截至2021年11月14日,我国风电并网装机容量达到30015万千瓦,突破三亿千瓦大关,全年发电量达到6526亿千瓦时,同比增长40.5%,占比2021年电网总发电量的6.99%,风力发电已然成为我国电力结构中不可或缺的一部分。
风力发电的原理是将风能吸收转化为机械能,再转化为电能。
目前占据国内市场的风力发电机主要分为三种,分别为:双馈异步风力发电机,直驱永磁式风力发电机以及半直驱风力发电机。
目前生产双馈风机代表厂家有远景能源、维斯塔斯等。
双馈风机全称双馈励磁异步风力发电机,又称变速恒频异步发电机。
双馈,顾名思义,即给电网双向馈电,所以发电机的定子、转子均可发电。
正是因为在超同步状态下发电机转子能给电网馈电,所以当双馈风机转子转速超过磁场同步转速后,风机有功功率会超额定功率100-300kW,大大增加了发电效率,提高了风机可利用小时。
双馈风机分别由叶轮、主轴、齿轮箱(变速箱)、联轴器、发电机、偏航电机、变桨电机、油泵电机等组成。
双馈风机双馈风机的发电原理是通过变频器给转子绕组通电后,转子产生磁场,并且叶轮带动转子旋转,磁场在切割定子绕组(相当于定子绕组在切割磁场)产生电流和电压何为“异步”,即发电机的定、转子转速不一致,故双馈风机又分为3种运行状态,分别为:亚同步运行状态、同步运行状态、超同步运行状态。
1、亚同步运行状态: 转子转速<同步转速,即转差率s>0;2、同步运行状态: 转子转速=同步转速,即转差率s=0;3、超同步运行状态: 转子转速>同步转速,即转差率s<0。
目前生产直驱风机的代表厂家是金风科技等。
直驱风机全称直驱永磁型同步风力发电机,直驱风机由塔筒、叶轮、主轴、发电机、偏航电机、变桨机构(液压变桨和电动变桨)、风速仪、风向标、变流器等组成。
下图是直驱风机的机舱结构图。
直驱风机直驱风机的发电原理,直驱风力发电机内部转子采用永磁体,风能带动叶轮旋转,转子也跟着转动,磁场旋转切割定子绕组,产生电流与电压,送往电网。
值得一提的是,直驱风机发电机转速只要每分钟十几转就可以发电,类似的例如:火力发电机额定转速需3000r/min,双馈风力发电机额定转速需1800r/min,这是因为直驱风机发电机内部磁极对数较多,因为n=60f/p,n为发电机转速,f为发电频率50Hz,p为磁极对数,因为频率f是恒定的,故当磁极对数p越多时,发电机转速n就越小,正是因为直驱风机发电机内部磁极对数很多,所以当发电机转速只有每分钟十几转时,风机就可以发电了。
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