多风轮液压聚能风力发电机组的应用

风力发电机组的应用环境十分复杂，用户要求其同时达到采风、对风、适风、抗风、巨能、调控、高效、经济、耐用、轻便、适建、适用等各个方面的苛刻性能，并且需要其在全面达到上述各项要求的基础上实现机组整体结构的美观、协调、统一，这实属不易。 　　水平轴叶桨迎风旋转式风力发电机组，是当今全球风电机组设备中应用最为广泛、规格型号最为齐全的机型形态，其采用的风轮直径最初较小，小型叶桨风轮选材、制造、安装、应用简单方便，叶片设计安装形态多种多样;小风轮旋转速度很快，风轮的活动空间很小，但是在单位活动空间内所形成的有效采风面积与采风能力以及风轮的乘风出力转换能力均很强，风轮转头对风方式灵活，风轮的旋转结构简单方便，叶片抗击恶劣风力冲击的能力优异，叶片的造价便宜。 　　但是，随着风电机组大功率应用需求的推进与发展，风轮的直径正在逐步加大，当前国外较大型的风轮旋面直径已达126米。然而实践数据与应用结果确实证明，当风轮旋转直径放大到超出一定区域范围限制的情况下，其经济、性能、应用等各项指标均会出现急剧变差的发展状况。 　　如：超长直径风轮设计所增加的有效乘风面积与其所需占用的活动空间面积的比值在急速下降，而其叶片延伸长度所增加的绝大多数旋转活动空间却是处于极其低效与无效的存在状态中，从而导致自然界提供的有限优质风场及其优质风能资源的有效利用程度大幅度降低;如果采用在相同风场风力流动路径上层层紧密叠加设置上述相同形态的风电机组，以试图减少其无效活动空间所造成的风能流失损失程度，又将导致该风场整体建设成本的更大幅度增加，况且前后层层紧密叠加设置的风机与其丛林塔架将会形成气流阻力与相互干扰影响，使该风场各个风机所能承接的风压强度和其运行效率普遍下降，这在风力强度不是很大的时刻会表现得尤为显著，从而使该风场整体投入与产出效益的比值大幅度下降。 　　此外，随着风轮直径的超限放大，希望叶片增加的乘风能力与叶片配合增加的重量、叶片配合增加的抗折断强度需求指标的比值在急速下降，从而导致叶片的材料成本、制造成本、运输成本、安装成本的大幅提高;微弱风力无法驱动巨型巨重风叶的结果又将导致自然界风能的有效利用时间与强度范围大幅下降;因为超长超大功率风轮叶片的很大部分叶径截面的形态近乎于圆形，因此导致其转桨式调频调控方式的成效极其有限，且调控结构十分复杂;超长叶片与机组还难于避免高强度台风的冲击与摇晃;随着叶片直径的超限放大，风轮转速加剧下降导致需要配合的齿轮箱传动比值急剧攀升，从而导致齿轮箱设计加工难度与体积的大幅增加……而上述各项列举的性能与应用指标均是随着风轮直径的持续超限放大呈现出几何级数加剧恶化发展的态势。 　　小型叶桨迎风旋转式风力机所具有的前述诸多优势是“联合聚风特大、极大功率风力发电机组”机型形态难于替代的，尤其是在小的出力应用需求领域、在分散灵活安装应用的领域、在风向频繁大角度变化的地区更是如此。但是单个安装的中小风轮风电机组所具有的众多弱点也是令大功率建设需求的用户难于接受的，其应用、功能、效益形成能力不足的原因是： 　　①单个小风轮所能形成的出力能力极其有限，单机难于产生高效能电力强度。 　　②如果采用群体式分别建设单个小风轮型风电机组的规划形成，就需用户长期分别对众多分散设置的小型发电机同时进行有效调频、调控、并网的操作控制，这是极其麻烦与困难的事情，即使是在实现自动调控的情况下，因此导致其形成的电力性能质量较差，有些还会影响电网的平和稳定运行，致使一些电网部门难于接纳。 　　③中小型旋转风轮所能形成的有效乘风高程范围很小，因此如果只是采用在相同水平高度单层排列叠加设置的规划建设形式，就将导致自然界能够提供的有限优质风场与高质量风能资源利用程度的极大幅度降低，那将导致更为巨大的不可再生资源的长期占用性损失。 　　④小型发电机的能量转换效率一般只有60%～70%，而大功率发电机组可以达到93%以上。 　　多风轮液压聚能风力发电机组 　　多风轮液压聚能风力发电机组正是为了解决上述四大问题而产生。多风轮液压聚能风力发电机组的主体结构是： 　　①由多组分散设置的风轮与液压泵前后一体化连接配合形成其动力输出结构; 　　②由储液、输液、调压、调控系统装置配合构成其液压传动结构; 　　③由封闭型多压点桨轮式水(液)轮机与发电机配合构成其动力输出驱动发电的结构，以上三大部分共同构成其主体功能结构。 　　由此可见，多风轮液压聚能风力发电机组是将在多个或众多个中小风轮上形成的分散风力出力与分散能量，首先通过流体液压泵的压力转换方式以及通过配合的液压输送管路的输送方式实现高液压流的汇集，再通过多压点桨轮式水(液)轮机集中释放能量，从而实现增加风电机组单机出力能力和实现单机巨大功率发电能力目标的。 　　同一个上述主体功能结构一般在相同水平高度设置，这可最大限度地减少因液流频繁上下运动造成的能量损失;因此各个主体功能结构还可设计成为上下梯级层层设置并实现由上到下多层多个多压点桨轮式水(液)轮机同轴一体化串联的设计方式，使之形成更为巨大的联合聚能出力，这将致使该机组立体系统占据空间范围内的广泛风能资源均能得到均匀充分的开发利用，同时也使该机组形成特别巨大的单机聚能出力能力设计目标，而其后面采用的上下同轴一体化串联联动聚能的机构已然是机械聚能形式了。 　　多风轮液压聚能风力发电机组的液压系统结构具有一定的复杂性，且一个中小型的多压点桨轮式水(液)轮机就可以承接转换数十个乃至上百个分散设置在同层的中小型风力机上形成的液压汇集流量，而其上下层层梯级设置的理想结果甚至可使上千个中小风轮一同为同一个巨型液压风电机组系统服务。 　　可见该机组过于小型的设置运行方式从成本、效益、效率、效果等方面看都显得不太经济，因此液压聚能机组同样适合超大、特大乃至极大单机出力能力需求的用户采用。这对于一般中小出力能力需求的用户和灵活方便安装的用户来讲，采用液压聚能机组在规划、建设、安装、应用等方面并不适用。