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不同類型風電機組的效率對比(下)

2015-11-25 來源:“雞尾酒風機”新浪博客 瀏覽數:1157

風電峰觀察:作者當年寫這個系列的連載時,正處于華銳獨領風騷之時,身處雙饋陣營,難免會與直驅廠家出現口舌之爭,頗有俠客之風,這正是當時作者的連載吸引我的地方。

  風電峰觀察:作者當年寫這個系列的連載時,正處于華銳獨領風騷之時,身處雙饋陣營,難免會與直驅廠家出現口舌之爭,頗有俠客之風,這正是當時作者的連載吸引我的地方。
該系列的連載主題為討論如何提高風電機組傳動鏈效率,并最終引出其“雞尾酒風機”的設計理念,但結合當時行業發展狀況,主要從發電性能、可靠性(故障率)的方面,對雙饋和直驅進行了對比分析。
考慮目前技術發展狀況,很多內容不再轉載,有興趣的朋友可以自行關注“雞尾酒風機”新浪博客。
理想風機——傳動鏈效率盡量保持高效,直驅的呢?
引子1:我一直有個理想,真正的了解直驅風機,比直驅風機廠家的人還懂直驅。
理想風機的傳動鏈效率在任何功率下都盡量高。
傳動鏈包括的三個部件囊括了機械、電機、電力電子,要全部弄懂效率,要費點勁。
第一部分,滿發點的額定效率
有用的結論:
結論1:額定效率每提高一個百分點都是很不容易的事情。
結論2:當部件工作于額定點(額定功率)時,效率大多接近最高效,輸入功率越低,效率也越低。也就是說額定風速時,效率基本最高,風速越小時,效率越低。
結論3:對任何發電機而言,同等功率下,額定轉速越低(級數越多)的發電機,效率越低。
結論4:直驅風機傳動鏈在額定點的效率小于雙饋風機。
對于MW級風機而言,額定效率數據(綜合各部件廠家的額定效率數據)如下:
綜上所述,傳動鏈額定點的整體效率:
雙饋風機=齒輪箱97%*雙饋發電機97% =94%。
直驅永磁風機=直驅永磁發電機95*直驅變頻器97% =92%
二者差接近2個百分點。
一個辟謠:
很多人想當然的認為,直驅永磁發電機效率會非常高,高于雙饋發電機。
首先,在額定點,任何發電機廠家絕對不敢說,其低速永磁發電機效率會高于高速雙饋發電機。
其次,在低風速非額定點時,直驅永磁發電機效率高些,有多高?請參考第二部分。
另,效率是和成本掛鉤,如勇猛的加大成本,則電機效率會高。現實是綜合成本和效率,所有核心部件的額定效率如上表。
如果有人曾經看到過一些高于上表0.5%的數據,請忽略它,或者擺出來,我可以深入說點實情。
傳動鏈的額定效率有多大的意義?
1、有,代入額定點的效率數值,能確定下面效率公式里的系數。
2、有,如果效率高2%,意味著減少30kW(1.5MW×2%)的損耗,30kW的損耗絕對會讓一個冷卻設計人員大傷腦筋。無論其采用風冷還是水冷。30kW大約等于機艙內工業加熱器的的容量,能加熱機艙的加熱器總和!
結論,請盡量提高額定效率!
第二部分,非滿發點的額定效率
非滿發點的額定效率更有意思,也更實用。因為我從未看到哪個中國人真正花費時間做過這部分工作,雖然絕大部分整機廠家都在用Bladed算著功率曲線,業主也在用整機廠家提供的功率曲線計算著收益,計算著投資回報,但是除葉片Cp外,Bladed中其它部件帶入(齒輪箱、發電機等)的損耗數據多是蒙的,或者干脆就不給(比如變頻器)。
各部件效率曲線:
公式的推導很繁瑣,我從沒見過國內有人做過,部件類型眾多,涉及太多的專業。
所有核心部件的效率公式來自,Henk Polinder寫于2006 IEEE的《Comparison of Direct-Drive and Geared Generator Concepts for Wind Turbines》。本文的齒輪箱損耗計算要比Henk好的多。列出來也沒幾人能有興趣根據公式模型計算,我發現人都是喜歡結論,寧肯找出10個相互矛盾的結論,也不愿意根據給出的公式自己進行驗證。只有真正根據這些公式計算時,才能明白這些公式模型到底不足在哪里,你自然會啃書本請教人找出你的修正。
那些只給結論的任何報告,不給出效率公式(或源自何處的)都可疑,你無法證偽,這點來說IEEE的論文要好的多。
這些曲線都是我根據模型公式計算出來的,我自信是比較公正的。圖中數據基本參照Nordex和金風風機77m實際值(參照不意為著完全一樣,比如我要將葉片弄得基本一致,否則無法比較)。圖是Matlab生成的,曲線對應的數據可以用尺子量,我對定量有自信,呵呵。如有人覺得不公正,可以指出,我將解釋。
很多部件的效率或損耗曲線,就是部件制造商也提供不了。
各位看官先睹為快了,我將會直接給出各部件效率曲線圖,一目了然,圖會說話!
其實每一部件的效率計算都可以講一大篇,不過估計也沒人愿意看。
  圖1
  圖2
  圖3
第三部分,結論
閱讀上文 >> 從座頭鯨身上找風力發電的靈感
閱讀下文 >> 非焊接金屬縫補工藝在風電行業的應用

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