高耗能产业的非并网式大型风力发电机制造技术

本发明专利技术的高耗能产业的非并网式大型风力发电机，主要是在大中型风力发电机基础上，将非常昂贵的用于稳压、稳频、稳相位等控制电路及装置和高倍增速齿轮箱直接取消，还可简化叶轮的调速装置等，其结构包括叶片和轮毂组成的叶轮、调速装置、发电机、塔架和调向装置，叶轮驱动发电机为直驱式或半直驱式，发电机发出的电为直流电输出。具有结构简单、零部件少、故障率低、生产成本低等优点，使风电的综合成本完全能由目前的０．５－０．６元／度下降到０．２元／度以下，非常有利于大批量生产制造风力发电机组和迅速发展风电事业，非常有利于完成要在我国东部沿海率先建成高耗能、低成本的绿色重化工基地的目标任务。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风力发电机，特别是一种主要为高耗能产业提供一种直接使用的非并网式大型风力发电机，属于供电或配电领域。
技术介绍
风能是人类最早利用的最廉价、最方便、最清洁的一种可再生的绿色能源，将风能转变为电能的风力发电已越来越受到世界各国的重视，在风力资源丰富的风场安装大功率风力发电机的技术和设备已基本成熟，目前对大规模风电的使用主要靠与市电并网后再输送给用户使用，能够与市电并网的风电必须做到其频率、相位和电压均应与市电相同，同时还要将发电机在并网瞬间对电网的冲击电流值限制在规定的范围内(一般为1.5倍额定电流以下)，使之得到一个较为平滑的并网暂态过程才能并网。现有的大型风力发电机均为变速恒频式水平轴风力发电机，其结构主要由风轮、低速联轴器、增速器、高速联轴器、发电机、塔架、调速装置、调向装置、制动器等组成，其中有许多结构都是为了能够与市电并网而设计的非常复杂，如风轮中的叶片必须要设计成变桨距叶片或固定桨距叶尖可变桨距或叶尖设有阻尼器等几种叶片，还要与调速装置配套使用才能使风轮在风速变化较小(如5-12m/s)的范围内调整转速而进行正常工作；又因市电电网频率为50HZ，而风轮的转速较低，为了与发电机匹配，都必须要在与风轮联接的低速联轴器和与发电机联接的高速联接器之间接一个增速器，增速器的增速一般是几十倍，需要多级齿轮增速，其齿轮箱的重量有的达到几吨重，使发电机结构复杂，造价昂贵，再加上与稳压、稳频、稳相位等控制系统配套，造成风电的价格反而高于市电价格，如果缺乏政府扶持则无价格优势。但即使采取包括降低发电效率等各种措施，还会因风速波动太大等原因而还会使风电频率等参数变化很大，且又由于技术条件的限制以及电网稳定性的要求，使风电在电网中所占比重往往限制在5％之内。风电是一种受风速控制而不同于常规电源，其主要表现在以下几方面(一)风速是波动且随机变化的，因此风电机组发出的电能也是波动的。尽管这种波动可以控制或者可以预测，但是目前来讲，多数是不可控的或者控制效果是极其微弱的。这便增加了电网调度人员调度的不确定性和复杂性。(二)风电机组中的发电机形式多样，可以是异步发电机、同步发电机或是双馈感应发电机。因此，无功功率特性复杂，这便带来了电网电压的偏差问题，这就需要电网设计时应考虑无功补偿和输出电压自动调正系统，从而减少对电网的影响。(三)风力发电的技术特点与常规发电不匹配，现有的电力系统运行规范不适用，需要针对风电特性进行改进和补充。(四)风力发电技术因其不同特性，因此要求随着风力机技术的特点，制定相应的规定和管制条例。(五)风电场位置一般远离负荷中心，也远离常规电厂，这是目前国内风电场建设中的一个普遍现象。风能资源丰富的地区往往远离主要的电力需求区域，这就给传输风电带来了困难，意味着需要对现有电网结构或框架进行改造和变动，如扩建电网等，而这不仅仅是替换一些设备就可以实现的。在世界各地，电网扩建是一个大问题，一方面它导致了风电成本的升高，另一方面大范围的传输系统改造也会延迟风电的上网和使用。例如英国北部风能资源丰富地区的许多风电项目，从投产到真正联网发电，这期间电网的更新往往需要十年的时间。因而，风电与市电并网，会对市电电网产生比较大的负面影响，这些影响主要有(一)风电输出功率的大幅变动对电网的影响从对电网的影响角度看，风力发电第一个特点就是出力变动大，且呈不规则变动性状，不易预测。由风力发电机组的输出功率表示式可知，风力发电机组的输出功率与风力发电机组风叶扫风面积成正比，与空气密度成正比，与风速的三次方函数成正比。风力发电机组的机型确定后，其风叶扫风面积是不变的，在固定的地域空气密度变化不大，惟独风速变化相当大且是随机性的，因此风力发电机组输出功率变化大主要是由于风速变化而引起的。根据美国风电场的运行经验，即使由数十台风电机组成的风电场，通常在1分钟内最大输出功率变动也达40％左右。(二)风力发电对电网的无功功率影响在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率(即有功功率)将小于视在功率。(三)风电对并网潮流分布的影响由于风力发电不可控的间断性，不论以何种方式接入，对地区电网的潮流分布影响是明显的。以高电压等级并网，潮流分布影响较小，但不能实现电力电量的就近消化。(四)风力发电的谐波对电网的影响“谐波污染”已经成为电网内三大公害之一。理想的发电机，其电动势可以认为是纯正弦的，即不含高次谐波，由于风电的特殊性导致谐波对所并电网的危害较大。谐波对线路的主要危害是引起附加损耗。谐波可引起系统的电感、电容发生谐振，使谐波放大，如在某个特定谐波时却可能引起谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，电网谐振引起设备过电压，产生谐波过流，对设备造成危害。当谐波引起系统谐振时，谐波电压升高，谐波电流增大，引起继电保护及安全自动装置误动，损坏系统设备(如电力电容器、电缆、电动机等)，引发系统事故，威胁电力系统的安全运行。谐波还干扰通信设备，增加电力系统的功率损耗(如线损)，使无功补偿设备不能正常运行等，给系统和用户带来危害。(五)风电并网对系统的冲击风电接入系统后不仅影响电网的潮流分布，而且由于发电机内部电感双磁链不能突变导致异步发电机在并网时会产生冲击电流，其大小与发电机的暂态电抗并网时电压的高低以及并网时的滑差大小有关，滑差越大则交流暂态衰减时间就越长，并网时冲击电流有效值也就越大。(六)对公共连接点(PCC点)电能质量的影响风力发电对PCC点的影响主要由稳态电压波动、电压闪变、谐波电压不平衡、瞬态电压跌落或凹陷等，从目前一些地区运行经验看，大量引入风电产生的联网问题主要是薄弱系统的电压问题，其次是闪变和谐波等问题。以上分析可知，由于技术条件的限制以及电网稳定性等的要求，我国的风力发电机组的主要零部件还依赖于进口，还需要与非常昂贵的稳压、稳频、稳相位等控制系统配套，使风电设备和风电价格昂贵而难以下降。到2005年底，我国已有的31个风电场投入正常运行，风电装机容量为126万千瓦，但是这些风电场几乎全部处于亏损状态。目前的风电成本约为0.5-0.6元/度，比火电成本还高，比水电成本更高。而目前，江苏省已批和在建的6个风电场，总装机容量将达125万千瓦，一旦建成投产后，效益也将难以得到保证，商业前景并不乐观。另一方面，对高耗能产业如氯碱工业的电解食盐水和电解铝、电解铜等金属冶炼过程中都需要消耗允许在一定范围内波动的特大电流的直流电，而这些特大电流的直流电目前主要还是由市电电网提供，使市电电网在供电不足的情况下还无法减轻这种沉重负担。专利技术目的本专利技术的目的主要是为了克服上述现有的与市电电网并网的大型风力发电机的结构相当复杂、费用太高、风电成本居高不下等不足之处，根据上述高耗能产业需要的特大电流是允许可以在一定范围内波动的直流电的实际情况，在满足高耗能产业需要的情况下，设计一种国产化程度高的结构简单、生产成本低、有效风速区间大、发电效率高的高耗能产业的非并网式大型风力发电机。本专利技术的高耗能产业的非并网式大型风力发电机，主要是在现有的各种大中型风力发电机的基础上，将非常昂贵的用于稳压、稳频、稳相位等控制电路及控制装置直接取消或降低精度要求而降低成本，将结构复杂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高耗能产业的非并网式大型风力发电机，包括叶片和轮毂组成的叶轮、调速装置、发电机、塔架和调向装置，其特征在于所述叶轮驱动发电机为直驱式或半直驱式，即风轮轴直接与发电机轴联接或经低倍增速后与发电机轴联接，发电机发出的电为直流电输出。

【技术特征摘要】
1.一种高耗能产业的非并网式大型风力发电机，包括叶片和轮毂组成的叶轮、调速装置、发电机、塔架和调向装置，其特征在于所述叶轮驱动发电机为直驱式或半直驱式，即风轮轴直接与发电机轴联接或经低倍增速后与发电机轴联接，发电机发出的电为直流电输出。2.如权利要求1所述的高耗能产业的非并网式大型风力发电机，其特征在于所述低倍增速的倍数不大于10倍。3.如权利要求1或2所述的高耗能产业的非并网式大型风力发...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾为东，
申请(专利权)人：顾为东，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]