風(fēng)力發(fā)電機組的應(yīng)用環(huán)境十分復(fù)雜,用戶要求其同時達到采風(fēng)、對風(fēng)、適風(fēng)、抗風(fēng)、巨能、調(diào)控、高效、經(jīng)濟、耐用、輕便、適建、適用等各個方面的苛刻性能,并且需要其在全面達到上述各項要求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)機組整體結(jié)構(gòu)的美觀、協(xié)調(diào)、統(tǒng)一,這實屬不易。

水平軸葉槳迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)式風(fēng)力發(fā)電機組,是當今全球風(fēng)電機組設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛、規(guī)格型號最為齊全的機型形態(tài),其采用的風(fēng)輪直徑最初較小,小型葉槳風(fēng)輪選材、制造、安裝、應(yīng)用簡單方便,葉片設(shè)計安裝形態(tài)多種多樣;小風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)速度很快,風(fēng)輪的活動空間很小,但是在單位活動空間內(nèi)所形成的有效采風(fēng)面積與采風(fēng)能力以及風(fēng)輪的乘風(fēng)出力轉(zhuǎn)換能力均很強,風(fēng)輪轉(zhuǎn)頭對風(fēng)方式靈活,風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)簡單方便,葉片抗擊惡劣風(fēng)力沖擊的能力優(yōu)異,葉片的造價便宜。

但是,隨著風(fēng)電機組大功率應(yīng)用需求的推進與發(fā)展,風(fēng)輪的直徑正在逐步加大,當前國外較大型的風(fēng)輪旋面直徑已達126米。然而實踐數(shù)據(jù)與應(yīng)用結(jié)果確實證明,當風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)直徑放大到超出一定區(qū)域范圍限制的情況下,其經(jīng)濟、性能、應(yīng)用等各項指標均會出現(xiàn)急劇變差的發(fā)展狀況。如:超長直徑風(fēng)輪設(shè)計所增加的有效乘風(fēng)面積與其所需占用的活動空間面積的比值在急速下降,而其葉片延伸長度所增加的絕大多數(shù)旋轉(zhuǎn)活動空間卻是處于極其低效與無效的存在狀態(tài)中,從而導(dǎo)致自然界提供的有限優(yōu)質(zhì)風(fēng)場及其優(yōu)質(zhì)風(fēng)能資源的有效利用程度大幅度降低;如果采用在相同風(fēng)場風(fēng)力流動路徑上層層緊密疊加設(shè)置上述相同形態(tài)的風(fēng)電機組,以試圖減少其無效活動空間所造成的風(fēng)能流失損失程度,又將導(dǎo)致該風(fēng)場整體建設(shè)成本的更大幅度增加,況且前后層層緊密疊加設(shè)置的風(fēng)機與其叢林塔架將會形成氣流阻力與相互干擾影響,使該風(fēng)場各個風(fēng)機所能承接的風(fēng)壓強度和其運行效率普遍下降,這在風(fēng)力強度不是很大的時刻會表現(xiàn)得尤為顯著,從而使該風(fēng)場整體投入與產(chǎn)出效益的比值大幅度下降。

此外,隨著風(fēng)輪直徑的超限放大,希望葉片增加的乘風(fēng)能力與葉片配合增加的重量、葉片配合增加的抗折斷強度需求指標的比值在急速下降,從而導(dǎo)致葉片的材料成本、制造成本、運輸成本、安裝成本的大幅提高;微弱風(fēng)力無法驅(qū)動巨型巨重風(fēng)葉的結(jié)果又將導(dǎo)致自然界風(fēng)能的有效利用時間與強度范圍大幅下降;因為超長超大功率風(fēng)輪葉片的很大部分葉徑截面的形態(tài)近乎于圓形,因此導(dǎo)致其轉(zhuǎn)槳式調(diào)頻調(diào)控方式的成效極其有限,且調(diào)控結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜;超長葉片與機組還難于避免高強度臺風(fēng)的沖擊與搖晃;隨著葉片直徑的超限放大,風(fēng)輪轉(zhuǎn)速加劇下降導(dǎo)致需要配合的齒輪箱傳動比值急劇攀升,從而導(dǎo)致齒輪箱設(shè)計加工難度與體積的大幅增加……而上述各項列舉的性能與應(yīng)用指標均是隨著風(fēng)輪直徑的持續(xù)超限放大呈現(xiàn)出幾何級數(shù)加劇惡化發(fā)展的態(tài)勢。

小型葉槳迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)式風(fēng)力機所具有的前述諸多優(yōu)勢是“聯(lián)合聚風(fēng)特大、極大功率風(fēng)力發(fā)電機組”機型形態(tài)難于替代的,尤其是在小的出力應(yīng)用需求領(lǐng)域、在分散靈活安裝應(yīng)用的領(lǐng)域、在風(fēng)向頻繁大角度變化的地區(qū)更是如此。但是單個安裝的中小風(fēng)輪風(fēng)電機組所具有的眾多弱點也是令大功率建設(shè)需求的用戶難于接受的,其應(yīng)用、功能、效益形成能力不足的原因是:①單個小風(fēng)輪所能形成的出力能力極其有限,單機難于產(chǎn)生高效能電力強度。②如果采用群體式分別建設(shè)單個小風(fēng)輪型風(fēng)電機組的規(guī)劃形成,就需用戶長期分別對眾多分散設(shè)置的小型發(fā)電機同時進行有效調(diào)頻、調(diào)控、并網(wǎng)的操作控制,這是極其麻煩與困難的事情,即使是在實現(xiàn)自動調(diào)控的情況下,因此導(dǎo)致其形成的電力性能質(zhì)量較差,有些還會影響電網(wǎng)的平和穩(wěn)定運行,致使一些電網(wǎng)部門難于接納。③中小型旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪所能形成的有效乘風(fēng)高程范圍很小,因此如果只是采用在相同水平高度單層排列疊加設(shè)置的規(guī)劃建設(shè)形式,就將導(dǎo)致自然界能夠提供的有限優(yōu)質(zhì)風(fēng)場與高質(zhì)量風(fēng)能資源利用程度的極大幅度降低,那將導(dǎo)致更為巨大的不可再生資源的長期占用性損失。④小型發(fā)電機的能量轉(zhuǎn)換效率一般只有60%~70%,而大功率發(fā)電機組可以達到93%以上。

多風(fēng)輪液壓聚能風(fēng)力發(fā)電機組

多風(fēng)輪液壓聚能風(fēng)力發(fā)電機組正是為了解決上述四大問題而產(chǎn)生。多風(fēng)輪液壓聚能風(fēng)力發(fā)電機組的主體結(jié)構(gòu)是:①由多組分散設(shè)置的風(fēng)輪與液壓泵前后一體化連接配合形成其動力輸出結(jié)構(gòu);②由儲液、輸液、調(diào)壓、調(diào)控系統(tǒng)裝置配合構(gòu)成其液壓傳動結(jié)構(gòu);③由封閉型多壓點槳輪式水(液)輪機與發(fā)電機配合構(gòu)成其動力輸出驅(qū)動發(fā)電的結(jié)構(gòu),以上三大部分共同構(gòu)成其主體功能結(jié)構(gòu)。由此可見,多風(fēng)輪液壓聚能風(fēng)力發(fā)電機組是將在多個或眾多個中小風(fēng)輪上形成的分散風(fēng)力出力與分散能量,首先通過流體液壓泵的壓力轉(zhuǎn)換方式以及通過配合的液壓輸送管路的輸送方式實現(xiàn)高液壓流的匯集,再通過多壓點槳輪式水(液)輪機集中釋放能量,從而實現(xiàn)增加風(fēng)電機組單機出力能力和實現(xiàn)單機巨大功率發(fā)電能力目標的。

同一個上述主體功能結(jié)構(gòu)一般在相同水平高度設(shè)置,這可最大限度地減少因液流頻繁上下運動造成的能量損失;因此各個主體功能結(jié)構(gòu)還可設(shè)計成為上下梯級層層設(shè)置并實現(xiàn)由上到下多層多個多壓點槳輪式水(液)輪機同軸一體化串聯(lián)的設(shè)計方式,使之形成更為巨大的聯(lián)合聚能出力,這將致使該機組立體系統(tǒng)占據(jù)空間范圍內(nèi)的廣泛風(fēng)能資源均能得到均勻充分的開發(fā)利用,同時也使該機組形成特別巨大的單機聚能出力能力設(shè)計目標,而其后面采用的上下同軸一體化串聯(lián)聯(lián)動聚能的機構(gòu)已然是機械聚能形式了。

多風(fēng)輪液壓聚能風(fēng)力發(fā)電機組的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性,且一個中小型的多壓點槳輪式水(液)輪機就可以承接轉(zhuǎn)換數(shù)十個乃至上百個分散設(shè)置在同層的中小型風(fēng)力機上形成的液壓匯集流量,而其上下層層梯級設(shè)置的理想結(jié)果甚至可使上千個中小風(fēng)輪一同為同一個巨型液壓風(fēng)電機組系統(tǒng)服務(wù)。可見該機組過于小型的設(shè)置運行方式從成本、效益、效率、效果等方面看都顯得不太經(jīng)濟,因此液壓聚能機組同樣適合超大、特大乃至極大單機出力能力需求的用戶采用。這對于一般中小出力能力需求的用戶和靈活方便安裝的用戶來講,采用液壓聚能機組在規(guī)劃、建設(shè)、安裝、應(yīng)用等方面并不適用。