【正文】 第一篇：關于風力發(fā)電機組元件的研究關于風力發(fā)電機組元件的研究、應用及改進 因為環(huán)保問題的日益突出，能源供應的漸趨緊張，而且風力發(fā)電是新能源中技術最成熟的、最具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式,目前其發(fā)電成本已接近常規(guī)發(fā)電方式。所以風力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源的發(fā)電方式，已越來越受到世界各國人民的歡迎和重視。中國的風能資源十分豐富。目前,我國的并網型風機主要由國外廠家提供的,大型風機也只能依賴進口或者與外商合作生產。在風機制造水平上,我國生產的最大風電機組功率為千瓦級別,國際主流機型兆瓦級風電設備在我國還處于研發(fā)階段。但可以預計,隨著兆瓦級風電設備的國產化和成功應用推廣,中國即將成為世界風電發(fā)展最令人矚目的國家之一?，F(xiàn)在風力發(fā)電機組使用的大部分都是雙饋異步發(fā)電機，此發(fā)電機的轉子電氣系統(tǒng)是由集電環(huán)與碳刷組成的換向器而實現(xiàn)的，由于接地碳刷的磨損沒有監(jiān)控或報警系統(tǒng)而使得接地碳刷的過渡磨損而導致集電環(huán)損壞。經過現(xiàn)場觀察和研究發(fā)現(xiàn)：磨損的集電環(huán)基本都是ABC三相集電環(huán)輕微磨損，但接地側集電環(huán)已經磨損嚴重不得不更換整個集電環(huán)裝置，導致集電環(huán)的過渡報廢，增大了風電機的檢修維護費用和風電機的可利用率。如果能有效監(jiān)控或者控制接地碳刷的過渡磨損而損壞集電環(huán)裝置，現(xiàn)在行業(yè)內的解決辦法是：研究更耐磨更好性能的接地碳刷，經過大量研究發(fā)現(xiàn)，雖然接地碳刷的性能有了很大的提高，但是不能解決集電環(huán)過渡磨損的根本性問題，由于接地碳刷在磨損范圍內時對集電環(huán)的磨損程度是很小的，但是如果接地碳刷過渡磨損，導致碳刷連接導線的銅絲暴露出來后與集電環(huán)產生摩擦，這樣就會使得集電環(huán)快速磨損，這樣會在短時間內使得集電環(huán)磨損嚴重。為了控制接地碳刷連接導線銅絲不摩擦集電環(huán)，應該在碳刷未磨損到連接銅絲高度時產生接地保護信號，提示維護人員更換接地碳刷。為此特研究這種帶有磨損極限保護報警的接地碳刷，原理圖如下：同時，風力發(fā)電又是新能源發(fā)電技術中最成熟和最具規(guī)模開發(fā)條件的發(fā)電方式之一。因此，近幾年來，中國的風力發(fā)電事業(yè)也得到了很快的發(fā)展。1中國的風能資源風能資源是由于地球表面大氣流動形成的一種動能資源，因此一般說來，其特點是靠近地面的風速越低，風能就越小；而離地面越高風速越大，其風能也越大，因而在估算風能資源時，離地高度是關鍵因素之一。本文以離地10m高的風能估算。由于中國幅員遼闊，海岸線長，擁有豐富的風能資源，但地形條件復雜，因此風能資源的分布并不均勻。據中國氣象科學研究院對全國900多個氣象站測算，，主要集中在北部地區(qū)，包括內蒙古、甘肅、新疆、黑龍江、吉林、遼寧、青海、西藏，以及河北等省、區(qū)。風能資源豐富的沿海及其島嶼，其可開發(fā)量約為10億kw，主要分布在遼寧、河北、山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東、廣西和海南等省、市、區(qū)。但北部地區(qū)這些省、區(qū)，由于地勢平坦、交通便利，因此有利于建設連成一片的大規(guī)模風電場，例如新疆的達坂城風電場和內蒙古的輝騰錫勒風電場等。2風電的發(fā)展過程和現(xiàn)狀中國的風力發(fā)電是于20世紀50年代后期開始進行研究和試點工作的，當時在吉林、遼寧、新疆等省、區(qū)建設了容量在10kw以下的小型風力發(fā)電場，但其后就處于停滯狀態(tài)。到了20世紀70年代中期以后，在世界能源危機的影響下，特別是在農村、牧區(qū)、海島等地方對電力迫切需求的推動下，中國的一些地區(qū)和部門對風力發(fā)電的研究、試點和推廣應用又給予了重視與支持，但在這一階段，其風電設備都是獨立運行的。直到1986年，在山東榮城建成了中國第一座并網運行的風電場后，從此并網運行的風電場建設進入了探索和示范階段，但其特點是規(guī)模和單機容量均較小。到1990年已建成4座并網型風電場，總裝機容量為，其最大單機容量為200kw。在此基礎上，風力發(fā)電從1991年起開始步入了逐步推廣階段，到1995年，全國共建成了5座并網型風電場，最大單機容量為500kw。1996年后，風力發(fā)電進入了擴大建設規(guī)模的階段，其特點是風電場規(guī)模和裝機容量均較大，最大單機容量為1300kw。從1996～2002年末，中國風電裝機總容量已達470mw。而一些省份風電裝機容量見表1。表1一些省份2002年末風電裝機容量省、區(qū)容量(mw)省、區(qū)容量(mw)3風電場投資成本和風電機組的制造技術(1)風電場投資成本：風電場投資成本(單位千瓦造價)是衡量風電場建設經濟性的主要因素，歸納起來有以下三個方面：①風電機組的制造成本，由于風電機組是風電場的主要設備，因此風電機組的制造成本將直接關系到風電場的總投資。但隨著風電機組制造技術的不斷提高和機組性能的不斷改進，其單機容量的不斷擴大，這將使風電機組單位千瓦的造價會明顯下降，因此也隨之使風電場的造價下降。②風電場的規(guī)模，亦即風電場的裝機容量。一般說來，風電場的規(guī)模越大，其造價越低，這就是所謂規(guī)模效應。這種規(guī)模效應將使風電場單位千瓦的配套設施相對地下降，如與電網配套設施的建設費用等。③風電場選址，這也直接關系到風電場的經濟效益。風電場選址、風電機組定位都選得適當，那么風電場就可以多發(fā)電量，風電場的經濟性就好，若風電場選在交通便利的地方，運輸成本就可下降等，這些也將使風電場的建設成本下降。從中國目前風電場單位千瓦的造價看，其總趨勢在不斷地下降之中，例如，20世紀90年代中期，中國風電場的單位千瓦造價，還高達10000多元/kw，但到了21世紀初，單位kw的造價已降到8000多元/kw，這說明中國風電事業(yè)在近12年中，有了長足的進步，也為今后的大發(fā)展打下了基礎。當然中國的風電場建設成本比起發(fā)達國家來，還有一定的差距，不過隨著中國風電機組制造水平的不斷提高和風電場建設經驗的不斷積累，其造價將進一步地下降。(2)風電機組的制造技術：風電機組是風電場的發(fā)電設備，也是風電場的主要設備，其投資約占風電場總投資的60%～80%，因此風電機組的制造水平將直接反映一個國家風電的發(fā)展水平。自20世紀70年代中、后期開始，中國真正進入了現(xiàn)代風力發(fā)電技術的研究和開發(fā)階段。在這一階段中，經過單機分散研制、重點攻關、實用推廣，以及系列化和標準化等工作之后，使中國的風力發(fā)電技術無論在科學研究方面，還是在設計制造方面均有了不小的進步和提高，同時也取得了明顯的社會效益和經濟效益，主要解決了邊遠無電地區(qū)的農、牧、漁民的用電問題。但其風電機組的單機容量僅為幾百瓦到10kw，也均屬獨立運行的風電機組。到了20世紀80年代，主要集中在研制并網型的風電機組上，并且陸續(xù)制造出從幾十kw到200kw的機組。但由于這些風電機組自行研制周期長，又趕不上市場對更大容量風電機組的需求，因此大部分樣機均來不及改進和完善并轉化為商業(yè)性機組。在這種情況下，為了盡快提高中國風電機組的制造水平和滿足市場的需求，國家采取了以下兩條措施：①引進國外成熟技術，吸收消化，以提高國產化機組的制造技術。例如，已通過支付技術轉讓費的方式，從國外引進了600kw機組全套制造技術。目前，國內有關的風電機組制造廠家的風電主機生產企業(yè)，已研制出600kw機組的關鍵部件，如發(fā)電機、齒輪箱和葉片等，并且600kw的機組其本地化率已可達90%。②采用與國外公司合作生產的方式引進技術，并允許國外風電機組制造廠商在中國投資設廠。如國際著名的葉片制造商丹麥的lm公司就在天津獨資設廠生產。而中國風力發(fā)電的大發(fā)展將為這些企業(yè)提供良好的機遇。4中國風電的發(fā)展前景(1)發(fā)展風電的必要性：前面已經提到，中國有豐富的風能資源，這為發(fā)展中國的風電事業(yè)創(chuàng)造了十分有利的條件。但就中國目前電力事業(yè)而言，火力發(fā)電仍是中國的主力電源。以燃煤為主的火電廠，正在大量排放co2和so2等污染氣體，這對中國的環(huán)保極為不利。而發(fā)展風電，一方面有利于中國電源結構的調整；另一方面又有利于減少污染氣體的排放而緩解全球變暖的威脅。同時，又有利于減少能源進口方面的壓力，對提高中國能源供應的多樣性和安全性將作出積極的貢獻。(2)國家對發(fā)展風電的政策支持：