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多风轮聚能风电机组的形成优势

2012-07-30 16:15
论恒
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  聚能机组如何形成巨能出力能力

  因传动轴制造简单,体小价廉,方便拼接串联,还可用钢管替代连接实现超长距离传动,且传动能力强大,传动过程少有能量损耗或形成气流干扰与风力阻挡,从而形成了聚能机组的主要功能与功效优势特点的载体。

  聚能机组采用的独特传动结构可使分散设置的各个风轮无论处在任何迎风方向及其变化时,均可将其出力以相同一致的方向及方式输送到动力汇集传动轴上,再通过汇集传动轴将分散动力叠加后集中输出,从而确保了在机组框架不动的情况下“由各个中小风轮单独出力与单独旋转对风”基础功能目标的实现

  在动力汇集输送的过程中,首先形成横向的“一次汇集形态”(见示意图1、2),而将2排以上“一次汇集形态”横向上下排列再通过纵向传动轴汇集形成 “二次汇集形态”(见示意图3),通常无需“三次汇集”;上述两个汇集动力输出后可直接或间接与发电机或多发电机调控系统配合形成一级、二级聚能机组;还有一二级混合形态的聚能机组设计方案。

  在一级汇集形态中又可将各个风轮全部设在横向汇集传动轴的上部(见示意图1),或形成上下对称的设置形态(见示意图2),后者可使风力推力在上下两个风轮之间形成平衡并节省一半齿轮与框架,因此在二级汇集形态中应最多采用。或可将一级汇集形态形成上下多层独立设置形成立式平面排列,其无需二次汇集结构传动设置而其宏观形态却是与二次汇集机组大致相似。

  可见,聚能机组的形态就如同一张展开捕风的“大网”形成均布式捕风形态(实现最大程度乘风捕捉),并可将捕获的风能转化出力汇集集中输出,其形成的广泛、高效、密集的乘风形态最明显优势是将风电机组占用的每一块风力过流空间均得到高效能风轮的长期“固守”,从而实现风能时时刻刻的充分截流利用,并且能够形成高度密集的并列排列,其多数情况下采用的相对密集排列的超薄多叶片型风轮之间通常相互难于形成有效的气流干扰,因此可形成相对密集的并列排列设置;而各个间隔支撑的粗大塔架将演变形成增强风轮存在空间面积内气流过流强度的作用(而非形成阻挡与干扰气流的作用)。

  这一优势形成的巨大作用与现实价值是“可在几个足球场甚至几个篮球场的建设面积空间内形成的风轮实际有效乘风面积与出力转换能力,与特大直径风轮机组几到十几平方公里建设分布面积内实现的有效出力能力效果相同”,这就为在山区山顶十分有限的地域面积条件下规模化发展风电提供了最为有力的可装机容量发展空间的理论基础数据与规模化发展容纳能力的技术依据。

  10个方面独特优势性能呈现

  ①多形态适合多元化建设

  一级聚能形态形成“一字型聚能机组”,其可满足以海堤、海岛、山顶、楼顶为基础的最简单的配合建设;二级聚能形态形成“平面型聚能机组”,其适合山顶、山口、平川、海上建设。

  而将“平面型聚能机组”形成连续密集的并列建设方式是否与我们心目中梦寐以求的“风电机组墙”的形态十分相似?即:一个风电场只采用“无间隙并列建设一道机组墙”的方式,其通过联合密集风轮集体阻风形成的宏观阻风升压效果将进一步强化各个风轮存在空间内气流的过流强度实现提高风轮乘风出力的效果,这对于山顶建设方式来讲更加重要,其可在一个狭小的建设空间内形成与当前平川风电“前后层层排列”建设方式更高成效的乘风出力效果,而对于平川采用该建设方式将消除叶片尾流效应的相互影响。

  ②多样化实现巨能化设计

  一级聚能出力不一定就小,可通过安装风轮的类型(如采用具有极强乘风出力能力的超薄多叶片低风速型风轮,见示意图示意形态)、规格、数量等形成出力影响因素进行排列组合调整设计;或者实现2个以上一级聚能的上下叠加设计形态,实现“结构形态×能力需求”的双向满足与形态适应,因此聚能机组还有别名【多形态巨能风电机组】。

  一级聚能机组的横向长度可轻松达到上百米-数百米,二级立式聚能机组的纵向设计高度可达十数米-上百米。在其上可方便汇集数个、十数个、数十个、上百个20-50-100-200-300千瓦的中小风轮形成共同集中出力,因此聚能机组可轻易达到3-5-10-15兆瓦及其以上各种单机出力能力的设计。

  ③启动风力强度大幅度降低(最高程度出力转化)

  风机最低启动风力强度值的形成大小决定其可以利用自然界风能的时间长短与投资效益与形成价值的高低。聚能机组上的各个风轮出力均将汇集的出力形成方式彻底改变了对于风机启动风力的评价理论、评估方法、设计方式。即:如果安装的某一功率需求值的各个中小风轮的启动风力均是2-3级风力,那么拥有上述数量的风轮汇集动力叠加共同驱动一个5-10-15兆瓦聚能机组启动的风力即为2-3级。因此我们如果在聚能机组上大量设置超薄多叶片低风速风轮并实现汇集聚能出力的结果,将导致“高效规模化开发拥有中低风能资源地区风电时代”的来临。

  ④价值化的双重调控方式(最佳程度适应变化)

  价值化运行调控即是通过与风力变化的适应性调控手段实现机组获得乘风出力能力与利用时空长度最大化的目标。聚能机组通过多发电机调控系统(见示意图3地面设置)实现机组消减负荷与增加出力的变化可实现在超低风力强度下投入运行,又可通过逐步增加发电机的投入数量的方式实现在强风下成倍调增发电能力。聚能机组也是“以价值化调控为主线”进行的,其还可通过配合采用将其上安装的部分或全部风轮在超强风力时刻进行逐步分步偏转泻风减力与完全避风的操作实现整体减小出力的调控效果,并实现与多发电机调控系统形成梯级出力过渡性的配合调控。

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