风力发电设备的优化设计

宗　倩

风力发电设备的优化设计

宗倩

（电能（烟台）核电技术有限公司，山东 烟台 265100）

风能清洁无污染，是人们梦寐以求的新能源。风力发电是一种有效利用风能的新形式，风力发电设备决定着发电效率与发电成本，因此优化发电设备至关重要。通过阐述风力发电基本原理及现代风机的基本组成，提出风力发电设备优化设计的几点思路，为提高风力发电可利用价值提供参考。

风力发电；发电设备；优化设计

风力发电是一种新能源发电技术，具有优化能源结构、改善生态环境、促进社会和经济可持续发展等优势。目前，世界各国都在大力发展和研究风力发电及其相关技术。风力发电设备决定着发电效率与发电成本，因此，优化发电设备至关重要。

1　风力发电原理

风力发电是现阶段我国研发的一项新技术，对于我国电力行业的发展与进步都有非常重要的作用。风力发电基本原理是风车的叶片在风力的吹动下转动，叶片转动的动能转换成发动机的动能，发动机的动能最终转化成电能。

2　现代风机的基本组成

2.1控制系统

风力发电的风机主要由两部分组成：一是核心控制系统，二是运行系统。风机的控制系统相当于人类的大脑，是主要的核心区域。随着科技的不断发展与建设，控制系统已经步入了信息化时代，在风力发电的内部，有一个控制室，包含信息化设备，主要有计算机、各种电路的集合体与控制器及其电子控制器。计算机的功能是设置相关参数，例如，当风力达到一定等级的时候，才能进行风力发电；电路的集合体与控制器掌管的是电路的运行与停止，并及时发现出现故障的电路，从而对电路进行检修与维护；电子控制器是它的核心部件，它的作用是决定叶片是否转动、风力发电工作的开展是否进行等。当风力过小或过大，风力发电的叶片不适合转动时，可通过电子控制器人为停止风力发电机。

2.2运行系统

运行系统也是风力发电中风机的重要组成部分，它类似于人类的四肢。当控制系统发出相关指示的时候，负责实现指令的部件就是风机的运行系统。运行系统的组成比较多，不同的部件有着不同的作用。核心部件包括：机舱、转子叶片、轴心、发动机、液压系统与冷却系统。机舱的作用是放置发动机与齿轮箱，承载风力发电的动力系统；转子叶片的作用是进行转动产生动力势能，是基础的能量转换部件；轴心是电机的核心部件，电机的存在就是依附在轴心上；发动机是风力发电的动力系统，它将动能转化成机械能与电能；液压系统与冷却系统是保障风机正常运转的设备。

3　风力发电设备的优化设计

3.1风力发电系统的节能设计

风力发电系统的节能设计是风力发电设备优化设计的重要组成部分。由于资源与能源的限制，节能似乎已经成为了一个时代性的主题。风力发电设备在进行优化设计时，一定也要做到节能。风力发电系统在进行电能转化的过程中，还是会损失大量的能量，比如损失的热能、势能等。此外，风力发电系统在进行电能转化的过程中，不仅仅做了有用功，还在很大程度上做了无用功，能量的转化效率低使得能源的浪费比较明显与突出。因此，在开展风力发电系统节能设计的工作过程中，要不断优化能量的转化效率，研究对废热与势能的有效利用。

3.2偏航控制程序设计

偏航控制程序是风力发电重要的核心程序之一。偏航控制程序的主要功效有两种：第一种功能是提高对风能的捕捉能力。风向与风力都是处于不断变化的，但是某一个方向的风力与风向相对来说会处于相对稳定的状态，当风力发电的叶片核心与稳定方向的风力处于垂直状态的时候，所能捕获的风能是最多的。偏航控制程序的作用就是检测出稳定的风力与风向，然后智能地调整叶片的方向。以往的偏航控制程序反应不够灵敏，当风力与风向发生微弱变化的时候，不能及时捕捉最稳定的风力与风向，使得对风力的捕捉能力不强。因此，在对偏航控制程序进行优化设计时，要提高它的灵敏度。第二种功效是自动解除缠绕的电缆。当叶片进行不断变化转动的时候，电缆会在一定程度上缠绕在一起。偏航控制程序会定期地对缠绕在一起的电缆进行自动解除，但是偏航控制程序原本的设计是一定时间内对电缆进行自动解除，而有的时候风力变化比较频繁，设定的时间与电缆的解除存在一定的差别。因此，在优化偏航控制程序设计时，设定的标准应参考电缆的缠绕程度，而不是时间。

3.3变桨距程序设计

变桨距程序的主要作用是在风力不断变化时，改变风机的变桨距，改变整体的受力状况，使风机的输出功率变大，保障最佳的转化效率。变桨距程序的存在可以在很大程度上减轻叶片的整体质量，使叶片在转动的时候更加便捷。以往变桨距程序反应能力较差，不能够及时进行变桨，且在风机转变的过程中耗费大量的能量。因此，在变桨距程序优化设计的时候，要提高它的灵敏程度，使变桨距程序更加智能化、节能化。

3.4全自动启动程序设计

风力发电并不是在有风的时候就需要启动程序，当风力较小的时候，如果启动风机，那么转化的电能与磨损相比还是不值，当风力较大的时候，如果启动风机，就会对风机产生一定的损害。因此，对风力进行掌握并判断是否能够启动风机是一项非常重要的工作。全自动启动程序负责的主要就是这方面的工作，但是以往的全自动启动程序对风力判断存在的误差还是比较大，随着我国科技的不断发展与技术的不断进步，这方面的技术得到了很大的提升与改善，现在的全自动启动程序可以准确地对风的情况进行判断，从而更加智能地对风机进行适应性的改变。

4　优化设计的意义

电力是我国一切行业发展的基础与保障，促进电力行业的发展对我国整体发展有着重要的意义。而风力发电近些年已经逐渐成为我国电力行业的重要组成部分，因此，对风力发电设备进行优化设计，可以促进我国风力发电行业更好、更快地发展。

5　结语

风能是新时期人类赖以生存的新能源，开发利用风能将成为一种趋势。风力发电是对风能最有效的利用方式之一，优化风力发电设计将成为提高风力发电可利用价值的最有效方法。相信有了优化的风力发电设备，风能将得到最大限度的利用。

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Optimal design of wind pow er generation equipm ent

ZONGQian
(Electric Energy(Yantai)Nuclear Power Technology Co.,Ltd.,Yantai265100,China)

Wind power is clean and pollution-free,which is the new energy peoplewant to use.Wind power generation is an effective new form of usingwind energy,wind power generation equipmentdetermines the efficiency and costof power generation,therefore to optimize power generation equipment is essential.Through elaborating basic composition ofwind power generation a nd basic principles ofmodern wind turbines,this paper proposed a few ideas on optimal design ofwind power generation equipment,which provided reference for increasing itsuse value.

Wind powerpoint;Powergeneration equipment;Optimaldesign

TK83

A

1674-8646（2016）04-0016-02

2015-12-15

宗倩（1982-），女，辽宁抚顺人，工程师，硕士，从事核电设备监造技术及管理工作。