/kW；如果容量增加到3000kW，建設(shè)的價格就會降到1.6萬元/kW，如果容量更大，建設(shè)費用會降到更少。因此，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)展方向是朝著大容量進行的。一般而言:發(fā)電設(shè)備的建設(shè)費用主要包括這幾項:一是發(fā)電機組的費用，占到百分之七八十；二是電氣設(shè)備購買費用，這個占到10%左右；三是建設(shè)的土建工程費用找到5%左右，另外還有電力的消費花費，工程的管理費用等。從上述可以看出，發(fā)電機組的費用占據(jù)重要的位置，因此要減少投入成本就要想法設(shè)法減少發(fā)電機組的消費，通過降低建設(shè)費用，最終達到降低售點的價格費用，有利于電力行業(yè)的競爭。

5 發(fā)電設(shè)備的機型對比

從發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)上看，風(fēng)輪機分為水平軸、垂直軸。從結(jié)構(gòu)型式上看，風(fēng)輪機主要有和2種。水平軸又分為螺旋槳型、船帆翼型和多翼型；垂直軸分為寬翼型、燈籠型和半圓筒型。老式的風(fēng)輪機構(gòu)造是4個葉片，價格在一萬元左右。燈籠型的發(fā)電設(shè)備葉片是圓括號，在美國和中國普遍使用，陀螺翼型的風(fēng)輪機主要用在中國市場。大型的風(fēng)輪機組采用的是螺旋槳型號，水平軸式的風(fēng)輪機比垂直軸多。 從動力學(xué)理論來分析，垂直軸式風(fēng)輪機具有這樣的優(yōu)點:機子的性能和風(fēng)向的變化沒有多大的關(guān)系。機組的各種配置不受到高空高度的影響，這樣的好處便于設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計，缺點也比較明顯，需要增加材料的使用，需要比較大的開支。水平軸型號的風(fēng)輪機應(yīng)用也比較廣泛，但是隨著風(fēng)向和風(fēng)速的變化對設(shè)備的直徑影響很大。

6 發(fā)電設(shè)備的葉片數(shù)目

多數(shù)的風(fēng)電設(shè)備是2到3個葉片式的風(fēng)輪機。從本質(zhì)上來說，兩者沒有太大的區(qū)別，但是三葉片的風(fēng)輪機的周轉(zhuǎn)速度比較低，2片風(fēng)輪機的周轉(zhuǎn)速度比較高。因此實際的操作和使用中要采用適當(dāng)?shù)姆绞教幚?，隨機應(yīng)變、因地制宜。同時在保證質(zhì)量的同時降低設(shè)備的成本投入和資源的節(jié)省，實現(xiàn)電力行業(yè)的節(jié)能化、高效化發(fā)展，走可持續(xù)發(fā)展道路。

7 結(jié)論

現(xiàn)實經(jīng)驗告訴我們，實用的電力設(shè)備開發(fā)和設(shè)計要重視實際需要，根據(jù)實際情況的不同量體裁衣，不僅要考慮成本的投入，更要注重質(zhì)量的提升，保證電力設(shè)備的設(shè)計符合發(fā)電的要求，確保設(shè)備的安全可靠，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)要能夠滿足居民的供電需要，保證社會的平穩(wěn)發(fā)展。只有如此，才能保證風(fēng)力發(fā)電行業(yè)在市場中立于不敗之地。

[1]張登峰，郝偉，郝旺身，董辛文.模糊理論在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備狀態(tài)評價中的應(yīng)用[J].機械設(shè)計與制造，2011(11):75-76.

[2]楊榮斌.國內(nèi)外海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展新態(tài)勢及啟示[J].華東科技，2012(1):48-50.

[3]楊欽慧.風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的災(zāi)害對策[J].電機技術(shù)，2010(3):60-61.