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“柔性智能叶片”成为风电技术的发展方向

放大字体 缩小字体 发布日期:2018-09-04 23:37:14   来源:新能源网  编辑:全球新能源网  浏览次数:762


  国外有几十年生产经验,很有实力的公司,都在风电机产品上出现过这样那样的问题。世界最大的风力发电机制造商

  Micon就是因为齿轮箱问题,他为所生产的风力发电机组都换了一次齿轮箱,这家世界最大的风力发电机制造商破产了,这在其它产业是不可能发生的。目前我国风电整机制造企业已近80家,质量问题频发,国产风电机故障率更高也就不足为奇。这充分说明现有叶片的高风载特性和控制系统滞后性给风电产业带来的危害性。

  变转速联网技术具有划时代的意义,变转速技术可以让风轮随风速的变化相应改变转速的快慢,彻底改变了叶片所具有的稳定转速的功能,也就改变了叶片只能采用刚性叶片的限制,为改进叶片性能创造了有利条件。我们应当抛弃现有的结构,在叶片设计上充分考虑获得最大风能的要求,使风能利用率得到大幅提高。叶片性能的重大改变,会使我们开发出新型高效的风电机。

  大自然永远是我们最好的老师,人类通过对鸟翅膀的研究造出了飞机,飞上了蓝天。鸟的翅膀是最轻巧的飞行装置,也是利用风能的高效装置,我们要想提高风能利用率,提高风电机的微风发电性能,鸟翅是我们最好的研究对象。鸟翅主要是靠羽毛捕获风能,羽毛结构非常轻盈,但有很好的捕风性能,而且具有灵活调节风载的功能。根据仿生学的原理,通过对羽毛结构特性的研究提取,研究开发出了柔性羽形叶片。

  柔性叶片可以完全克服刚性叶片的缺点,并可以增大受风面积,由于柔性叶片可以根据风速的变化相应改变受风的型面,在增加风能获取量和转化量的同时,改善叶片的受力状态,化解风的破坏力,有利于风电机安全稳定的运转。在低风速情况下,叶片变形小,以最佳迎风角和最大迎风面积获取最大风载;在中风速情况下,随着风速增大,叶片变形会逐步增大,逐步减小迎风角和迎风面积,保持所受风载大小的相对稳定,保证发电功率的平稳输出;在高风速情况下,叶片随风速大幅变形,迎风面积大幅减小,风载减小,所受风阻大幅增加,叶片的转速不会增快,反而会变慢,不会造成风电机过载,也毋需停机,仍然可以保持正常发电。此时叶片所受风载会大幅减小,就像一颗树会随风弯曲,大幅减小树所受到的风载,这样可以完全避免狂风对风电机的破坏。所以柔性叶片这种智能化的调节过程更符合风电机风载特性的要求。而且风载特性是靠叶片自身结构的受力型态实现的,不存在滞后性,也不存在机械和电子故障,更加简单可靠。

  柔性叶片还可以化解阵风的冲击能量,使风电机的转速更平稳。柔性叶片还可以避免叶片紊流和阵风波动对风电机造成的振动,可以降低疲劳损坏,提高风电机寿命。柔性叶片对刚性的要求大幅降低,所用的高强材料也大幅减少,制造难度也大幅降低,可以大幅降低叶片的制造成本。所以柔性叶片对提高发电量,保证风电机的稳定可靠,降低风电机成本都有非常显著的作用,这些优点也将会使柔性叶片成为今后的发展方向。

  采用柔性羽形叶片可以开发出陆地使用的微风高效新型风电机。通过对小型样机的试验,这种风电机一级风就能启动,三、四级风就能很好发电,五级风就可以达到满负荷,六级风以上随着风速的增大,叶片的风载会逐渐减小,发电功率也会逐渐减小,可以完全避免叶片产生高风载,可以保证风电机运行平稳,避免强冲击电流的产生,并附加惯性储能装置,保证风电机具有良好的并网稳定性。基本实现免维护,让人人都敢用,人人都好用,可以大幅提高发电量2~3倍,并且风电机成本大幅降低60%以上。成本的降低,发电量的增大,可以大大缩短投资的回报时间,也可以使风电的价格低于火电和水电的价格,并网将不再是难事,反而会由于风电的价格低,而多利用风电,这将会使风电的收益大幅提高,会更大的激发人们开发风电的积极性,会使我国的风电产业发生飞跃式发展。

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关键词: 风能 风电

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