王夢川 ：提高風(fēng)電機(jī)單臺裝機(jī)容量的障礙及解決途徑

在風(fēng)電及水電的發(fā)展過程中不斷提高著發(fā)電機(jī)的單臺發(fā)電裝機(jī)容量，逐漸趨向于裝機(jī)巨型化，這是因為巨型發(fā)電機(jī)有著發(fā)電效率高、節(jié)約材料、便于并網(wǎng)、管理相對集中等等優(yōu)點。目前水電單臺裝機(jī)容量已達(dá)到幾十萬千瓦甚至百萬千瓦，但風(fēng)電單機(jī)容量要達(dá)到一萬千瓦就已屬于世界頂級難度。風(fēng)電行業(yè)發(fā)電效率最高的是水平軸風(fēng)電機(jī)，目前水平軸風(fēng)電機(jī)的葉輪與發(fā)電機(jī)的配置標(biāo)準(zhǔn)是一個葉輪配一個發(fā)電機(jī)一起安裝在高高的塔架上，現(xiàn)在的6M瓦（六千千瓦）風(fēng)電機(jī)的葉輪直徑達(dá)到一百五十米，其發(fā)電機(jī)機(jī)箱大得如同廠房，其高空安裝難度已非常大，在現(xiàn)有模式下要獲得更大的單臺裝機(jī)容量就要制造更為龐大的設(shè)備而且安裝在更高的塔架上，不僅難以制造而且難以完成安裝。進(jìn)一步加大葉輪的直徑還會使葉輪利用風(fēng)能的效率下降，這是因為隨著葉輪直徑的加大會使葉輪的各部分之間的旋轉(zhuǎn)線速度的差值加大，比如：當(dāng)葉輪上距離圓心70米處部位的旋轉(zhuǎn)線速度為每秒20米時則葉輪上距離圓心7米處部位的旋轉(zhuǎn)線速度僅為為每秒2米，假設(shè)葉輪上距離圓心最遠(yuǎn)處可達(dá)到280米當(dāng)此處旋轉(zhuǎn)線速度為每秒20米時則葉輪上距離圓心7米處部位的旋轉(zhuǎn)線速度僅為為每秒0.5米，而葉輪離圓心遠(yuǎn)的部位的旋轉(zhuǎn)線速度過高會使切向阻力過大，而限制葉輪的最大旋轉(zhuǎn)線速度又會使葉輪離圓心近的部位旋轉(zhuǎn)線速度過低，由于葉輪的最大旋轉(zhuǎn)線速度必然因切向阻力受到限制，使得越是龐大的葉輪其旋轉(zhuǎn)的角速度就越低使葉輪較為接近圓心的部位因旋轉(zhuǎn)線速度過低而對風(fēng)能的利用率也越低，單靠不斷加大葉輪尺寸來提高單臺裝機(jī)容量不僅實際難度高，而且理論上葉輪大到一定程度后繼續(xù)加大會使效率遞減。所以應(yīng)想法突破一個葉輪配一個發(fā)電機(jī)一起安裝在塔架上的配置模式，尋求以多個葉輪驅(qū)動同一個巨型發(fā)電機(jī)的方法。這樣做就需要將葉輪與發(fā)電機(jī)分開設(shè)置，以長距離的傳動設(shè)施整合多個葉輪的動力而集中驅(qū)動同一發(fā)電機(jī)，可以只將葉輪設(shè)置在塔架上而將發(fā)電機(jī)設(shè)置在低處降低安裝難度。但這樣做還需要改變現(xiàn)有的對風(fēng)偏航方式，現(xiàn)有的偏航方式是葉輪與發(fā)電機(jī)一起隨著風(fēng)向的改變而改變自身的朝向以保持最佳迎風(fēng)姿態(tài)，新的配置模式下應(yīng)該是發(fā)電機(jī)位置固定而葉輪獨自追隨風(fēng)向而改變自身的朝向以保持最佳迎風(fēng)姿態(tài)。所以提高風(fēng)電機(jī)單臺裝機(jī)容量的關(guān)鍵在于：將葉輪與發(fā)電機(jī)分開設(shè)置在高空與地面，使多個葉輪通過長距離的傳動設(shè)施整合動力集中驅(qū)動同一巨型發(fā)電機(jī)，而且偏航系統(tǒng)能使葉輪獨自完成偏航保持最佳迎風(fēng)姿態(tài)而發(fā)電機(jī)位置固定，并且偏航系統(tǒng)與長距離的傳動設(shè)施能兼容不相沖突。關(guān)注和推進(jìn)此領(lǐng)域的知識產(chǎn)權(quán)工作可促進(jìn)本國風(fēng)電業(yè)在風(fēng)電裝機(jī)巨型化的發(fā)展難點爭取到競爭優(yōu)勢。