分析风力发电设备的优化设计

摘要 本文针对风力发电设备的设计研究，理论联系实践，采取因地制宜的策略，对创新风力发电设备的优化设计，做好设备品牌管理进行了论述。

关键词 风电发电设备；优化；设计

中图分类号TM62 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0033-02

0 引言

随着经济的发展和社会的不断进步，人们的生活水平逐渐提高，居民的用电需求增加，那么电力的供给成为一个重大问题，如何做好居民用电的正常供给，保证居民生活质量是目前关注的焦点问题。风力发电设备的出现不仅提高了发电的效率，而且无污染、促进节能社会的发展，因此，对风力发电设备的优化设计研究更显得具有现实意义。

1 风轮机的不同等级

因为风轮机的功率和风速成正比，所以对风轮机进行合理设计，首当其冲考虑因素就是风力发电设备的具体场址、考虑地域特色，包括当地的地理环境和风情、当地的气候变化和风速等。根据相关规定，我国的风轮机分为五个不同的等级，前四个风轮机的风速规定分别是50m/s、42m/s、37m/s、30m/s。第五个等级的风轮机比较特殊，高于第一等级，风轮机的强度大、耐久性高、对第五个等级风轮机的界定根据不同的风速和风的变化情况而定[1]。

2 风轮机的效率问题

风轮机的功率计算是风速、旋转圆的面积 、空气的密度和功率，四者相乘的积。近些年来，高效率叶片不断开发和应用，旋转装置的消耗和损害逐渐减小，风电机的效率达到0.45左右。 输出功率取决于风轮机的周速比。当T 值不断接近数值6的时候，C值大约是0.6，这个数值是风轮机理论上应该达到的效率。但是实际中的风轮机效率呈曲线状分布。只有是大容量、大规格的发电设备才会采用规模化的风场，这时候的设备台数就很多。在评价某台发电设备效率时要充分考虑风轮机的风流问题，因为风的流速对风轮机的效率有很大影响。另外还要考虑到电网系统的输电效率等[2]。

3 风轮机的风速限制

很多风力发电设备在还没有投入使用之前 ，就被强风或者是其他因素损失不好。因此要设备的设计阶段就要考虑设备机组的零件能够承受的最大压力和风速问题，不至于在投入使用前遭到损坏。一般的做法是通过气象台的报告数据和风情风向来决定设备的设计，也可以向气象机构咨询情况，一定要根据具体的自然环境设计发电机，否则制造出来的设备无法使用，浪费了资源。选择发电机承受的风速压力时，要充分考虑设备的安全余量，因为风力和风速成正比，如果风速过高，设备的承受能力就增强，带来的成本投入就比较高。反之，如果设备的性能和承受的风速压力较低，就会影响安全运行。因此要进行综合考虑，折中方式进行设计。根据相关规定，风力设备能够承受的最大风速是由五个风速标准决定的。现代化的不断发展，使得风电机组的设计完全采用自动化完成，如果台风来临，设备受到感应，根据风情的变化，设备会将情况反映到电脑上自动做出回应。这样减少了台风来临时对设备造成的损失。[3]即使如此详细的考虑，也不可避免的由于强风强降雨的原因导致树木等物品的飞落砸到发电设备，对设备造成损害，所以要尽量保持设备的设计完整。

4 发电设备的造价和电价问题

风力发电设备的具体建设费用和运输的道路、操作中使用的配电线路以及其他设备相关。如果对其他因素进行有效地控制，只是单纯的增加设备的容量或者是设备的数量，那么风场的总容量就会扩大，从而降低了投入成本，减少了建设费用。大量的实践表明：如果设备的容量达到250kW，那么建设的费用为4万元/kW；如果容量增加到3 000kW，建设的价格就会降到1.6万元/kW，如果容量更大，建设费用会降到更少。因此，风力发电设备的发展方向是朝着大容量进行的。一般而言：发电设备的建设费用主要包括这几项：一是发电机组的费用，占到百分之七八十；二是电气设备购买费用，这个占到10%左右；三是建设的土建工程费用找到5%左右，另外还有电力的消费花费，工程的管理费用等。从上述可以看出，发电机组的费用占据重要的位置，因此要减少投入成本就要想法设法减少发电机组的消费，通过降低建设费用，最终达到降低售点的价格费用，有利于电力行业的竞争。

5 发电设备的机型对比

从发电设备的结构上看，风轮机分为水平轴、垂直轴。从结构型式上看，风轮机主要有和2种。水平轴又分为螺旋桨型、船帆翼型和多翼型；垂直轴分为宽翼型、灯笼型和半圆筒型。老式的风轮机构造是4个叶片，价格在一万元左右。灯笼型的发电设备叶片是圆括号，在美国和中国普遍使用，陀螺翼型的风轮机主要用在中国市场。大型的风轮机组采用的是螺旋桨型号，水平轴式的风轮机比垂直轴多。 从动力学理论来分析， 垂直轴式风轮机具有这样的优点：机子的性能和风向的变化没有多大的关系。机组的各种配置不受到高空高度的影响，这样的好处便于设备的优化设计，缺点也比较明显，需要增加材料的使用，需要比较大的开支。水平轴型号的风轮机应用也比较广泛，但是随着风向和风速的变化对设备的直径影响很大。

6 发电设备的叶片数目

多数的风电设备是2到3个叶片式的风轮机。从本质上来说，两者没有太大的区别，但是三叶片的风轮机的周转速度比较低，2片风轮机的周转速度比较高。因此实际的操作和使用中要采用适当的方式处理，随机应变、因地制宜。同时在保证质量的同时降低设备的成本投入和资源的节省，实现电力行业的节能化、高效化发展，走可持续发展道路。

7 结论

现实经验告诉我们，实用的电力设备开发和设计要重视实际需要，根据实际情况的不同量体裁衣，不仅要考虑成本的投入，更要注重质量的提升，保证电力设备的设计符合发电的要求，确保设备的安全可靠，风力发电设备的生产要能够满足居民的供电需要，保证社会的平稳发展。只有如此，才能保证风力发电行业在市场中立于不败之地。

参考文献

[1张登峰，郝伟，郝旺身，董辛文.模糊理论在风力发电设备状态评价中的应用[J].机械设计与制造，2011(11)：75-76.

[2]杨荣斌.国内外海上风力发电设备产业发展新态势及启示[J].华东科技，2012(1)：48-50.

[3杨钦慧.风力发电设备的灾害对策[J].电机技术，2010(3)：60-61.