風力發電設備的優化設計

宗　倩

風力發電設備的優化設計

宗倩

（電能（煙臺）核電技術有限公司，山東 煙臺 265100）

風能清潔無污染，是人們夢寐以求的新能源。風力發電是一種有效利用風能的新形式，風力發電設備決定著發電效率與發電成本，因此優化發電設備至關重要。通過闡述風力發電基本原理及現代風機的基本組成，提出風力發電設備優化設計的幾點思路，為提高風力發電可利用價值提供參考。

風力發電；發電設備；優化設計

風力發電是一種新能源發電技術，具有優化能源結構、改善生態環境、促進社會和經濟可持續發展等優勢。目前，世界各國都在大力發展和研究風力發電及其相關技術。風力發電設備決定著發電效率與發電成本，因此，優化發電設備至關重要。

1　風力發電原理

風力發電是現階段我國研發的一項新技術，對于我國電力行業的發展與進步都有非常重要的作用。風力發電基本原理是風車的葉片在風力的吹動下轉動，葉片轉動的動能轉換成發動機的動能，發動機的動能最終轉化成電能。

2　現代風機的基本組成

2.1控制系統

風力發電的風機主要由兩部分組成：一是核心控制系統，二是運行系統。風機的控制系統相當于人類的大腦，是主要的核心區域。隨著科技的不斷發展與建設，控制系統已經步入了信息化時代，在風力發電的內部，有一個控制室，包含信息化設備，主要有計算機、各種電路的集合體與控制器及其電子控制器。計算機的功能是設置相關參數，例如，當風力達到一定等級的時候，才能進行風力發電；電路的集合體與控制器掌管的是電路的運行與停止，并及時發現出現故障的電路，從而對電路進行檢修與維護；電子控制器是它的核心部件，它的作用是決定葉片是否轉動、風力發電工作的開展是否進行等。當風力過小或過大，風力發電的葉片不適合轉動時，可通過電子控制器人為停止風力發電機。

2.2運行系統

運行系統也是風力發電中風機的重要組成部分，它類似于人類的四肢。當控制系統發出相關指示的時候，負責實現指令的部件就是風機的運行系統。運行系統的組成比較多，不同的部件有著不同的作用。核心部件包括：機艙、轉子葉片、軸心、發動機、液壓系統與冷卻系統。機艙的作用是放置發動機與齒輪箱，承載風力發電的動力系統；轉子葉片的作用是進行轉動產生動力勢能，是基礎的能量轉換部件；軸心是電機的核心部件，電機的存在就是依附在軸心上；發動機是風力發電的動力系統，它將動能轉化成機械能與電能；液壓系統與冷卻系統是保障風機正常運轉的設備。

3　風力發電設備的優化設計

3.1風力發電系統的節能設計

風力發電系統的節能設計是風力發電設備優化設計的重要組成部分。由于資源與能源的限制，節能似乎已經成為了一個時代性的主題。風力發電設備在進行優化設計時，一定也要做到節能。風力發電系統在進行電能轉化的過程中，還是會損失大量的能量，比如損失的熱能、勢能等。此外，風力發電系統在進行電能轉化的過程中，不僅僅做了有用功，還在很大程度上做了無用功，能量的轉化效率低使得能源的浪費比較明顯與突出。因此，在開展風力發電系統節能設計的工作過程中，要不斷優化能量的轉化效率，研究對廢熱與勢能的有效利用。

3.2偏航控制程序設計

偏航控制程序是風力發電重要的核心程序之一。偏航控制程序的主要功效有兩種：第一種功能是提高對風能的捕捉能力。風向與風力都是處于不斷變化的，但是某一個方向的風力與風向相對來說會處于相對穩定的狀態，當風力發電的葉片核心與穩定方向的風力處于垂直狀態的時候，所能捕獲的風能是最多的。偏航控制程序的作用就是檢測出穩定的風力與風向，然后智能地調整葉片的方向。以往的偏航控制程序反應不夠靈敏，當風力與風向發生微弱變化的時候，不能及時捕捉最穩定的風力與風向，使得對風力的捕捉能力不強。因此，在對偏航控制程序進行優化設計時，要提高它的靈敏度。第二種功效是自動解除纏繞的電纜。當葉片進行不斷變化轉動的時候，電纜會在一定程度上纏繞在一起。偏航控制程序會定期地對纏繞在一起的電纜進行自動解除，但是偏航控制程序原本的設計是一定時間內對電纜進行自動解除，而有的時候風力變化比較頻繁，設定的時間與電纜的解除存在一定的差別。因此，在優化偏航控制程序設計時，設定的標準應參考電纜的纏繞程度，而不是時間。

3.3變槳距程序設計

變槳距程序的主要作用是在風力不斷變化時，改變風機的變槳距，改變整體的受力狀況，使風機的輸出功率變大，保障最佳的轉化效率。變槳距程序的存在可以在很大程度上減輕葉片的整體質量，使葉片在轉動的時候更加便捷。以往變槳距程序反應能力較差，不能夠及時進行變槳，且在風機轉變的過程中耗費大量的能量。因此，在變槳距程序優化設計的時候，要提高它的靈敏程度，使變槳距程序更加智能化、節能化。

3.4全自動啟動程序設計

風力發電并不是在有風的時候就需要啟動程序，當風力較小的時候，如果啟動風機，那么轉化的電能與磨損相比還是不值，當風力較大的時候，如果啟動風機，就會對風機產生一定的損害。因此，對風力進行掌握并判斷是否能夠啟動風機是一項非常重要的工作。全自動啟動程序負責的主要就是這方面的工作，但是以往的全自動啟動程序對風力判斷存在的誤差還是比較大，隨著我國科技的不斷發展與技術的不斷進步，這方面的技術得到了很大的提升與改善，現在的全自動啟動程序可以準確地對風的情況進行判斷，從而更加智能地對風機進行適應性的改變。

4　優化設計的意義

電力是我國一切行業發展的基礎與保障，促進電力行業的發展對我國整體發展有著重要的意義。而風力發電近些年已經逐漸成為我國電力行業的重要組成部分，因此，對風力發電設備進行優化設計，可以促進我國風力發電行業更好、更快地發展。

5　結語

風能是新時期人類賴以生存的新能源，開發利用風能將成為一種趨勢。風力發電是對風能最有效的利用方式之一，優化風力發電設計將成為提高風力發電可利用價值的最有效方法。相信有了優化的風力發電設備，風能將得到最大限度的利用。

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Optimal design of wind pow er generation equipm ent

ZONGQian
(Electric Energy(Yantai)Nuclear Power Technology Co.,Ltd.,Yantai265100,China)

Wind power is clean and pollution-free,which is the new energy peoplewant to use.Wind power generation is an effective new form of usingwind energy,wind power generation equipmentdetermines the efficiency and costof power generation,therefore to optimize power generation equipment is essential.Through elaborating basic composition ofwind power generation a nd basic principles ofmodern wind turbines,this paper proposed a few ideas on optimal design ofwind power generation equipment,which provided reference for increasing itsuse value.

Wind powerpoint;Powergeneration equipment;Optimaldesign

TK83

A

1674-8646（2016）04-0016-02

2015-12-15

宗倩（1982-），女，遼寧撫順人，工程師，碩士，從事核電設備監造技術及管理工作。