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微风高效风电技术“柔性智能叶片”

2015-02-08 16:03:53来源:中国u乐国际娱乐官网网浏览: 评论:0
  降低成本、提高发电量是风电技术的发展方向。叶片是风电机的“灵魂”,叶片的性能直接关系到风电机的性能,现有风电机叶片是根据空气动力学原理设计制造的,属于高风速叶片,这种叶片强刚性能要求很高,造价高昂,MW级风电机叶片非常巨大。在低风速状态,空气动力性能弱;在高风速状态又会产生强风载,风载的强度很惊人,造成的后果就是大幅提高塔架和机组的强度和成本,造成风电机的强烈振动,造成机械和疲劳损坏,还容易形成冲击电流,影响并网的稳定性。所以,叶片性能是造成风电机发电效率低,风电成本大的主要因素,我们要降低风电机成本、提高发电效率就必须改善叶片性能。
 
\   从叶片的基本性能来讲,主要就是两个方面,第一就是在额定风速内获得风能;第二就是超过额定风速实现卸载。   风变小了,我们的风电机该怎样变?这个问题是我们必须面对的问题,随着地球环境的变暖,风越来越小了,大风的频率也越来越少了,这些我们都可以明显感觉到。国家气候中心高级工程师江滢曾到辉腾锡勒等国内几家起步较早的风电场考察,电场工作人员对于风的减弱已经有了直观感受。江滢说,除了测风仪留下的历史记录,寒潮、沙尘暴、温带气旋等天气事件的逐年减少,也都是风速减小的佐证。此次研究中,江滢发现了一个有趣的现象,即在风能资源相对匮乏的内陆地区,无风的日子减少了,风速在4米/秒-8米/秒之间的和风日数反倒增加了。因此发展适合陆地使用的微风型风电机是我国风电产业的发展方向。   随着陆地装机容量的扩大,微风发电性能低的问题也越来越突出,提高微风发电性能已成人们的共识,有企业采用加长叶片的方法来提高微风发电性能,也就是降低风电机的设计风速,这样做效果会有,但不会很明显。因为现有叶片是以空气动力性能为基础设计的,低风速情况下空气动力性能肯定很弱,又如何来提高风能的输出呢?这样做一方面提高风电机成本,另一方面加大了风电机在大风情况下的风载,会增加故障率和破坏性。因此提高微风发电性能的主要出路在于改变叶片结构,提高结构动力性能。就像风筝有风会飞,不是靠结构的空气动力性能,而是靠结构的受风面积产生升力;以鸟的翅膀为例也能说明这个问题,陆地上的雄鹰翅膀宽而大,海边的海燕翅膀窄而长。   大自然永远是我们最好的老师,人类通过对鸟翅膀的研究造出了飞机,飞上了蓝天。鸟的翅膀是最轻巧的飞行装置,也是利用风能的高效装置,我们要想提高风能利用率,提高风电机的微风发电性能,鸟翅是我们最好的研究对象。鸟翅主要是靠羽毛捕获风能,羽毛结构非常轻盈,但有很好的捕风性能,而且具有灵活调节风载的功能。根据仿生学的原理,通过对羽毛结构特性的研究提取,研究开发出了“柔性智能羽形叶片”专利技术。   “柔性智能叶片”可以完全克服刚性叶片的缺点,并可以增大受风面积,由于“柔性智能叶片”可以根据风速的变化相应改变受风的型面,在增加风能获取量和转化量的同时,改善叶片的受力状态,化解风的破坏力,有利于风电机安全稳定的运转。在低风速情况下,叶片变形小,以最佳迎风角和最大迎风面积获取最大风载;在中风速情况下,随着风速增大,叶片变形会逐步增大,逐步减小迎风角和迎风面积,保持所受风载大小的相对稳定,保证发电功率的平稳输出;在高风速情况下,叶片随风速大幅变形,迎风面积大幅减小,风载减小,所受风阻大幅增加,叶片的转速不会增快,反而会变慢,不会造成风电机过载,也毋需停机,仍然可以保持正常发电。此时叶片所受风载会大幅减小,就像一颗树会随风弯曲,大幅减小树所受到的风载,这样可以完全避免狂风对风电机的破坏。
 

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