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欧盟开发风力发电涡轮机智能监控系统 将推向市场

行业聚焦点中国仪表网2014年09月22日 16:11人气:13184

  【中国仪表网 行业聚焦点】目前,欧盟能源发展战略确定的风力发电目标为,到2020年,风力发电占到一次性总能源消费结构的12%;到2030年,占到总能源消耗结构的20%。这一目标的达成,将意味着大量规模化风力发电场的投入运营和维护维修,智能化的风力发电涡轮机实时监控系统势在必行。


  由英国总协调,欧盟多个成员国创新型中小企业和科技界共同参与组成的欧洲INTELWIND研发团队,通过研究,开发显著降低风力发电涡轮机事故率的智能监控系统,尽可能开发出高效低成本、即易于嵌入新建风力发电涡轮机又能方便满足原有涡轮机安装需求的智能监控系统。该团队于近期取得成果。
  
  第一台将风能转化为电能的风轮机与风车不同(用于抽水或碾磨谷物),它是由格拉斯哥市安德森学院(现斯特拉思克莱德大学)的JamesBlyth教授于1887年建造。Blyth采用了3种不同的涡轮机设计进行试验,最后建成了一个10m高、布质叶片的风轮机,并将其搭建在他位于金卡丁郡Marykirk的度假别墅花园中。据说这台风轮机运行了25年。
  
  Blyth教授的发明标志着风轮机发展的开始。随后,美国发明家Charles Brush在1888年建造了一台风轮机。该风轮机的功率为12kW,有144个杉木叶片,每个叶片的转动直径为17m
  
  之后在19世纪90年代,丹麦科学家Poulla Cour开始着手建造工作,到了1900年他建造了大约2500台涡轮机,总发电容量预计为30MW。La Cour的风轮机除了可以发电之外,还可以制造氢气。
  
  此后,全世界建造了数百万台风轮机,主要分布在美国的中西部,该区域利用风轮机驱动灌溉泵。到1931年,第一台现代水平轴风力发电机的先驱在俄罗斯的雅尔塔市投入运行。该机器的发电能力为100kW,塔高30m,负荷系数为32%。而在1941年,世界上第一台1.25MW的涡轮机在佛蒙特州卡斯尔顿的Grandpa的Knob风力发电站开始发电。
  
  20世纪50年代中期,丹麦建造了第一台现代风轮机。根据丹麦风力工业协会(DWIA)的资料,这台200kW的Gedser风轮机建于1956年,建造负责人是SEAS电力公司(位于丹麦南方的Gedser海岸)的工程师Johannes Juul。SEAS电力公司称,三叶片逆风涡轮机搭配电动机械偏摇式同步发电机的概念是现代风轮机的先驱设计,尽管它的转子和张索今天看上去有些过时。这台风轮机为失速型;Juul发明了应急空气动力尖刹,风速过大时中心压力会将其释放。该公司表示,事实上现代失速型风轮机在今天使用的是相同的系统,并提到Juul建造的风轮机运行11年而无需维护。
  
  1973年第一次石油危机后,风能进入了新的发展阶段,丹麦、德国、瑞典、英国、美国等国家争相设计更大的风轮机。1979年,丹麦的开发人员成功建造了两台630MW的风轮机,一台变距型、一台失速型。DWIA表示:“在很多情况下,它们与海外更大型的风轮机面临着相同的命运。风轮机变得越来越昂贵,因此高能源价格成为抵制风力能源的关键论据。”
  
  牙海岸附近共同测试了一台2MW浮动式风轮机,并预计于今年秋天开始运行。据报道,WindFloat技术可减少海浪和涡轮产生的运动,并可利用超过50m深海水中的风能
  
  除了风轮机的设计发展进程(目的是提高效率并降低成本)之外,能源供给基础设施其他方面的发展也将对风能的应用产生影响。更智能化电网的发展将有助于顺利整合和调度大、小规模的风能发电,同时未来电网的重要组件将更广泛地用于能量存储。
  
  现在,大多数现代风轮机的设计依然是根据转子叶片的转轴配置进行分类。主要类型有两种:水平轴风轮机(HAWT)和垂直轴风轮机(VAWT)。当前运行的90%以上的风轮机为HAWT设计。Rigoberto Chincilla博士是东伊利诺伊大学的应用工程及技术副教授,根据他的观点,目前HAWT主导市场的一个主要原因是,叶片布局可以完全和风力发生作用,这极大地提高了现代HAWT的功率系数。
  
  但Rigoberto Chincilla博士表示,HAWT也有几个不利因素。一个共同点就是噪音较大。宽波段噪音(主要来自于空气动力现象,如叶片、轮毂和塔周围的气流)和音调噪音(主要来自于机械组件的振动)可产生58dBA(略高于环境噪音)至108dBA(相当于波音707或DC-8飞机着陆前1海里的声音)范围的声压级。另一个缺点是HAWT看上去有些碍眼。
  
  HAWT在技术上还存在三个主要限制。正如Chinchilla博士发表的一篇文章所述,HAWT不能承受城市环境中的紊乱气流,而且也不能承受高风速,因为大型涡轮必须随风偏摇(转动)叶片,并在风速达到时速55英里(mph)左右时进行制动。
  
  研发团队利用目前世界上最先进的感应技术和无线传输技术,包括自动控制技术,实时对风力发电涡轮机的旋转组件进行监控,实现了系列诸如声音检测、机械振动、扭矩感应、油温传感和油粒子计数等检测技术的整合,从而实时有效地监控涡轮机变速箱、发电机轴承、偏航系统和叶片组件的运行状况,避免风力发电涡轮机发生重大意外故障。
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