影响风力发电机组功率的因素分析

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  摘要:风力发电机是一种绿色环保型能源,他的主要作用是能源结构的优化和改善。事实上,风力发电机是未来能源和电力发展的一个重要趋势。但是风力发电机在工作中容易受到环境的影响。环境对风力发电机功率的影响是非常重要的。本文主要探讨影响风力发电机几个方面的因素。
  关键词:风力发电机,功率影响因素,发电量,功率
  1功率曲线研究
  1.1功率曲线与发电量
  功率曲线和发电量功率曲线主要反映的是风力发电机的功率特性,这是衡量一个风力发电机机组风能转化能力是否合格的标准,进行设备验收时,功率曲线往往是重点考核对象,事实上,评价一种机型功率曲线是好是坏不能单纯的根据图标中关于风速和功率的定义来决定,而是要根据现场情况来进行分析和探讨,除了机器本身原因,环境,风力,空气质量等都是影响风力发电机功率的主要因素。
  功率曲线是反映风力发电机功率的曲线,也是衡量机组风能转化的重要因素指标,在验收设备时,功率曲线被作为重点考核对象。其实,评价一种功率曲线的好坏不只是关注图标中的风速-功率值,还需要根据现场具体情况进行分析。风力机组的功率主要是由叶片的气动特性和机组的控制要求所决定的。大家都知道,是优化使得叶片的气动设计功能能够实现,但是因为其他某些因素的限制,叶片的气动设计还是无法使得风力电动机能达到最好的效果。因为机组设计上和现实中的实际条件存在很大的差异,因此需要采取一些技术来实现最大发电量。一般来说,失速型机组需要根据风频的缝补对安装角度进行合适的调整,做到风度段最好的一段是风频,这样能使得变浆机组能根据湍流和激流等风俗进行优化控制。为了使得发电量能最大优化,因此需要处理好实际功率曲线和理论之间的偏差。
  1.2功率曲线实际功率和标准功率的差别
  根据风力发电机功率和风速之间的关系,可以得出风电机组的实际功率曲线。从技术上看,单独设立一套测量系统是比较理想的情况,通过对机组的功率数据进行合理的记录,并且同时测量环境,大气,风速等环境参数,根据记录的数据,能够绘制出实际的功率曲线。同时还要根据周围环境,大气等对绘制出的实际曲线进行修正,看他是否在正常范围内。实际工作中,功率曲线会受到现场和机组的限制,因此需要工作人员多利用机组控制系统进行风力发电机的功率记录,这样才能更好的进行风力发电机的控制。当然通过这种方式来记录也存在一定的弊端,一点是大部分风力机的风速仪在叶轮的后面,这样会大大影响风速测量的准确度,一点是机组控制系统并不是如此精确,需要使用其他一些装置来弥补没有环境气温,和大气压的不足。采用这种方式分析处理得到的功率曲线会存在一定的误差。
  本此测量选择的数据是上海某风机监控数据,测量时间间隔为1分钟。这种风力机机型比较普遍,大部分企业和单位都是使用这种风力机。他共同属于三叶片,上风向,定桨距失速调节型风力机。他的额定功率是一样的,叶轮转速也是一样的,都是33rpm,叶轮直径普遍。
  这台风力机的实际功率和曲线没有经过大气压力的修正,和实际标准的风力机曲线相比,都比较低,有的偏差能达到四分之一。A2风力机功率曲线一般能达到标准功率曲线,并且低风速段功率比较高,如果此时考虑环境影响,尤其是空气密度的影响,在标准规格下,功率曲线会高出很多。
  2风力发电机组功率的主要影响因素
  2.1输出功率
  根据风能转化的原理,风力发电机的功率主要决定因素是风速,不过除此之外,气压,气温和气流等因素都会影响功率的输出。功率曲线是在标准空气条件下测出的,而桨叶的失速性能只是和风速有关,因此只要达到失速调节风速,不论是不是满足功率条件,桨叶的失速性都能起到合适的作用,因此输出功率是影响风力发电机功率的主要影响因素之一。输出功率影响这风力发电机组的整体功率,除此之外,风力发电组其中一部分叶片也是影响风力发电机组功率的重要因素。
  2.2叶片
  如果风力机叶片受到污染,则叶片表面的污染物也会影响气流的流动性,并且过早的形成涡流,一般情况下,叶片污染会造成风力机输出功率下降,这也造成风力发电机输出功率下降。风场风力机功率曲线的下降极有可能是受到叶片污染的影响。实际情况下,清洗叶片是一个非常困难度工作,曾经有国外文献介绍说叶片污染有使用消防车进行冲洗的案例。通过风能公司的试验,通过使用高压进行冲洗效果不好,因为污染物会附着在叶片表面,人工清洗工作量比较大,如果在水中加入清洁剂,溶解污染物,叶片清洗效果会比较好。
  3提高风力发电机实际运行功率的方法
  通过风能公式W=1/2pV2F来分析影响风力发电机实际运行功率。公式中空气密度p,风速V,和风轮受力面积F影响风力机的功率输出,其中风速和空气密度是一定的,是自然条件,而受力面积因风力发电机的原因也是固定的,因此可以这么说,叶片的干净程度和安装角度决定了风力发电机角度。因此处理好叶片的清洁问题,对风力发电机实际功率的提高,也有一定的积极作用。
  叶片在运行过程中,会黏上一些空气中的污染物,虽然只是形成一层薄薄的附着层,使得叶片表面变粗糙,翼型表面比较粗糙,这会对风力发电机造成一定的影响。当这种影响达到一定程度时,功率就不再变化。因为叶片处在高速运行状态,因此污染物达到一定厚度后,叶片会停止发生变化,这时候叶片粗糙度已经成为固定数值。叶片表面污染会严重影响到风力机的功率,但是因为实际数据总是凑不够,因此无法对污染层进行定量分析,清除叶片的污染层能够在一定程度上提高实际的运行功率数值。
  清洗叶片的方式最好简单,风场在风区,清洗工作容易受到天气的影响比较大,因此在清洗过程中耗费的人力物力也比较大。叶片表面污染层面的厚度也会影响清洗效果。失速功率调节风力机的功率是需要通过叶片来进行调节完成。因为叶轮转速是一定的,风速只会增加叶片上产生的气流分离现象,从而进入失速状态。叶片失速后,气流在叶片后面形成分离区,然后形成大的旋路东,最后导致叶片阻力增加升力减少。调节叶片一般从叶根到叶尖有一处扭角,他的攻角沿着轴线分布,通过叶片根部到叶片尖慢慢的减小,到失速状态时,叶子根部抛面首先爱你失速,随着风速的增加失速程度加深。
  从理论上讲 ,安装叶片的角度加大后,能够提高风力机的功率输出,不过增大叶轮的气动负荷,也能对低风速气动性能产生影响,以至于造成功率下降,不过根据国内风场的实际试验可以得出,增大叶片安装角度会导致风力输出功率变大,从而使得低风段功率也变大,这个与理论上的分析是有所出入的,通过调节叶片来进行角度安装,这样能防止设计功率数值被超,同时根据风速的频率进行发电量的计算,才能取得最佳数值。通过计算风力机的实际数值,因为环境条件的影响,存在实际运行功率曲线会低于标准功率曲线的这种现象,通过提高风力机器输出功率,能够减小和标准功率曲线之间的偏差,并且通过调节叶片运行的状态,使得污染层到一定厚度时,受到叶片气流的冲刷,于是不再增加,叶片表面不发生变化,从而影响发电机的功率。
  4总结
  风力发电机是绿色环保机器,本文主要讨论风力发电机的几个主要因素,讨论关于功率曲线和发电量,功率曲线实际功率和标准功率的区别,以及影响风力发电机主要功率的因素这几点,通过这些数据和因素的分析,可以更好的应用于风力发电活动中。最后提出提高功率曲线的方法,对风力发电机提高效益有很大的帮助,对工厂的发展和经济效益也有重大意义。
  参考文献
  1张文辉,李朝晖, 风力发电机功率影响因素的分析和探讨【J】风力发电,2011(10)
  2张文瑞,叶片污染对风力发电机功率曲线的影响【J】上海:上海出版社,2013(8)
  3王辉,李虎,影响风力发电机功率的几个重要因素的分析和探讨【J】发电机研究,2012(8)
  4赵晓顺,李芳华,功率曲线与发电量之间关系的研究和分析【J】上海科学出版社,2011(10)
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