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不同類型風(fēng)電機組的效率對比(下)

2015-11-25 來源:“雞尾酒風(fēng)機”新浪博客 瀏覽數(shù):1065

風(fēng)電峰觀察:作者當年寫這個系列的連載時,正處于華銳獨領(lǐng)風(fēng)騷之時,身處雙饋陣營,難免會與直驅(qū)廠家出現(xiàn)口舌之爭,頗有俠客之風(fēng),這正是當時作者的連載吸引我的地方。

  風(fēng)電峰觀察:作者當年寫這個系列的連載時,正處于華銳獨領(lǐng)風(fēng)騷之時,身處雙饋陣營,難免會與直驅(qū)廠家出現(xiàn)口舌之爭,頗有俠客之風(fēng),這正是當時作者的連載吸引我的地方。
該系列的連載主題為討論如何提高風(fēng)電機組傳動鏈效率,并最終引出其“雞尾酒風(fēng)機”的設(shè)計理念,但結(jié)合當時行業(yè)發(fā)展狀況,主要從發(fā)電性能、可靠性(故障率)的方面,對雙饋和直驅(qū)進行了對比分析。
考慮目前技術(shù)發(fā)展狀況,很多內(nèi)容不再轉(zhuǎn)載,有興趣的朋友可以自行關(guān)注“雞尾酒風(fēng)機”新浪博客。
理想風(fēng)機——傳動鏈效率盡量保持高效,直驅(qū)的呢?
引子1:我一直有個理想,真正的了解直驅(qū)風(fēng)機,比直驅(qū)風(fēng)機廠家的人還懂直驅(qū)。
理想風(fēng)機的傳動鏈效率在任何功率下都盡量高。
傳動鏈包括的三個部件囊括了機械、電機、電力電子,要全部弄懂效率,要費點勁。
第一部分,滿發(fā)點的額定效率
有用的結(jié)論:
結(jié)論1:額定效率每提高一個百分點都是很不容易的事情。
結(jié)論2:當部件工作于額定點(額定功率)時,效率大多接近最高效,輸入功率越低,效率也越低。也就是說額定風(fēng)速時,效率基本最高,風(fēng)速越小時,效率越低。
結(jié)論3:對任何發(fā)電機而言,同等功率下,額定轉(zhuǎn)速越低(級數(shù)越多)的發(fā)電機,效率越低。
結(jié)論4:直驅(qū)風(fēng)機傳動鏈在額定點的效率小于雙饋風(fēng)機。
對于MW級風(fēng)機而言,額定效率數(shù)據(jù)(綜合各部件廠家的額定效率數(shù)據(jù))如下:
綜上所述,傳動鏈額定點的整體效率:
雙饋風(fēng)機=齒輪箱97%*雙饋發(fā)電機97% =94%。
直驅(qū)永磁風(fēng)機=直驅(qū)永磁發(fā)電機95*直驅(qū)變頻器97% =92%
二者差接近2個百分點。
一個辟謠:
很多人想當然的認為,直驅(qū)永磁發(fā)電機效率會非常高,高于雙饋發(fā)電機。
首先,在額定點,任何發(fā)電機廠家絕對不敢說,其低速永磁發(fā)電機效率會高于高速雙饋發(fā)電機。
其次,在低風(fēng)速非額定點時,直驅(qū)永磁發(fā)電機效率高些,有多高?請參考第二部分。
另,效率是和成本掛鉤,如勇猛的加大成本,則電機效率會高?,F(xiàn)實是綜合成本和效率,所有核心部件的額定效率如上表。
如果有人曾經(jīng)看到過一些高于上表0.5%的數(shù)據(jù),請忽略它,或者擺出來,我可以深入說點實情。
傳動鏈的額定效率有多大的意義?
1、有,代入額定點的效率數(shù)值,能確定下面效率公式里的系數(shù)。
2、有,如果效率高2%,意味著減少30kW(1.5MW×2%)的損耗,30kW的損耗絕對會讓一個冷卻設(shè)計人員大傷腦筋。無論其采用風(fēng)冷還是水冷。30kW大約等于機艙內(nèi)工業(yè)加熱器的的容量,能加熱機艙的加熱器總和!
結(jié)論,請盡量提高額定效率!
第二部分,非滿發(fā)點的額定效率
非滿發(fā)點的額定效率更有意思,也更實用。因為我從未看到哪個中國人真正花費時間做過這部分工作,雖然絕大部分整機廠家都在用Bladed算著功率曲線,業(yè)主也在用整機廠家提供的功率曲線計算著收益,計算著投資回報,但是除葉片Cp外,Bladed中其它部件帶入(齒輪箱、發(fā)電機等)的損耗數(shù)據(jù)多是蒙的,或者干脆就不給(比如變頻器)。
各部件效率曲線:
公式的推導(dǎo)很繁瑣,我從沒見過國內(nèi)有人做過,部件類型眾多,涉及太多的專業(yè)。
所有核心部件的效率公式來自,Henk Polinder寫于2006 IEEE的《Comparison of Direct-Drive and Geared Generator Concepts for Wind Turbines》。本文的齒輪箱損耗計算要比Henk好的多。列出來也沒幾人能有興趣根據(jù)公式模型計算,我發(fā)現(xiàn)人都是喜歡結(jié)論,寧肯找出10個相互矛盾的結(jié)論,也不愿意根據(jù)給出的公式自己進行驗證。只有真正根據(jù)這些公式計算時,才能明白這些公式模型到底不足在哪里,你自然會啃書本請教人找出你的修正。
那些只給結(jié)論的任何報告,不給出效率公式(或源自何處的)都可疑,你無法證偽,這點來說IEEE的論文要好的多。
這些曲線都是我根據(jù)模型公式計算出來的,我自信是比較公正的。圖中數(shù)據(jù)基本參照Nordex和金風(fēng)風(fēng)機77m實際值(參照不意為著完全一樣,比如我要將葉片弄得基本一致,否則無法比較)。圖是Matlab生成的,曲線對應(yīng)的數(shù)據(jù)可以用尺子量,我對定量有自信,呵呵。如有人覺得不公正,可以指出,我將解釋。
很多部件的效率或損耗曲線,就是部件制造商也提供不了。
各位看官先睹為快了,我將會直接給出各部件效率曲線圖,一目了然,圖會說話!
其實每一部件的效率計算都可以講一大篇,不過估計也沒人愿意看。
  圖1
  圖2
  圖3
第三部分,結(jié)論
閱讀上文 >> 從座頭鯨身上找風(fēng)力發(fā)電的靈感
閱讀下文 >> 非焊接金屬縫補工藝在風(fēng)電行業(yè)的應(yīng)用

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