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1、1小型风电技术2007-10-9 23:30:22 东盟商机信息中心艳红：同学们：你们好！我是艳红。欢迎收听由我主持的西部开发农业科技教育广播讲座节目，今天我们要给大家介绍农业部生态家园富民计划系列广播讲座的一项新技术，小型风力发电技术。为此我们请来了内蒙古华德新技术公司秦建平先生为我们介绍这项能源技术。秦先生：您好！秦建平：艳红你好。1艳红：秦先生，风力发电应该说是既有效利用了自然资源，又不对自然环境造成污染，又可以解决偏远地区人民的生活。有了电，人的生活质量就可以上一个新台阶，比方说有了电就可以看电视接收最新信息。那是不是先请您把人类对风能的利用情况简单介绍一下？秦建平：好的。我先简单介绍
2、一下人类对风能的利用情况，给大家一个总体印象。人类对风能的利用已有几千年的历史，最初主要是利用风力提水灌溉，及海水晒盐和风力驱动的磨坊。这在当时是人类利用自然界的力量，利用风力和水力代替人力和畜力来驱动工作机械，提高了生产力。至于人类利用风能来驱动船只航行，则可追溯到更久远的年代。2艳红：我们国家是从什么时候开始利用风能发电的呢？秦建平：我国较大规模地开发和应用风力发电机，特别是小型风力发电机，始于年代，当时研制的风力提水机用于提水灌溉和沿海地区的盐场，研制的较大功率的风力发电机应用于浙江和福建沿海，特别是在内蒙古地区由于得到了政府的支持和适应了当地自然资源和当地群众的需求，小型风力发电机的研
3、究和推广得到了长足的发展。对于解决边远地区居住分散的农牧民群众的生活用电和部分生产用电起了很大作用。近年来，随着世界范围内对环境保护、全球温室效应的重视，各国都竞相发展包括风能在内的可再生能源的利用技术，将风能作为可持续发展的能源政策中的一种选择，不论对并网型的大型风力发电机和适用于边远地区农牧户的离网型小型风力发电机都给予了很大的政策支持。我国目前已有安装并网的风力机的风力田 24 处，总装机容量 26.8 万千瓦。小型风力机的保有量超过 14 万台，使我国成为世界上小型风力发电机保有量最多的国家。3艳红：利用一种资源一定要了解它的特点，利用风能发电是不是也要了解掌握风的特点，以便更好地加以
4、利用？秦建平：要利用风能，象你讲的必须了解风力的特性。风是地球上最常见的自然现象。太阳辐射对地球表面的不均匀性加热是风的主要成因。太阳辐射透过大气层到达地球表面，地表各处（海洋和陆地；沙漠、荒原和植被、森林地区等等）吸收热量不同，而地球自转、公转，季节、气候变化和昼夜温差的影响，使地表各处散热情况也各不相同。散热多的地区，靠近地表的空气受热膨胀，压力减小，形成低气压区。空气从高气压区向低气压区流动就产生了风。地形、地貌的差异，地球自转、公转的影响，更加剧了空气流动量和流动方向的多变性，造成风速和风向的变化性和复杂性。到达地球范围内的太阳能，大约有 2%左右转化成风能，因此风能是一种广义的太阳能
5、，只要太阳存在就存在风能资源，风能是一种永久性的无污染的可再生能源。风能作为一种能量资源有这么几个特点：（1）风能是一种在大部分地区和大部分时间可容易获取的能源。风能不光在白天有阳光时可得到，而在夜间也可得到，而许多家用电器，如：照明灯和电视机经常是在夜间工作的。当然，风能的能量密度低，空气的密度比水小 816 倍，这意味着需要较大的风轮来获取能量，单机不可能太大，更适合中、小型机组。（2）风能的变化性和随机性。充分体现风能的变化性和随机性对于正确地选择风力机和风力机系统中配置，选择正确的安装位置是非常重要的。a.风的季节变化：由于地理位置的不同和季节温度的不同，各个地区的风速和风向一般都随季
6、节的2变化而有显著的不同。如内蒙地区春季和冬季平均风速为每秒 5.1 米，而夏季平均风速为每秒 4.5 米，不同季节的平均风速有着显著不同。b.风的日变化：在一个特定地区，一天当中风速的变化是有规律的，这是由于不同地表对于太阳辐射热的吸收差异造成的。c.风随高度变化：在一定高度范围内，风速随高度增加而增加。同时高度增加后，由地面物体如房屋、树木等引起的风紊流也减小，这对于风力机的平稳运行是有利的。风能的随机性是指在同一地点风速总是在不断变化的，人们一般用风速变化幅度的中间值来表示平均风速。平均风速风向变化随昼夜和季节而变化在统计上有一定规律，但在某一时间内风速是不确定的，有时一连几天没风，有时
7、会有很强的阵风甚至一连几天几夜刮大风。由于空气密度低，风速小（小于 3 米/秒）风能太小而无利用价值。风太大（超过 25 米/秒），不仅无法利用，而且具有很大的破坏性。风的这种变化性和随机性增加了风能利用的困难，使得必须在风力机系统中增加调速限速装置和储能设备。4艳红：秦先生，听您这么讲，我们对风的特点有了一个比较系统的了解。那么风力发电机组的结构，就是它都由哪些设备组成的，我想很多听众朋友都希望有一个了解？秦建平：风力发电机根据应用场合的不同又分为并网型和离网型风力机，离网型风力发电机亦称独立运行风力机是应用在无电网地区的风力机，一般功率较小。独立运行风力机一般需要与蓄电池和其他控制装置共同
8、组成独立运行风力机发电系统。这种独立运行系统可以是几千瓦乃至上几十千瓦解决一个村落的供电系统，也可以是几十到几百瓦的小型风力发电机组以解决一家一户的供电，我们这里主要介绍适合我国边远无电地区的小型风力发电机组。小型风力发电机组的组成：小型风力发电机组一般由下列几部分组成：风轮、发电机、调速和调向机构、停车机构、塔架及拉索等，控制器、蓄电池、逆变器等。风轮：小型风力机的风轮大多用 23 个叶片组成，它是把风能转化为机械能的部件。目前风轮叶片的材质主要有两种。一种是玻璃钢材料，一般用玻璃丝布和调配好的环氧树脂在模型内手工糊制，在内腔填加一些填充材料，手工糊制适用于不同形状和变截面的叶片但手工制作费
9、工费时，产品质量不易控制。国外小风机也采用机械化生产等截面叶片，大大提高了叶片生产的效率和产品质量。发电机：小型风力发电机一般采用的是永磁式交流发电机，由风轮驱动发电机产生的交流电经过整流后变成可以储存在蓄电池中的直流电。调向机构、调速机构和停车机构：为了从风中获取能量，风轮旋转面应垂直于风向，在小型风机中，这一功能靠风力机的尾翼作为调向机构来实现。同时随着风速的增加，要对风轮的转速有所限制，这是因为一方面过快的转速会对风轮和风力机的其他部件造成损坏，另一方面也需要把发电机的功率输出限定在一定范围内。由于小型风力机的结构比较简单，目前一般采用叶轮侧偏式调速方式，这种调速机构在风速风向变化转大时
10、容易造成风轮和尾翼的摆动，从而引起风力机的振动。因此，在风速较大时，特别是蓄电池已经充满的情况，应人工控制风力机停机。在有的小型风力机中设计有手动刹车机构，另外在实践可采用侧偏停机方式，即在尾翼上固定一软绳，当需要停机时，拉动尾翼，使风轮侧向于风向，从而达到停车的目的。小型风力机的塔架一般由塔管和根拉索组成，高度米，也可根据当地实际情况灵活选取。蓄电池是发电系统中的一个非常重要的部件，多采用汽车用铅酸电瓶，近年来国内有些厂家也开发出了适用于风能太阳能应用的专用铅酸蓄电池。也有选用镉镍碱性蓄电池的，但价格较贵。控制器和逆变器：风力机控制器的功能是控制和显示风力机对蓄电池的充电，以保证蓄电池不至于
11、过充和过放，以保证蓄电池的正常使用和整个系统的可靠工作。目前风力机控制器一般都附带一个耗能负载，它的作用是在蓄电池瓶已充满，外部负荷很小时来吸纳风力机发出的电能。逆变器：逆变器是把直流电（12V、24V、36V、48V）变成 220V 交流电的装置，因为目前市场上很多用电器是 220V 供电的，因此这一装置在很多应用场合是必须的。5艳红：如果我想安装一套风力发电机组解决电力供应问题，在选择发电机组的时候应该注意哪些3问题？秦建平：选择合适的小型风力发电机要从两方面入手，一是要了解当地风资源情况，二是适合于用户用电的需求。风力机是从风中吸取能量的，风速的大小直接影响风力机的功率输出和发电量。当地
12、风资源的数据一般可以从当地气象部门获得，最能表示风资源的数据是年平均风速，因此至少我们应获得当地多年统计得到的年平均风速。知道了当地的年平均风速，可以估算出某一种风力机在此平均风速下的年发电量和月平均发电量。我们公司生产的 300W 风力发电机在年平均风速 3 米/秒条件下可每天发电 693 瓦时，在 4 米/ 秒条件下每天可发电 1485 瓦时，在 5.1 米/秒条件下每天可发电 2380 瓦时。二是要估算一下家里计划要安装的电器的总的耗电量。如：3 盏节能每盏瓦，平均每天用小时15 瓦4=180 瓦时一台 21彩电功率 65 瓦， 平均每天用 5 小时165 瓦5=325 瓦时其他录音机等
13、合计 20W 用电 3 小时120 瓦3=60 瓦时三项合计每天总用电量 565 瓦时，也就是 0.565 度电.在当地平均风速达到 4 米/秒时，选用华德公司 300 瓦风力发电机，在考虑各配套部件的效率后，可以满足用电需求。切记这里计算的是电能，风力机每天能发多少电能，家里用电器每天需用多少电能。6、小型风力发电机各部件的匹配风力机发出的电需要储存在蓄电池中，通过逆变器向用电器提供电力，因此风力机、蓄电池、逆变器的能力要互相匹配，同时要与用电器的功率和耗能相匹配。选配蓄电池除了要考虑将风力机平均每天发电量存入蓄电池，另外要考虑在无风时，系统仍然能够保证一定时间内正常供电。蓄电池容量太小，供
14、电保证率低，同时蓄电池经常处于过充放或过放状态，蓄电池的使用寿命会降低。蓄电池容量太大，支出费用高，造成不必要的浪费。选配逆变器，主要考虑以下三点：逆变器的功率和降值功率应满足用电器的要求，逆变器的额定功率应大于所有用电器额定功率并应留有一定余地，以便今后增加用电器。由于许多用电器（如彩色电视和小冰柜）的起动功率大大高于它们的额定功率，因此逆变器的峰值功率的大小和持续时间应满足这些电器起动的要求。根据逆变器效率曲线，选择适合自己的逆变器。逆变器效率是一条随功率变化的曲线，厂家有时按最高点（如额定功率处）给出最高效率，但有的系统大都时间不工作在这一点。如一个瓦的逆变器要带小冰柜和彩电等，大部分工
15、作时间是在瓦（）左右工作，如果此处逆变器的效率偏低，将大大地浪费能源。要考虑逆变器的波型，有些劣质逆变器带有大量谐波会对电视、录音机等造成干扰，影响收看、收听效果。这些谐波也会造成冰柜的电机过热，影响它的使用寿命。6艳红：秦先生，前面您介绍了风力发电机组的技术特性，那么风力发电机的安装位置是不是也有一定的技术要求？秦建平：风力发电机机选定以后，风力机输出能量的大小主要与风速有关，因此要选择合适的安装位置以获取最大的能量。另外在风中也存在着对风力机不利的紊流和垂直切变等因素，在选址上也要尽量避免这些不利因素的影响。风力机的选址是一个非常复杂的问题，大的风力田的选址往往需要了解多年的气象数据，并经
16、过若干年的实测，考虑其他综合因素，才能最终确定风力机的安装地点。针对小型风力机的选址，往往是已经有了居住的房屋等，再选择场地安装风力机，在这种条件限制下选择小型风力机安装场地应注意以下几点：确定当地的主风向，风力机应安装在主风向的上风头。例：内蒙古大部分地区盛行西北风，那么风力机应安装在房屋的西北方向，以减少房屋对风的遮挡作用。同时要求在风力机的上风头尽量没有其他房屋或树木等障碍物的存在。尽量避免风的紊流的影响，紊流是风在流经粗糙地表或障碍物而引起风速风向的急剧变化而造成的。紊流造成风力机输出功率减小并引风力机振动，造成噪音和影响使用寿命。为了避免紊湍流的影响，4风力机应安装在相对开阔无遮挡地方，离开房屋一定距离。风力机风轮高度范围内的风速垂直切变要小，风速的垂直切变是指在高度方向各个层面的风速不同，这是由于地形和地面粗糙度所引起的，垂直切变使风轮叶片受到分布不均匀的力的作用，容易造成风轮损坏。为了避免风速垂直切变对风轮的影响，应选择合适的风力机安装高
