[00059152]突破万千瓦(10Mw)级新型大型轮机

　　技术简介： 　　突破万千瓦(10Mw)级新型大型轮机 　　顾淮安 　　现在风电正处在一个发展很敏感的十字路口,这是由于旋浆式风轮机额定风速是13-14m/s要6-7级的强风、疾风才能达到额定功率,强风疾风出现时间往往只有几小时-几十小时是欧洲风能标准,不可控制,就造成风电发展越大其容量对电网冲击就越大,电网稳定性的问题就越差，供电的不稳定会对电网造成冲击，可能导致整体电网瘫痪,根本不符合我国风能资源的实际情况。 　　问题是火力发电无法与风电并网,火电机组是不能频繁开停机的,从锅炉升压、暖管、疏水、暖机到的发电机并网,要机,电,炉诸多工种进数小时行的协同操作,停机也是同样,大量负荷的加、掉火电机组,也需要诸多工种进行的协同操作,也需要一定的时间进行调整,很难适应风电频繁的负荷大幅度变化 　　欧盟于1999年6月在阿姆斯特丹发布2000～2010年能源白皮书，其中将开发3～5MW容量等级的风电机作为其工作的重点之一。3～5MW海上风电机的主要特点为：运输问题可以通过海上直接运输（制造厂设在海边），安装时可以通过大容量海上浮吊来解决3～5MW风电机,只能安装在海上,陆地1200t-1500t的吊车及运输难以解决。 　　下面就杯式密封加速导管风轮机机的结构、运转过程作简要介绍： 　　在风轮机内3个杯式叶片组成的风轮装在密封壳中，在风轮密封壳中装有隔离分锥，密封壳前,加速导管内装有调速导流分锥，自然风V1进入加速导管进口，在加速导管出口A2处,风轮密封壳前接口处，风速V2已比V1增加数倍，经按风轮机功率设计的加速导管，加速自然风变为中、高速气流，就变成按风轮机功率,设计成需要的额定中、高速气流。 　　风轮机功率系数Cp11.55是旋浆风力机的3.5倍以上，而且迎风面积是旋浆式掠扫面积1/10-12， 因此具备了制造大功率风轮机的突破条件。 　　加速导管中的调速导流分锥，使高中速气流分成上下2个大风道，使吹向叶片凸面的高速气流遮蔽，并使改变其角度方向的高中速气流,经下风道全部转向叶片凹面吹扫, 隔离分锥将上风道又分成上风道、后风道形成密封壳3个吹扫口，风轮有3个叶片，每1个叶片转1圈要接受3次高中速气流的吹扫，在很宽的风速范围内能量转换比较稳定,特别是低风速，这就为风力发电地区拓展、扩大创造了条件。 　　自然风风速1s可变化15m/s-20m/s，如不加以控制0.1s内风轮就可能超速，杯机的风速测量电控器,装在杯式叶片前的密封壳上，风速测量电控器根据风速输出信号控制调速导流分锥、排风板进行风量、风速调整直至停车，以控制突变的自然风造成的超速气流和高级别、高风速气流,在未吹到风轮前就降到风轮额定负荷设定风速，对杯机运行工况进行控制。 　　因杯机风轮直径小,惯性力矩小,风力机转速可达500r/min以上，采用无增速齿轮箱结构,直接与发电机联接，能大大提高风电机组的可靠性，降低故障率，降低制造、安装、维修费用，提高风电机组的寿命，避免选用价格较贵,结构复杂的的双馈异步风力发电机、双速异步发电机。 　　加速导管、调速导流分锥、隔离分锥、风向、风速测量电控器、排风板均与风轮分离、相对风轮、风是静止的，其稳定性，可靠性，灵敏度，安全性均得到保障，维修、检测、安全性能可靠简易，便于维护、检修，制造成本低廉。噪音低,可进行定期维护、检修杯机的运行寿命可以无限延长。 　　综上对杯机的概述,由于风轮叶片是在密封壳内转动安全系数高，考虑是否能安装在远洋轮船上作主要或辅助动力。 　　杯机2万kw（20Mw）风轮机额定风速选择2级轻风设定3m/s是因为我国风能资源的实际是： 　　我国东南沿海及其岛屿为我国最大风能资源区,有效风功率密度大于等于200w/m2的等值线,平行于海岸线沿海岛屿的风功率密度在200w/ m2 以上,一年中风速大于等于3m/s时间全年出现7000-8000h。 　　内蒙和甘肃北部以北广大地带为次大区,这一带终年在高空西风带控制之下,且又是冷空气入侵首当其冲的地方,风功率密度在200w/m2,一年中风速大于等于3m/s时间全年有5000 h以上从北向南逐渐减少。 　　黑龙江和吉林东部及辽东半岛沿海,风能也较大风功率密度在200w/ m2 以上,一年中风速大于等于3m/s时间也在5000-7000h之间。 　　青藏高原北部风功率密度在150-200w/ m2之间,一年中风速大于等于3m/s时间可达6500h,但由于青藏高原海空气密度较小,所以风功率密度相对较小,在4000m的高度空气密度,大致为地面的67%也就是说同样是8 m/s.的风速在平地为313.6w/m2而在4000m只有209.9 w/ m2 　　东南沿海及其岛屿风速3m/s时间,全年出现7000-8000h,火电机组年运行时间也接近7000-8000h,杯机年运行时间与之同步,基本可以并入电网,因此风电并网的敏感问题也就迎刃而解了 　　10万kw杯机设计在2万kw杯机投入运行后总结修改后将进行制作。 　　设想我国沿海从辽宁至海南的海上每500km建1个由10-20个10万kw杯发电机组群,改变我国电网负荷布局,杯发电机组群与火电、核电、水电核电配套，利用电网负荷低谷风电从水中提氢,把氢作为机动小型动力燃料，和民用炊薪燃料,也不是不可能,不在受进口天然气的制约,降低煤炭石油的依赖，最终摆脱对煤炭石油的依赖，解决国家能源安全，实现低碳清洁能源循环。 　　目前我国正在大上风电，高价引进的1.5MW-5 MW旋浆风力机,运行寿命20年（实际是达不到的） 风能利用率低下,特别是旋浆风力机额定风速太高,根本不适合我国风资源现状。 　　,这种高费用、低效率浪费大量国土资源、风能资源的势头是否慢一点？ 　　杯机可在未来大型风力机市场将替换旋浆风力机, 万kw级大型大功率风轮发电机组将推广，还可进一步挖掘更大功率数万kw风轮机、选作海洋轮船动力不是不可能，对大功率风力发电行业带来变革，据该行业世界领先。 　　注：杯式密封加速导管风机专利号：ZL200820068486.2 。