盡管風力發(fā)電機多種多樣,但歸納起來可分為兩類:①水平軸風力發(fā)電機,風輪的旋轉(zhuǎn)軸與風向平行;②垂直軸風力發(fā)電機,風輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或者氣流方向。
水平軸風力發(fā)電機
水平軸風力發(fā)電機科分為升力型和阻力型兩類。升力型風力發(fā)電機旋轉(zhuǎn)速度快,阻力型旋轉(zhuǎn)速度慢。對于風力發(fā)電,多采用升力型水平軸風力發(fā)電機。大多數(shù)水平軸風力發(fā)電機具有對風裝置,能隨風向改變而轉(zhuǎn)動。對于小型風力發(fā)電機,這種對風裝置采用尾舵,而對于大型的風力發(fā)電機,則利用風向傳感元件以及伺服電機組成的傳動機構(gòu)。
風力機的風輪在塔架前面的稱為上風向風力機,風輪在塔架后面的則成為下風向風機。水平軸風力發(fā)電機的式樣很多,有的具有反轉(zhuǎn)葉片的風輪,有的再一個塔架上安裝多個風輪,以便在輸出功率一定的條件下減少塔架的成本,還有的水平軸風力發(fā)電機在風輪周圍產(chǎn)生漩渦,集中氣流,增加氣流速度。
垂直軸風力發(fā)電機
垂直軸風力發(fā)電機在風向改變的時候無需對風,在這點上相對于水平軸風力發(fā)電機是一大優(yōu)勢,它不僅使結(jié)構(gòu)設(shè)計簡化,而且也減少了風輪對風時的陀螺力。
利用阻力旋轉(zhuǎn)的垂直軸風力發(fā)電機有幾種類型,其中有利用平板和被子做成的風輪,這是一種純阻力裝置;S型風車,具有部分升力,但主要還是阻力裝置。這些裝置有較大的啟動力矩,但尖速比低,在風輪尺寸、重量和成本一定的情況下,提供的功率輸出低。
達里厄式風輪
是法國G.J.M達里厄于19世紀30年代發(fā)明的。在20世紀70年代,加拿大國家科學研究院對此進行了大量的研究,是水平軸風力發(fā)電機的主要競爭者。達里厄式風輪是一種升力裝置,彎曲葉片的剖面是翼型,它的啟動力矩低,但尖速比可以很高,對于給定的風輪重量和成本,有較高的功率輸出。有多種達里厄式風力發(fā)電機,如Φ型,Δ型,Y型和H型等。這些風輪可以設(shè)計成單葉片,雙葉片,三葉片或者多葉片。
雙饋型發(fā)電機
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,雙饋型感應發(fā)電機(Double-Fed Induction Generator)在風能發(fā)電中的應用越來越廣。這種技術(shù)不過分依賴于蓄電池的容量,而是從勵磁系統(tǒng)入手,對勵磁電流加以適當?shù)目刂?,從而達到輸出一個恒頻電能的目的。雙饋感應發(fā)電機在結(jié)構(gòu)上類似于異步發(fā)電機,但在勵磁上雙饋發(fā)電機采用交流勵磁。我們知道一個脈振磁勢可以分解為兩個方向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢,而三相繞組的適當安排可以使其中一個磁勢的效果消去,這樣一來就得到一個在空間旋轉(zhuǎn)的磁勢,這就相當于同步發(fā)電機中帶有直流勵磁的轉(zhuǎn)子。雙饋發(fā)電機的優(yōu)勢就在于,交流勵磁的頻率是可調(diào)的,這就是說旋轉(zhuǎn)勵磁磁動勢的頻率可調(diào)。這樣當原動機的轉(zhuǎn)速不定時,適當調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率,就可以滿足輸出恒頻電能的目的。由于電力電子元器件的容量越來越大,所以雙饋發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力也越來越強,這使得雙饋機的單機容量得以提高。雖然,部分理論還在完善當中,但是雙饋反應發(fā)電機的廣泛應用這一趨勢將越來越明顯。
風力發(fā)電,不合國情國內(nèi)紛紛上馬的風力發(fā)電廠大多是形象工程。工信部副部長苗圩近日語出驚人,他認為中國風沙伴存,風電設(shè)備受風沙磨損大,上馬太多風電項目不合我國國情。苗圩說,國外有風地方?jīng)]有沙,比如說是海洋風。苗圩說:中國是有風的地方就有沙,風沙對風力發(fā)電設(shè)備磨損非常厲害。風能發(fā)電風機應該是20年的壽命,但是如果有風沙的侵蝕壽命還到不了20年。再過5年,壽命肯定要出問題,特別是甘肅那個千萬千瓦級的風力發(fā)電站典型的形象工程。就此話題,苗圩表示,能源布局的重點,應該是供給端和使用端要做到平衡。而現(xiàn)狀是高級能源拉著低級能源運轉(zhuǎn)。苗圩舉例說,湖北本來水電是優(yōu)勢,三峽的電應該更多留在湖北用,這是最好的清潔能源。但是卻把湖北的電運到東部區(qū),湖北再從周邊買煤運到湖北,引發(fā)一連串的效應,河南就不夠用了,就再到山西、山東甚至到新疆去運煤。進行全國大旅行,全國鐵路貨運一半用來運送煤炭。這是多大的物流成本,多大的浪費。據(jù)報道,甘肅酒泉千萬千瓦級風電基地于2008年8月全面啟動,標志著中國正式步入了打造風電三峽工程階段。據(jù)氣象部門最新風能評估結(jié)果表明,酒泉風能資源總儲量為1.5億千瓦,可開發(fā)量4000萬千瓦以上,可利用面積近1萬平方公里。 [4]
馬格努斯效應風輪
馬格努斯效應風輪,由自旋的圓柱體組成,當它在氣流中工作時,產(chǎn)生的移動力是由于馬格努斯效應引起的,其大小與風速成正比。有的垂直軸風輪使用管道或者漩渦發(fā)生器塔,通過套管或者擴壓器使水平氣流變成垂直氣流,以增加速度,偶寫還利用太陽能或者燃燒某種燃料,是水平氣流變成垂直方向的氣流。
徑流雙輪效應風輪
徑流雙輪效應或叫雙輪效應是一種新型風能轉(zhuǎn)化方式。
首先它是一種雙輪結(jié)構(gòu),相對于水平軸流式風機,它是徑流式的,同已有的立軸式風機一樣都是沿長軸布設(shè)槳葉的,直接利用風的推力旋轉(zhuǎn)工作的,單輪立軸風輪因軸兩側(cè)槳葉同時接受風力而扭矩相反,相互抵消,輸出力矩不大。設(shè)計為雙輪結(jié)構(gòu)并靠近安裝,同步運轉(zhuǎn),就將原來的立軸力矩輸出對槳葉流體力學形狀的依賴進而改變?yōu)殡p輪間的利用轉(zhuǎn)動產(chǎn)生渦流力的利用,兩輪相互借力,相互推動;而對吹向兩輪間的逆向風流可以互相遮擋,進而又依次輪流將其分撥于兩輪的外側(cè),使兩輪外側(cè)獲得有疊加的風流,因此使雙輪的外緣線速度可以高于風速,雙輪結(jié)構(gòu)的這種互相助力,主動利用風力的特點產(chǎn)生了“雙輪效應”。
相比有些單輪式結(jié)構(gòu)風機中采用外加的遮擋法、活動式變槳矩等被動式減少葉輪回轉(zhuǎn)復位阻力的設(shè)計,體現(xiàn)了積極利用風力的特點。因此這一發(fā)明的不僅具有實用作用,促進風力利用的研究和發(fā)展,而且具有新的流體力學方面的意義。它開辟了風能發(fā)展的新空間,是一項帶有基礎(chǔ)性質(zhì)的發(fā)明,這種雙輪風機具有的設(shè)計簡捷,易于制造加工,轉(zhuǎn)數(shù)較低,重心下降,安全性好,運行成本低,維護容易,無噪音污染等明顯特點,可以廣泛普及推廣,適應中國節(jié)能減排需求,大有市場前景。
原標題:風力發(fā)電機種類