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【分析】不同類型風電機組的效率對比(上)

2015-11-24 來源:“雞尾酒風機”新浪博客 瀏覽數(shù):1651

理想風機三要素是?

  理想風機三要素是?
  引子1:愛麗絲漫游奇境記2
毛毛蟲:愛情就像鬼一樣,相信的人多,真正遇見的人少。
愛麗絲:可我們現(xiàn)在談的是直驅風機啊。
毛毛蟲:嗯,直驅就像鬼一樣!相信的人多,真正明白的人有么?
從今天開始,文章內容不再輕松,涉及到概念和數(shù)據(jù),雖然我盡量輕松寫。
雖然難點,但是有助于各位專業(yè)能力的真正增長,OK,拿破侖先生說過:不會定量分析的工程師不是好工程師。
風機核心部件包括四樣:葉片、齒輪箱、發(fā)電機、變頻器。對于沒有齒輪箱的直驅風機,核心部件只剩有三樣。
首先來定義一個理想風機。簡單來講,理想風機三要素是發(fā)電量最大、可靠性最高、造價最低。核心可歸結成一個指標度電成本最低。
先討論發(fā)電量。
在額定風速上,風機通過變槳(有時輔以變速)來限制功率,此時不關心各核心部件效率。
條件1:分析只限定于額定風速以下這個條件,以下提到“所有風速范圍”時,僅代表從切入風速到額定風速這么寬的風速范圍內。
連載(文章為博客連載,故作者稱連載)不關心如何設計葉片、發(fā)電機等以使效率最高,連載假設相同部件的生產(chǎn)廠家,做出的東西是一樣的,比如南高齒的齒輪箱和重齒的齒輪箱是無差別的。
條件2:分析只限定于不同的風機結構發(fā)電效率的差別,比如直驅和雙饋,而不是如何進行部件設計。
當葉片長度固定時,提高理想風機的四大核心部件效率,這是提高發(fā)電量的不二法門。
即,理想風機的高效率包括兩部分:
1、葉片工作于高效。
所有風速范圍內,始終工作于效率最高點。即葉片始終運行在Cpmax處,葉片的效率用Cp來表示,Cp的最大值用Cpmax表示。
2、傳動鏈工作于高效。
所有風速范圍內,傳動鏈(含齒輪箱、發(fā)電機、變頻器)的效率盡量高。
葉片的效率比較低,Cpmax大多在0.5以下【注1】,傳動鏈效率都比較高,都是90%以上。所以整體而言,提高葉片的工作效率,對風機的發(fā)電量貢獻最大。
但傳動鏈的選擇也至關重要,首先,不同的傳動鏈決定風機的轉速范圍不一樣,從而不同風速時葉片工作于不同的Cp;其次,不同的傳動鏈確實效率不一樣。
什么樣的風機,葉片和傳動鏈的工作效率最高呢?
注1:葉片的Cpmax雖偶有大于0.5的,但市場上單獨買不到這種葉片。
理想風機——葉片運行效率始終最高,直驅的呢?
引子1:接近20年前,歐洲的一個老牌博士曾經(jīng)首次在IEEE上證明過,相對于定速風機(那時還是定速風機的天下),變速風機的傳動鏈雖然添加了變頻器,增加了損耗,但因為增加了變速功能,提高了不同風速下葉片的CP,所以風機的發(fā)電量反而能上升。
為這個博士,我很愿意破例把一個引子增加一段:如果我來排全球風電科技名人榜的話,Who is who in windturbine,在我心目中,該博士能排入十大風電科技名人榜。
引子2:在Tony《風能技術》這本書中p307頁,變速型風機分成兩類:寬轉速范圍和窄轉速范圍的,并將直驅歸為前者,雙饋歸為后者。
葉片效率有兩重含義,
  第一重含義是通過合理的葉型、材料設計等,使葉片的效率最佳,此為葉片設計效率,一旦設計好,其CPmax是固定的;
第二重含義是通過風機的傳動鏈(機型)的選擇、合理的控制,使得葉片在盡可能多的風速范圍內保持高效,此為葉片的運行效率。
這里的文章都不討論如何設計葉片,只討論如何選擇傳動鏈和合理控制,即第二重含義的葉片運行效率。
翻開一本講述葉片的書,痛苦的葉素、升阻比、最佳攻角、伯努利等概念,可能讓你對葉片望而卻步。
不要害怕,下面我盡量科普的解釋葉片的發(fā)電量,完全不懂葉片理論怎能更深刻的理解風機?
請記住我會有定量分析,而不是定性,所以不可避免的公式是不可少。雖然每一個公式會殺死(嚇跑)50%的讀者,但這正是你深刻理解葉片的時候。
閱讀上文 >> 風電可研發(fā)電量計算準確性的主要影響因素
閱讀下文 >> 基于變壽命模型的改善風電可調度性的電池儲能容量優(yōu)化

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