【正文】 電機組占據(jù)。據(jù)相關(guān)資料報道 ,到 2020年 ,預(yù)計我國將新增發(fā)電能力 500GW,其中 121GW為可再生能源。這種氣壓高低的不同，促使空氣產(chǎn)生水平運動，就形成了風 ]7[ 。 風的特性：①風的方向不定，大小不同。③風隨著季節(jié)的變化而 變化 ]9[ 。超過該值時，利用調(diào)節(jié)系統(tǒng)，輸出功率將保持常數(shù)。我國的風能資源 ,據(jù)中國氣象科學(xué)研究院對全國 900多個氣象站年平均風能功率密度的估算 ,10m高度層的總資源量為 3226GW。維護人員可以通過風電機塔進入機艙。它裝備有緊急機械閘，用于空氣動力閘失效時，或風電機被維修時。 （ 6） 低速軸：風電機的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風向標來感覺風向。 （ 9） 發(fā)電機：通常被稱為感應(yīng)電機或異步發(fā)電機。此外，它包含一個油冷卻元件，用于冷卻齒輪箱內(nèi)的油?，F(xiàn)代 600 千瓦風汽輪機的塔高為 40至 60 米。 （ 13） 風速計及風向標：用于測量風速及風向 ]12[ 。因此，風機的保養(yǎng)和維修就顯得十分重要。 在暴風或其他惡劣天氣來臨前，為了避免不可預(yù)料的損失發(fā)生，建議放到塔架。發(fā)電機底座固定螺栓松動；變槳距風輪有卡滯現(xiàn)象；定槳距風輪葉片變形；尾翼固定螺釘松動；立柱拉索松弛。 (1)調(diào)向不靈的原因分析。 (1)異常雜音的原因分析。若緊固件螺絲松動，加好 彈簧墊擰緊即可，若風輪與其他部件摩擦，找出故障點，調(diào)整或檢修排除，若不屬以上原因，則異常雜音可能出在發(fā)電機前，后軸承部位，此時應(yīng)打開發(fā)電機前，后軸承蓋，檢查軸承，對軸承部件清洗或更換新軸承，并加好黃油，將發(fā)電機前、后的軸承蓋裝回原位即可。 (2)發(fā)電機不發(fā)電故障的排除方法。即有風時風輪不好啟動，運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速上不去，特別是額定風速時，風輪轉(zhuǎn)速達不到額定轉(zhuǎn)速。如風輪葉片變形或變槳距葉片沒有復(fù)位，進行檢查調(diào)整或更換新風輪葉片，抱閘剎車機型，應(yīng)檢查調(diào)整剎車間隙，保風輪運轉(zhuǎn)自如，若發(fā)電機軸承損壞，應(yīng)更換新軸承。 一般將葉輪 設(shè)計成翼形 ,風輪從自然界獲得的能量有限 ,理論上風力機獲得最大效率約為 0. 593,其功率損失部分可解釋為留在尾流中的旋轉(zhuǎn)動能。 相信隨著計算機流體設(shè)計水平和三維設(shè)計在風輪設(shè)計中的應(yīng)用 ,可以設(shè)計出在一定輸出功率下的最佳風輪幾何形狀。 (2)變速恒頻方式 ,即風力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速隨風速的波動作變速運行 ,但仍輸出恒定頻率的交流電。轉(zhuǎn)子上的回轉(zhuǎn)葉片受風力沖動，將風力轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機械力，通過升速裝置驅(qū)動發(fā)電 機發(fā)電。支撐鐵塔用來支撐和提高轉(zhuǎn)于位置，使回轉(zhuǎn)葉片能接受較大風速（因風速隨高度而升高）。 因風能具有隨機性，而電力負荷則有其本身的規(guī)律，為使供電可靠，大規(guī)模 風電是建設(shè)多臺大型風電機組形成的風電廠與電網(wǎng)并聯(lián)運行；在電網(wǎng)達不到的邊遠地區(qū)則采用風電機組與柴油 發(fā)電機 組聯(lián)合運行的方式，既可節(jié)油又可保證連續(xù)供電。目前正在研制 50～ 200kW 大、中型風力發(fā)電機組。 3. 3. 2 風電機組運行方式 ⒈ 獨立運行方式 獨立運行的風力發(fā)電機組 ,又稱離網(wǎng)型風力發(fā)電機組 ,是把風力發(fā)電機組輸出的電能經(jīng)蓄電池蓄能 ,再供應(yīng)用戶使用。 ⒉ 并網(wǎng)運行方式 并網(wǎng)運行方式 ,就是采用風力發(fā)電機與電網(wǎng)連接 ,由電網(wǎng)輸送電能的方式。 風力發(fā)電 場是目前世界上風力發(fā)電并網(wǎng)運行方式的基本形式 ,即在風能資源良好的地區(qū) ,將幾十臺、幾百臺甚至幾千臺單機容量從數(shù)十千瓦、數(shù)百千瓦直至兆瓦級以上的風力發(fā)電機組按一定的陣列布局方式成群安裝而組成的風力發(fā)電機群體 ,有利于風能的充分、高效率利用 ]17[ 。 大型風力發(fā)電機組必須通過聯(lián)網(wǎng)運行 ,并將風電機組輸出的電壓和頻率變?yōu)殡娋W(wǎng)的恒定電壓和頻率加以傳輸 ,目前一般采用全額定值變換原理。這種方式的最大優(yōu)點是發(fā)電機的變速范圍寬 ,適用風力變化較大的環(huán)境能力強 ,而且維護簡便。若采用鼠籠型異步發(fā)電機 ,變頻器相當于眾所周知的異步電機傳動系統(tǒng)中所用變頻器的可逆運行若采用永磁同步發(fā)電機 ,使電機連同變頻器及變壓器即 構(gòu)第三章 風力發(fā)電 15 成一臺無換向器的發(fā)電機。通過控制變頻器對發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路輸出的三相交流低頻電壓的相位、幅值及頻率 ,來達到發(fā)電機變速恒頻恒壓以達到聯(lián)網(wǎng)運行的目的。發(fā)電機由 2臺同軸連接的繞線轉(zhuǎn)子異步電機組成 ,見圖 35（ a） ,一臺為發(fā)電機 ,另一臺為勵磁機。 圖 35 用變頻器進行無刷勵磁 3. 3. 4 國外風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)和特點 國外的風電機組和變頻器技術(shù)起步較早 ,技術(shù)較國內(nèi)先進 ,風力發(fā)電機單機容量已能生產(chǎn) 5MW機組 ,變頻器容量也做得較大。另外 ,由于變頻器中整流與逆變部 分的分離 ,提高了風電場的經(jīng)濟整體效益及運行可靠性。 （ 1） 正常的運行控制包括風力發(fā)電機的自動啟動并網(wǎng)，變槳距，發(fā)電機加熱，自動偏航對風，液壓油泵自動啟停，齒輪油泵自動啟停，自動偏航解纜，自動停機。 風力發(fā)電控制系統(tǒng)的基本目標分為 4個層次 ： 保證可靠運行 、 獲取最大能量 、 提供優(yōu)質(zhì)電力 、 延長機組壽命 。④ 減少陣風引起的轉(zhuǎn)矩峰值變化 ，減小風輪的機械應(yīng)力和輸出功率波動 。⑦ 抑制可能引起機械共振的頻率 。 滑模變結(jié)構(gòu)控制本質(zhì)上是一種不連續(xù)的開關(guān)型控制。 風力發(fā)電機工作于正常和失速 2種模態(tài) ]20[ ,對感應(yīng)發(fā)電機系統(tǒng)以功率相對誤差作為切換面 ,對 2種模態(tài)分別采取不同的滑動模控制結(jié)構(gòu) ,實現(xiàn)了無差 跟蹤和風能最 大捕獲。 在進行變速運行的雙饋電機風力發(fā)電系統(tǒng)的控制器設(shè)計時 ,需要妥善解決速跟蹤與轉(zhuǎn)矩平滑之間的關(guān)系。 文獻 25以力矩為控制信號 ,采用積分型滑動?？刂坡?,有效地解決了滑動模的切換抖動 ,該控制方案對不確知的機械摩擦力矩和隨機性變化的空氣動力力矩具有魯棒性 ]25[ 。 1. 2 H∞控制 H∞魯棒控制可直接解決具有建模誤差、參數(shù)不確定和干擾未知系統(tǒng)的控制問題。 H∞魯棒控制在研究具有強魯棒性的穩(wěn)定控制中占有重要地位 ,已成為控制論中一個重要分支。以忽略驅(qū)動鏈快動態(tài)及感應(yīng)電機電氣動態(tài)的非線性降階模型為基礎(chǔ)的反饋線性化 PI方法和解耦控制 ,同時比較研究了單環(huán) PI 控制器。采用環(huán)路整形的概念 ,選擇權(quán)函數(shù)。該方法考慮了在線控制器對脈動風速系統(tǒng)建模的實際 ,為風力機建模和魯棒控制提供了一種新方法 ]30[ 。這個方案可以較好地滿足最大能量獲取 ,保證可 靠運行和提供良好的發(fā)電質(zhì)量的控制目標。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有可任意逼近任何非線性模型的非線性映射能力 ,利用其自學(xué)習(xí)和自收斂性可作為自適應(yīng)控制器。 ⒉建立風電場地區(qū)的盛行風向穩(wěn)定； ⒊測量和收集（至少二年）預(yù)選風電場的風況特征（包括風速、風向、風頻以及風速沿高度的變化等），以便對場內(nèi)安裝的風力發(fā)電機的發(fā)電量做出精確的估算； ⒋對預(yù)選風電場址所在地區(qū)的氣象環(huán)境情況（如溫度、相對濕度、大氣壓力、空氣密度）及特殊氣象情況（如臺風、大風、冰凍、鹽霧、灰沙、雷暴、紊流 等）有詳細的觀測數(shù)據(jù)及資料； ⒌對風電場地區(qū)的地形、地貌（如表面粗糙度）、障礙物（如建筑物）等有詳細的資料； ⒍風電場應(yīng)距公路道路較近，這將關(guān)系到風電設(shè)備的運輸，并進而影響風電場工程費用； ⒎風電場應(yīng)距地區(qū)電網(wǎng)較近（這同樣影響風電工程費用），以及風電場送入地區(qū)電力網(wǎng)的最大功率與地區(qū)電力網(wǎng)總?cè)萘康谋壤达L電的最大透入率，以便確定風電場風力發(fā)電機組的輸出對公用電力網(wǎng)系統(tǒng)的影響； ⒏風電場應(yīng)距居民點有一定的距離，以降低對居民點的影響，主要是噪聲及對電磁波的干擾。 2. 設(shè)備笨重 ,運輸不便 , 施工困難當前風電技術(shù)發(fā)展趨勢之一是單機容量不斷增大 ,世界上主流機型已經(jīng)從 2020年的 500～ 1000kW增加到 2020年的 2～ 3 MW,2020年底 5MW的風機進入試運行階段 ,并已經(jīng)開始 10MW風機的設(shè)計和研制。 風電場場內(nèi)地形地貌也復(fù)雜多變 ,給施工機械從一個風機位置到另一個風機位置轉(zhuǎn)場帶來很多過程中的困難。在總工期的約束下 ,挖土、墊層施工鋼筋綁扎、模板支護、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護等形成多個流水線 ,風電場內(nèi)不斷地重復(fù)著大體積 混凝土的施工 ,單個基礎(chǔ)的連續(xù)澆筑時間需持續(xù) 10～ 40h。由于風電場地形地貌復(fù)雜多變及風電施工的特殊性 ,適用的吊裝機械主要是自行式起重機 ,包括履帶式起重機和汽車式起重機。缺點是其行走速度較慢 ,履帶會破壞公路路面 , 長距離轉(zhuǎn)場必須拆卸后才可運輸 ,用平板拖車運輸?shù)竭_工作地點 ,再進行組裝 ,因此風電施工應(yīng)盡量選用有自行拆裝系統(tǒng)的履帶式起重機。 相比起來 ,大噸位履帶起重機具有汽車式起重機所無法達到的臂長、起重力矩、作業(yè)幅度、帶載行駛能力及適應(yīng)惡劣地面的能力等優(yōu)勢 ,而且自拆裝功能越第四章 風電場建設(shè) 25 來越完善 ,大大縮短了工作準備時間?？紤]到大量轉(zhuǎn)場的工作量 ,輔助吊裝機械盡量選用履帶式起重機 ,可以有效地加快施工速度 , 降低勞動強度。 ⒋ 合理選擇混凝土的生產(chǎn)方式 風電場風機基礎(chǔ)的混凝土施工中 ,一般有 2 種型式 :集中攪拌站式和每個風機位置現(xiàn)場攪拌方式 ?，F(xiàn)場攪拌方式適合工程規(guī)模比較小或工期要求不緊的風電場。 生產(chǎn)控制樓及升壓站區(qū)域應(yīng)優(yōu)先開工。正常情況下 ,風機混凝土基礎(chǔ)的澆筑順序可以根據(jù)已具備的條件選擇 。 ⒍ 細化環(huán)境保護措施 施工期間 ,車輛行走、設(shè)備堆放、土方開挖均要對現(xiàn) 有環(huán)境及植被形成破壞 ,應(yīng)加強環(huán)保設(shè)計 ,制定恢復(fù)方案 ,確定恢復(fù)時機 ,以確保環(huán)境保護的效果第五章 風力發(fā)電的特 點 27 第五章 風力發(fā)電的特點 5. 1 風力發(fā)電的優(yōu)點 風力發(fā)電雖然在八零后才開始發(fā)展，但短短的二十年時間，應(yīng)景游樂令人矚目的成績。根據(jù)《工業(yè)雜志》 （ Windpower Monthly, Jan 2020）的分析 顯示 在平均 風速 7公尺 /秒以上時 1,000 瓦的建造成本已降至 1,300 美元， 這個價格已經(jīng)比瓦斯，煤以及核能便宜了。 在 歐洲 ，平均每臺 風力發(fā)電機 可以 創(chuàng)造 出三 個 工作 機會 ，以 發(fā)電發(fā)達 的 國家 ── 丹麥為例 ， 風電工業(yè) 的 就業(yè) 人口 約 有 4000 人，是造船 業(yè) 的 3倍；在德 國 ，2020 年底共有 11,500 臺 風機 ， 風電就業(yè)人口 人口有 35,000 人；全球 風能協(xié)會甚至 評估 未 來 全球的 風力發(fā)電 相 關(guān)從業(yè) 人口 將超過 150,000 人。 風 能分布十分 廣泛 ，即使在 偏遠地區(qū) ，也可進 行供 電 。其對環(huán)境的明顯正面影響為 ]38[ ： ⒈ 減少向大氣排放粉塵， CO NOx、 SOx。 ⒉ 減少因開發(fā)一次能源如煤、石油、天然氣，所造成的環(huán)崐問題。 ● 淤積問題 攔河水庫必須保持設(shè)計庫容，而隨 地質(zhì) 條件不同，有的水庫 “ 淤積 ” 發(fā)生較快，這就會降低工程的發(fā)電回收效益。只是移民已絕無可能返回他們原先的土地。雨林帶較之草地脆弱，草地則較之大草原脆弱?；蛘哒f這項工程有沒有替代選擇方式？一般說來，選擇的可能性終歸存在。 ● 產(chǎn)生溫室氣體 (CHC)問題 來自生物質(zhì)，有機物分解，產(chǎn)生的 CHC， amp。 ● 水質(zhì)問題 可控制使生物腐壞的雜草，而使水質(zhì)達到標準要求。 表 52 生活中常見的噪聲源的噪聲水 平 噪 聲 源 噪 聲 水 平 飛機發(fā)動 140dB(A) 汽車發(fā)動 80dB(A 辦公室 60dB(A) 風力機 40～ 50dB(A) 夜晚臥室 40dB(A) 落 葉 10dB(A) 由于上二表可知，風力機的噪聲對環(huán)境影響不大，在距風力機 500m外已基本不受影響。 ⒊ 對鳥類生活的影響 由于風力機隨著容量的增加其掃掠面積和高度都跟著增加。最近有研究認為鳥類撞上風力機而死亡的事件從總 體上來說是很稀少的，這還因為鳥類是有智力的動物，當事件發(fā)生后，其它鳥類會得到警告，避開運行中的風力機。但人們必須考 慮這些問題，使人類的經(jīng)濟活動建立在可持續(xù)發(fā)展的概念上。 第一 關(guān) ：政策扶持不到位 風能開發(fā) 在 產(chǎn)業(yè) 起步 階段 由政府扶持是世界上通行的做法，而我 國 的 風電在商 業(yè) 化重要 關(guān)頭時 ，缺乏政策扶持 “ 內(nèi)蒙古 對 風能 的 開發(fā) 利用，是 從發(fā)展 小型 風力發(fā)電機 解決 農(nóng) 牧民用 電 需求 開始 的。 從 我 國 已投 產(chǎn)風電 項目 來 看， 建設(shè)資金 主要依靠外 國 政府 貸款 和部分 國 內(nèi) 貸款 ， 風電企業(yè) 普遍 負債較 高。 風能開發(fā)項目 前期投入巨大、 電價 昂貴 ，在 產(chǎn)業(yè) 起步 階 段由政府扶持是世界上比 較 通行的做法。我 國 是 資源 最為 豐富的 國家 ，但 風力發(fā)電總量與 世界先 進 水平相比 遠 有 較 大差距。 ⒋ 其它方面的負面影響 建設(shè)風電廠需要占用土地來建筑風力機基礎(chǔ)及道路，將風電輸送到用電中 需要架設(shè)輸電線路等等。尤其當風力機安裝在鳥類活動頻繁的地區(qū)。尤其是 計算機 技術(shù)的發(fā)展，可以在安裝風力機前，用 PHOTO 第五章 風力發(fā)電的特 點 31 SHOP 等軟件制作成逼真的圖片，供人們選擇。 二． 風電對環(huán)境的負面影響 ⒈ 噪聲 風力機的噪聲主要來源于發(fā)電機，齒輪箱和漿葉切割空氣產(chǎn)生的噪聲，當前風力機的噪聲水平隨著工藝水平的提高而有較大的改善，如國產(chǎn) 200kw 風力機的噪水平如表 51示。不應(yīng)超過等量可燃氣體燃燒生成的量值。 ● 土地的 “ 損失 ” 或占用 這里指的是原先用于 農(nóng)