風速計及風向標:用于測量風速及風向。
風電機發(fā)電機:風電機發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能。風電機上的發(fā)電機與你通常看到的,電網(wǎng)上的發(fā)電設(shè)備相比,有點不同。原因是,發(fā)電機需要在波動的機械能條件下運轉(zhuǎn)。
輸出電壓
大型風電機(100-150千瓦)通常產(chǎn)生690伏特的三相交流電。然后電流通過風電機旁的變壓器(或在塔內(nèi)),電壓被提高至一萬至三萬伏,這取決于當?shù)仉娋W(wǎng)的標準。
大型制造商可以提供50赫茲風電機類型(用于世界大部分的電網(wǎng)),或60赫茲類型(用于美國電網(wǎng))。
冷卻系統(tǒng)
發(fā)電機在運轉(zhuǎn)時需要冷卻。在大部分風電機上,發(fā)電機被放置在管內(nèi),并使用大型風扇來空冷;一部分制造商采用水冷。水冷發(fā)電機更加小巧,而且電效高,但這種方式需要在機艙內(nèi)設(shè)置散熱器,來消除液體冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。
啟動及停止發(fā)電機
如果你通過彈開一個普通開關(guān),將大型風電機發(fā)電機與電網(wǎng)連接或解開,你很可能會損毀發(fā)電機、齒輪箱及鄰近電網(wǎng)。
發(fā)電機電網(wǎng)的設(shè)計
風電機可以使用同步或異步發(fā)電機,并直接或非直接地將發(fā)電機連接在電網(wǎng)上。直接電網(wǎng)連接指的是將發(fā)電機直接連接在交流電網(wǎng)上。非直接電網(wǎng)連接指的是,風電機的電流通過一系列電力設(shè)備,經(jīng)調(diào)節(jié)與電網(wǎng)匹配。采用異步發(fā)電機,這個調(diào)節(jié)過程自動完成。
轉(zhuǎn)子葉片
轉(zhuǎn)子葉片輪廓(橫切面)
風電機轉(zhuǎn)子葉片看起來像航行器的機翼。實際上,轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計師通常將葉片最遠端的部分的橫切面設(shè)計得類似于正統(tǒng)飛機的機翼。但是葉片內(nèi)端的厚輪廓,通常是專門為風電機設(shè)計的。為轉(zhuǎn)子葉片選擇輪廓涉及很多折衷的方面,諸如可靠的運轉(zhuǎn)與延時特性。葉片的輪廓設(shè)計,即使在表面有污垢時,葉片也可以運轉(zhuǎn)良好。
轉(zhuǎn)子葉片的材質(zhì)
大型風電機上的大部分轉(zhuǎn)子葉片用玻璃纖維強化塑料(GRP)制造。采用碳纖維或芳族聚酰胺作為強化材料是另外一種選擇,但這種葉片對大型風電機是不經(jīng)濟的。木材、環(huán)氧木材、或環(huán)氧木纖維合成物目前還沒有在轉(zhuǎn)子葉片市場出現(xiàn),盡管目前在這一領(lǐng)域已經(jīng)有了發(fā)展。鋼及鋁合金分別存在重量及金屬疲勞等問題,他們目前只用在小型風電機上。
風電機齒輪箱
為什么要使用齒輪箱?
風電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量,通過主軸、齒輪箱及高速軸傳送到發(fā)電機。
為什么要使用齒輪箱?為什么我們不能通過主軸直接驅(qū)動發(fā)電機?
如果我們使用普通發(fā)電機,并使用兩個、四個或六個電極直接連接在50赫茲交流三相電網(wǎng)上,我們將不得不使用轉(zhuǎn)速為1000至3000轉(zhuǎn)每分鐘的風電機。對于43米轉(zhuǎn)子直徑的風電機,這意味著轉(zhuǎn)子末端的速度比聲速的兩倍還要高。另外一種可能性是建造一個帶許多電極的交流發(fā)電機。但如果你要將發(fā)電機直接連在電網(wǎng)上,你需要使用200個電極的發(fā)電機,來獲得30轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速。另外一個問題是,發(fā)電機轉(zhuǎn)子的質(zhì)量需要與轉(zhuǎn)矩大小成比例。因此直接驅(qū)動的發(fā)電機會非常重。
更低的轉(zhuǎn)矩,更高的速度
使用齒輪箱,你可以將風電機轉(zhuǎn)子上的較低轉(zhuǎn)速、較高轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)換為用于發(fā)電機上的較高轉(zhuǎn)速、較低轉(zhuǎn)矩。風電機上的齒輪箱,通常在轉(zhuǎn)子及發(fā)電機轉(zhuǎn)速之間具有單一的齒輪比。對于600千瓦或750千瓦機器,齒輪比大約為1比50。
下圖顯示了用于風電機的1.5兆瓦的齒輪箱。這個齒輪箱有些不同尋常,因為在高速點的兩個發(fā)電機上安裝有法蘭。右側(cè)安裝在發(fā)電機下的橙黃色配件,是液壓驅(qū)動的緊急盤狀剎車。在背景處你可以看到用于1.5MW風電機的機艙的下半部分
風電機偏航裝置