幾種風(fēng)力發(fā)電機(jī)構(gòu)優(yōu)勢(shì)比較

張躍鋒

（汾西礦業(yè)集團(tuán)公司選煤廠 山西介休）

當(dāng)前風(fēng)電技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，多種風(fēng)電機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)比較自動(dòng)化水平、結(jié)構(gòu)、效率、造價(jià)、維修保養(yǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的成本，對(duì)4種相當(dāng)能級(jí)和耗材的風(fēng)電機(jī)構(gòu)進(jìn)行探討，比如NWT12型3槳葉風(fēng)力發(fā)電機(jī)。通過(guò)比較得出改進(jìn)方案，從形體、結(jié)構(gòu)、效率、使用、安裝、維護(hù)、性能、壽命、造價(jià)、簡(jiǎn)捷性和先進(jìn)性加以分析，尋求較優(yōu)方式，推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的進(jìn)步。

1.3叉槳葉式風(fēng)電機(jī)構(gòu)

3叉槳葉式風(fēng)電機(jī)構(gòu)，中心高達(dá)50m，其最大回環(huán)直徑達(dá)40多米，主架為空心鋼筒，平均直徑≥2m，形體龐大笨重，耗材多運(yùn)輸不便，采風(fēng)效率低而不經(jīng)濟(jì)，根據(jù)微積分原理，適當(dāng)角度時(shí)半徑越大迎風(fēng)面積越大處產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩越大，從此點(diǎn)而言，其采風(fēng)結(jié)構(gòu)欠合理，因而效益較差。單臺(tái)在4級(jí)風(fēng)時(shí)，平均2圈/min，一圈可發(fā)電0.1kW·h，即一分鐘發(fā)電0.2kW·h（能力大約12kW）。機(jī)構(gòu)造價(jià)約35萬(wàn)元，一年按300個(gè)工作日計(jì)，約6年可收回成本，工作壽命約10年，因機(jī)構(gòu)龐大，安裝檢修保養(yǎng)困難較多。

2.16扇形葉片槳葉式動(dòng)力機(jī)構(gòu)

3.馬蹄形集風(fēng)筒16扇形槳葉全自動(dòng)調(diào)葉角式

馬蹄形集風(fēng)筒16扇形槳葉全自動(dòng)調(diào)葉角式風(fēng)電機(jī)構(gòu)是16葉型外圍改進(jìn)型，前部外圍加一個(gè)馬蹄形廣口集風(fēng)筒，約兩倍面積廣口隨桁架機(jī)體自動(dòng)調(diào)向收集來(lái)風(fēng)，風(fēng)筒分3瓣對(duì)接，頂上開(kāi)縫螺絲緊定，下部開(kāi)1100mm×1100mm吊裝檢修窗，合頁(yè)連接。廣口邊設(shè)100mm高折邊，仍以正三角機(jī)架托起主體機(jī)構(gòu)，機(jī)架桁架盡量以配套螺絲鉚接，整體可抗10級(jí)以下風(fēng)力。一般在4級(jí)風(fēng)力下4圈/min，一圈發(fā)電0.1kW·h（能力約24kW），每分鐘0.4kW·h，形體小，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝檢修方便，電控系統(tǒng)亦復(fù)雜，可采用PLC或CNC以及簡(jiǎn)易低層次自動(dòng)控制系統(tǒng)，單臺(tái)造價(jià)稍高約35萬(wàn)元，4年可收回建設(shè)成本，由于槳葉時(shí)刻處于自動(dòng)調(diào)整狀態(tài)，槳葉自動(dòng)調(diào)向機(jī)構(gòu)故障率高，檢修量較大，每年涂防銹漆一次，壽命8年，由于采風(fēng)率高，工作范圍較寬，有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)。

4.鼠籠式立槳外加折頁(yè)風(fēng)電動(dòng)力機(jī)構(gòu)

鼠籠式立槳外加折頁(yè)風(fēng)電動(dòng)力機(jī)構(gòu)的采風(fēng)機(jī)構(gòu)形式最優(yōu)，效率高，槳葉迎風(fēng)橫面為凹正三角形，風(fēng)葉與中心支柱垂直地面排布，背風(fēng)面為60°尖角，槳葉及折頁(yè)材料用化學(xué)合成塑膠制作，重量輕。結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。槳葉回轉(zhuǎn)直徑≤10m，結(jié)構(gòu)合理，不用調(diào)角，簡(jiǎn)單而自動(dòng)化程度高，自動(dòng)保護(hù)性好。加上迎風(fēng)折頁(yè)加強(qiáng)采風(fēng)，總體性能可靠、故障率低、壽命長(zhǎng)，不忌雨雪風(fēng)向，安裝檢修方便。4級(jí)風(fēng)下5圈/min，每圈發(fā)電按0.1kW·h計(jì)，一分鐘可發(fā)電0.5kW·h（能力約30kW），且造價(jià)低，使用方便可靠，約25萬(wàn)元，不到3年可收回成本，但鋼架結(jié)構(gòu)須每年刷防銹漆保養(yǎng)一次，軸承等關(guān)鍵部位要適時(shí)加潤(rùn)滑脂。由于轉(zhuǎn)速越大，每圈功率和發(fā)電量越大，優(yōu)勢(shì)更多。本機(jī)構(gòu)中層與上下層設(shè)斜桿拉撐桿以增加風(fēng)籠構(gòu)架強(qiáng)度，主要構(gòu)件采用螺栓連接，以方便運(yùn)輸，上軸管重疊軸承上部以連續(xù)焊接8mm×30mm卡圈一個(gè)。直徑60mm通孔穿調(diào)質(zhì)處理的45#鋼銷(xiāo)。借助其他成熟發(fā)電變配電技術(shù)，壽命可達(dá)10年以上，采風(fēng)范圍寬，適應(yīng)面廣，質(zhì)量通病少，安裝技術(shù)組織措施簡(jiǎn)便易行投資省，見(jiàn)效快，安全可靠性高，季節(jié)性影響小，宜于推廣。若在迎風(fēng)口邊再設(shè)側(cè)斜集風(fēng)板和隱風(fēng)板協(xié)助用風(fēng)則效果更佳。4種風(fēng)電機(jī)構(gòu)動(dòng)力形式基本性能曲線見(jiàn)圖2。

圖1 鼠籠式立槳外加折頁(yè)風(fēng)電動(dòng)力機(jī)構(gòu)

推崇使用鼠籠式發(fā)電動(dòng)力機(jī)構(gòu)，對(duì)于深山、海島邊防、小居民區(qū)或大規(guī)模發(fā)電站建設(shè)安裝使用，具有極大優(yōu)越性，無(wú)電控能耗機(jī)耗管理和技術(shù)消耗，無(wú)須擇風(fēng)向，有些采暖場(chǎng)合結(jié)合太陽(yáng)能共用，無(wú)須變電整流等高技術(shù)措施即可使用。由于采用了最優(yōu)采風(fēng)方式，采集了最優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩和風(fēng)能，對(duì)于偏遠(yuǎn)旅店、居民小區(qū)村莊等不通電地區(qū)實(shí)用性最好。風(fēng)力較大地區(qū)取暖、灶口、采光使用微化裝設(shè)效果更好，造價(jià)低、故障少，改進(jìn)設(shè)計(jì)優(yōu)化范圍寬、優(yōu)勢(shì)大。裝運(yùn)方便快捷，大小自由，是極佳的清潔長(zhǎng)壽能源，比輸送電能更節(jié)省，10臺(tái)機(jī)組可供400戶居民使用，在＜10級(jí)風(fēng)地區(qū)的電力市場(chǎng)，有極大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和投資發(fā)展前景。

圖2 風(fēng)電機(jī)構(gòu)性能曲線比較