【正文】 第一篇：關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組元件的研究關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組元件的研究、應(yīng)用及改進(jìn) 因?yàn)榄h(huán)保問(wèn)題的日益突出，能源供應(yīng)的漸趨緊張，而且風(fēng)力發(fā)電是新能源中技術(shù)最成熟的、最具規(guī)模開(kāi)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(fēng)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(lái)越受到世界各國(guó)人民的歡迎和重視。中國(guó)的風(fēng)能資源十分豐富。目前,我國(guó)的并網(wǎng)型風(fēng)機(jī)主要由國(guó)外廠(chǎng)家提供的,大型風(fēng)機(jī)也只能依賴(lài)進(jìn)口或者與外商合作生產(chǎn)。在風(fēng)機(jī)制造水平上,我國(guó)生產(chǎn)的最大風(fēng)電機(jī)組功率為千瓦級(jí)別,國(guó)際主流機(jī)型兆瓦級(jí)風(fēng)電設(shè)備在我國(guó)還處于研發(fā)階段。但可以預(yù)計(jì),隨著兆瓦級(jí)風(fēng)電設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化和成功應(yīng)用推廣,中國(guó)即將成為世界風(fēng)電發(fā)展最令人矚目的國(guó)家之一。現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用的大部分都是雙饋異步發(fā)電機(jī)，此發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電氣系統(tǒng)是由集電環(huán)與碳刷組成的換向器而實(shí)現(xiàn)的，由于接地碳刷的磨損沒(méi)有監(jiān)控或報(bào)警系統(tǒng)而使得接地碳刷的過(guò)渡磨損而導(dǎo)致集電環(huán)損壞。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)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(cè)集電環(huán)已經(jīng)磨損嚴(yán)重不得不更換整個(gè)集電環(huán)裝置，導(dǎo)致集電環(huán)的過(guò)渡報(bào)廢，增大了風(fēng)電機(jī)的檢修維護(hù)費(fèi)用和風(fēng)電機(jī)的可利用率。如果能有效監(jiān)控或者控制接地碳刷的過(guò)渡磨損而損壞集電環(huán)裝置，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)的解決辦法是：研究更耐磨更好性能的接地碳刷，經(jīng)過(guò)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(guò)渡磨損的根本性問(wèn)題，由于接地碳刷在磨損范圍內(nèi)時(shí)對(duì)集電環(huán)的磨損程度是很小的，但是如果接地碳刷過(guò)渡磨損，導(dǎo)致碳刷連接導(dǎo)線(xiàn)的銅絲暴露出來(lái)后與集電環(huán)產(chǎn)生摩擦，這樣就會(huì)使得集電環(huán)快速磨損，這樣會(huì)在短時(shí)間內(nèi)使得集電環(huán)磨損嚴(yán)重。為了控制接地碳刷連接導(dǎo)線(xiàn)銅絲不摩擦集電環(huán)，應(yīng)該在碳刷未磨損到連接銅絲高度時(shí)產(chǎn)生接地保護(hù)信號(hào)，提示維護(hù)人員更換接地碳刷。為此特研究這種帶有磨損極限保護(hù)報(bào)警的接地碳刷，原理圖如下：同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電又是新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟和最具規(guī)模開(kāi)發(fā)條件的發(fā)電方式之一。因此，近幾年來(lái)，中國(guó)的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)也得到了很快的發(fā)展。1中國(guó)的風(fēng)能資源風(fēng)能資源是由于地球表面大氣流動(dòng)形成的一種動(dòng)能資源，因此一般說(shuō)來(lái)，其特點(diǎn)是靠近地面的風(fēng)速越低，風(fēng)能就越小；而離地面越高風(fēng)速越大，其風(fēng)能也越大，因而在估算風(fēng)能資源時(shí)，離地高度是關(guān)鍵因素之一。本文以離地10m高的風(fēng)能估算。由于中國(guó)幅員遼闊，海岸線(xiàn)長(zhǎng)，擁有豐富的風(fēng)能資源，但地形條件復(fù)雜，因此風(fēng)能資源的分布并不均勻。據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)研究院對(duì)全國(guó)900多個(gè)氣象站測(cè)算，，主要集中在北部地區(qū)，包括內(nèi)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(fēng)能資源豐富的沿海及其島嶼，其可開(kāi)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(shì)平坦、交通便利，因此有利于建設(shè)連成一片的大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)，例如新疆的達(dá)坂城風(fēng)電場(chǎng)和內(nèi)蒙古的輝騰錫勒風(fēng)電場(chǎng)等。2風(fēng)電的發(fā)展過(guò)程和現(xiàn)狀中國(guó)的風(fēng)力發(fā)電是于20世紀(jì)50年代后期開(kāi)始進(jìn)行研究和試點(diǎn)工作的，當(dāng)時(shí)在吉林、遼寧、新疆等省、區(qū)建設(shè)了容量在10kw以下的小型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，但其后就處于停滯狀態(tài)。到了20世紀(jì)70年代中期以后，在世界能源危機(jī)的影響下，特別是在農(nóng)村、牧區(qū)、海島等地方對(duì)電力迫切需求的推動(dòng)下，中國(guó)的一些地區(qū)和部門(mén)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究、試點(diǎn)和推廣應(yīng)用又給予了重視與支持，但在這一階段，其風(fēng)電設(shè)備都是獨(dú)立運(yùn)行的。直到1986年，在山東榮城建成了中國(guó)第一座并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)后，從此并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)進(jìn)入了探索和示范階段，但其特點(diǎn)是規(guī)模和單機(jī)容量均較小。到1990年已建成4座并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)，總裝機(jī)容量為，其最大單機(jī)容量為200kw。在此基礎(chǔ)上，風(fēng)力發(fā)電從1991年起開(kāi)始步入了逐步推廣階段，到1995年，全國(guó)共建成了5座并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)，最大單機(jī)容量為500kw。1996年后，風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模的階段，其特點(diǎn)是風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模和裝機(jī)容量均較大，最大單機(jī)容量為1300kw。從1996～2002年末，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘恳堰_(dá)470mw。而一些省份風(fēng)電裝機(jī)容量見(jiàn)表1。表1一些省份2002年末風(fēng)電裝機(jī)容量省、區(qū)容量(mw)省、區(qū)容量(mw)3風(fēng)電場(chǎng)投資成本和風(fēng)電機(jī)組的制造技術(shù)(1)風(fēng)電場(chǎng)投資成本：風(fēng)電場(chǎng)投資成本(單位千瓦造價(jià))是衡量風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)經(jīng)濟(jì)性的主要因素，歸納起來(lái)有以下三個(gè)方面：①風(fēng)電機(jī)組的制造成本，由于風(fēng)電機(jī)組是風(fēng)電場(chǎng)的主要設(shè)備，因此風(fēng)電機(jī)組的制造成本將直接關(guān)系到風(fēng)電場(chǎng)的總投資。但隨著風(fēng)電機(jī)組制造技術(shù)的不斷提高和機(jī)組性能的不斷改進(jìn)，其單機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，這將使風(fēng)電機(jī)組單位千瓦的造價(jià)會(huì)明顯下降，因此也隨之使風(fēng)電場(chǎng)的造價(jià)下降。②風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模，亦即風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量。一般說(shuō)來(lái)，風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模越大，其造價(jià)越低，這就是所謂規(guī)模效應(yīng)。這種規(guī)模效應(yīng)將使風(fēng)電場(chǎng)單位千瓦的配套設(shè)施相對(duì)地下降，如與電網(wǎng)配套設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用等。③風(fēng)電場(chǎng)選址，這也直接關(guān)系到風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)電場(chǎng)選址、風(fēng)電機(jī)組定位都選得適當(dāng)，那么風(fēng)電場(chǎng)就可以多發(fā)電量，風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性就好，若風(fēng)電場(chǎng)選在交通便利的地方，運(yùn)輸成本就可下降等，這些也將使風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)成本下降。從中國(guó)目前風(fēng)電場(chǎng)單位千瓦的造價(jià)看，其總趨勢(shì)在不斷地下降之中，例如，20世紀(jì)90年代中期，中國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的單位千瓦造價(jià)，還高達(dá)10000多元/kw，但到了21世紀(jì)初，單位kw的造價(jià)已降到8000多元/kw，這說(shuō)明中國(guó)風(fēng)電事業(yè)在近12年中，有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，也為今后的大發(fā)展打下了基礎(chǔ)。當(dāng)然中國(guó)的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本比起發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)，還有一定的差距，不過(guò)隨著中國(guó)風(fēng)電機(jī)組制造水平的不斷提高和風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，其造價(jià)將進(jìn)一步地下降。(2)風(fēng)電機(jī)組的制造技術(shù)：風(fēng)電機(jī)組是風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電設(shè)備，也是風(fēng)電場(chǎng)的主要設(shè)備，其投資約占風(fēng)電場(chǎng)總投資的60%～80%，因此風(fēng)電機(jī)組的制造水平將直接反映一個(gè)國(guó)家風(fēng)電的發(fā)展水平。自20世紀(jì)70年代中、后期開(kāi)始，中國(guó)真正進(jìn)入了現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)階段。在這一階段中，經(jīng)過(guò)單機(jī)分散研制、重點(diǎn)攻關(guān)、實(shí)用推廣，以及系列化和標(biāo)準(zhǔn)化等工作之后，使中國(guó)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)無(wú)論在科學(xué)研究方面，還是在設(shè)計(jì)制造方面均有了不小的進(jìn)步和提高，同時(shí)也取得了明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，主要解決了邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)的農(nóng)、牧、漁民的用電問(wèn)題。但其風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量?jī)H為幾百瓦到10kw，也均屬獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組。到了20世紀(jì)80年代，主要集中在研制并網(wǎng)型的風(fēng)電機(jī)組上，并且陸續(xù)制造出從幾十kw到200kw的機(jī)組。但由于這些風(fēng)電機(jī)組自行研制周期長(zhǎng)，又趕不上市場(chǎng)對(duì)更大容量風(fēng)電機(jī)組的需求，因此大部分樣機(jī)均來(lái)不及改進(jìn)和完善并轉(zhuǎn)化為商業(yè)性機(jī)組。在這種情況下，為了盡快提高中國(guó)風(fēng)電機(jī)組的制造水平和滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，國(guó)家采取了以下兩條措施：①引進(jìn)國(guó)外成熟技術(shù)，吸收消化，以提高國(guó)產(chǎn)化機(jī)組的制造技術(shù)。例如，已通過(guò)支付技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)的方式，從國(guó)外引進(jìn)了600kw機(jī)組全套制造技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)的風(fēng)電機(jī)組制造廠(chǎng)家的風(fēng)電主機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，已研制出600kw機(jī)組的關(guān)鍵部件，如發(fā)電機(jī)、齒輪箱和葉片等，并且600kw的機(jī)組其本地化率已可達(dá)90%。②采用與國(guó)外公司合作生產(chǎn)的方式引進(jìn)技術(shù)，并允許國(guó)外風(fēng)電機(jī)組制造廠(chǎng)商在中國(guó)投資設(shè)廠(chǎng)。如國(guó)際著名的葉片制造商丹麥的lm公司就在天津獨(dú)資設(shè)廠(chǎng)生產(chǎn)。而中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的大發(fā)展將為這些企業(yè)提供良好的機(jī)遇。4中國(guó)風(fēng)電的發(fā)展前景(1)發(fā)展風(fēng)電的必要性：前面已經(jīng)提到，中國(guó)有豐富的風(fēng)能資源，這為發(fā)展中國(guó)的風(fēng)電事業(yè)創(chuàng)造了十分有利的條件。但就中國(guó)目前電力事業(yè)而言，火力發(fā)電仍是中國(guó)的主力電源。以燃煤為主的火電廠(chǎng)，正在大量排放co2和so2等污染氣體，這對(duì)中國(guó)的環(huán)保極為不利。而發(fā)展風(fēng)電，一方面有利于中國(guó)電源結(jié)構(gòu)的調(diào)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(shí)，又有利于減少能源進(jìn)口方面的壓力，對(duì)提高中國(guó)能源供應(yīng)的多樣性和安全性將作出積極的貢獻(xiàn)。(2)國(guó)家對(duì)發(fā)展風(fēng)電的政策支持：