多風(fēng)輪液壓聚能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用環(huán)境十分復(fù)雜，用戶要求其同時達(dá)到采風(fēng)、對風(fēng)、適風(fēng)、抗風(fēng)、巨能、調(diào)控、高效、經(jīng)濟(jì)、耐用、輕便、適建、適用等各個方面的苛刻性能，并且需要其在全面達(dá)到上述各項要求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)機(jī)組整體結(jié)構(gòu)的美觀、協(xié)調(diào)、統(tǒng)一，這實屬不易。 　　水平軸葉槳迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是當(dāng)今全球風(fēng)電機(jī)組設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛、規(guī)格型號最為齊全的機(jī)型形態(tài)，其采用的風(fēng)輪直徑最初較小，小型葉槳風(fēng)輪選材、制造、安裝、應(yīng)用簡單方便，葉片設(shè)計安裝形態(tài)多種多樣;小風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)速度很快，風(fēng)輪的活動空間很小，但是在單位活動空間內(nèi)所形成的有效采風(fēng)面積與采風(fēng)能力以及風(fēng)輪的乘風(fēng)出力轉(zhuǎn)換能力均很強(qiáng)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)頭對風(fēng)方式靈活，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)簡單方便，葉片抗擊惡劣風(fēng)力沖擊的能力優(yōu)異，葉片的造價便宜。 　　但是，隨著風(fēng)電機(jī)組大功率應(yīng)用需求的推進(jìn)與發(fā)展，風(fēng)輪的直徑正在逐步加大，當(dāng)前國外較大型的風(fēng)輪旋面直徑已達(dá)126米。然而實踐數(shù)據(jù)與應(yīng)用結(jié)果確實證明，當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)直徑放大到超出一定區(qū)域范圍限制的情況下，其經(jīng)濟(jì)、性能、應(yīng)用等各項指標(biāo)均會出現(xiàn)急劇變差的發(fā)展?fàn)顩r。 　　如：超長直徑風(fēng)輪設(shè)計所增加的有效乘風(fēng)面積與其所需占用的活動空間面積的比值在急速下降，而其葉片延伸長度所增加的絕大多數(shù)旋轉(zhuǎn)活動空間卻是處于極其低效與無效的存在狀態(tài)中，從而導(dǎo)致自然界提供的有限優(yōu)質(zhì)風(fēng)場及其優(yōu)質(zhì)風(fēng)能資源的有效利用程度大幅度降低;如果采用在相同風(fēng)場風(fēng)力流動路徑上層層緊密疊加設(shè)置上述相同形態(tài)的風(fēng)電機(jī)組，以試圖減少其無效活動空間所造成的風(fēng)能流失損失程度，又將導(dǎo)致該風(fēng)場整體建設(shè)成本的更大幅度增加，況且前后層層緊密疊加設(shè)置的風(fēng)機(jī)與其叢林塔架將會形成氣流阻力與相互干擾影響，使該風(fēng)場各個風(fēng)機(jī)所能承接的風(fēng)壓強(qiáng)度和其運行效率普遍下降，這在風(fēng)力強(qiáng)度不是很大的時刻會表現(xiàn)得尤為顯著，從而使該風(fēng)場整體投入與產(chǎn)出效益的比值大幅度下降。 　　此外，隨著風(fēng)輪直徑的超限放大，希望葉片增加的乘風(fēng)能力與葉片配合增加的重量、葉片配合增加的抗折斷強(qiáng)度需求指標(biāo)的比值在急速下降，從而導(dǎo)致葉片的材料成本、制造成本、運輸成本、安裝成本的大幅提高;微弱風(fēng)力無法驅(qū)動巨型巨重風(fēng)葉的結(jié)果又將導(dǎo)致自然界風(fēng)能的有效利用時間與強(qiáng)度范圍大幅下降;因為超長超大功率風(fēng)輪葉片的很大部分葉徑截面的形態(tài)近乎于圓形，因此導(dǎo)致其轉(zhuǎn)槳式調(diào)頻調(diào)控方式的成效極其有限，且調(diào)控結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜;超長葉片與機(jī)組還難于避免高強(qiáng)度臺風(fēng)的沖擊與搖晃;隨著葉片直徑的超限放大，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速加劇下降導(dǎo)致需要配合的齒輪箱傳動比值急劇攀升，從而導(dǎo)致齒輪箱設(shè)計加工難度與體積的大幅增加……而上述各項列舉的性能與應(yīng)用指標(biāo)均是隨著風(fēng)輪直徑的持續(xù)超限放大呈現(xiàn)出幾何級數(shù)加劇惡化發(fā)展的態(tài)勢。 　　小型葉槳迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)式風(fēng)力機(jī)所具有的前述諸多優(yōu)勢是“聯(lián)合聚風(fēng)特大、極大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組”機(jī)型形態(tài)難于替代的，尤其是在小的出力應(yīng)用需求領(lǐng)域、在分散靈活安裝應(yīng)用的領(lǐng)域、在風(fēng)向頻繁大角度變化的地區(qū)更是如此。但是單個安裝的中小風(fēng)輪風(fēng)電機(jī)組所具有的眾多弱點也是令大功率建設(shè)需求的用戶難于接受的，其應(yīng)用、功能、效益形成能力不足的原因是： 　?、賳蝹€小風(fēng)輪所能形成的出力能力極其有限，單機(jī)難于產(chǎn)生高效能電力強(qiáng)度。 　　②如果采用群體式分別建設(shè)單個小風(fēng)輪型風(fēng)電機(jī)組的規(guī)劃形成，就需用戶長期分別對眾多分散設(shè)置的小型發(fā)電機(jī)同時進(jìn)行有效調(diào)頻、調(diào)控、并網(wǎng)的操作控制，這是極其麻煩與困難的事情，即使是在實現(xiàn)自動調(diào)控的情況下，因此導(dǎo)致其形成的電力性能質(zhì)量較差，有些還會影響電網(wǎng)的平和穩(wěn)定運行，致使一些電網(wǎng)部門難于接納。 　?、壑行⌒托D(zhuǎn)風(fēng)輪所能形成的有效乘風(fēng)高程范圍很小，因此如果只是采用在相同水平高度單層排列疊加設(shè)置的規(guī)劃建設(shè)形式，就將導(dǎo)致自然界能夠提供的有限優(yōu)質(zhì)風(fēng)場與高質(zhì)量風(fēng)能資源利用程度的極大幅度降低，那將導(dǎo)致更為巨大的不可再生資源的長期占用性損失。 　　④小型發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率一般只有60%～70%，而大功率發(fā)電機(jī)組可以達(dá)到93%以上。 　　多風(fēng)輪液壓聚能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 　　多風(fēng)輪液壓聚能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正是為了解決上述四大問題而產(chǎn)生。多風(fēng)輪液壓聚能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主體結(jié)構(gòu)是： 　　①由多組分散設(shè)置的風(fēng)輪與液壓泵前后一體化連接配合形成其動力輸出結(jié)構(gòu); 　?、谟蓛σ?、輸液、調(diào)壓、調(diào)控系統(tǒng)裝置配合構(gòu)成其液壓傳動結(jié)構(gòu); 　?、塾煞忾]型多壓點槳輪式水(液)輪機(jī)與發(fā)電機(jī)配合構(gòu)成其動力輸出驅(qū)動發(fā)電的結(jié)構(gòu)，以上三大部分共同構(gòu)成其主體功能結(jié)構(gòu)。 　　由此可見，多風(fēng)輪液壓聚能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將在多個或眾多個中小風(fēng)輪上形成的分散風(fēng)力出力與分散能量，首先通過流體液壓泵的壓力轉(zhuǎn)換方式以及通過配合的液壓輸送管路的輸送方式實現(xiàn)高液壓流的匯集，再通過多壓點槳輪式水(液)輪機(jī)集中釋放能量，從而實現(xiàn)增加風(fēng)電機(jī)組單機(jī)出力能力和實現(xiàn)單機(jī)巨大功率發(fā)電能力目標(biāo)的。 　　同一個上述主體功能結(jié)構(gòu)一般在相同水平高度設(shè)置，這可最大限度地減少因液流頻繁上下運動造成的能量損失;因此各個主體功能結(jié)構(gòu)還可設(shè)計成為上下梯級層層設(shè)置并實現(xiàn)由上到下多層多個多壓點槳輪式水(液)輪機(jī)同軸一體化串聯(lián)的設(shè)計方式，使之形成更為巨大的聯(lián)合聚能出力，這將致使該機(jī)組立體系統(tǒng)占據(jù)空間范圍內(nèi)的廣泛風(fēng)能資源均能得到均勻充分的開發(fā)利用，同時也使該機(jī)組形成特別巨大的單機(jī)聚能出力能力設(shè)計目標(biāo)，而其后面采用的上下同軸一體化串聯(lián)聯(lián)動聚能的機(jī)構(gòu)已然是機(jī)械聚能形式了。 　　多風(fēng)輪液壓聚能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性，且一個中小型的多壓點槳輪式水(液)輪機(jī)就可以承接轉(zhuǎn)換數(shù)十個乃至上百個分散設(shè)置在同層的中小型風(fēng)力機(jī)上形成的液壓匯集流量，而其上下層層梯級設(shè)置的理想結(jié)果甚至可使上千個中小風(fēng)輪一同為同一個巨型液壓風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)服務(wù)。 　　可見該機(jī)組過于小型的設(shè)置運行方式從成本、效益、效率、效果等方面看都顯得不太經(jīng)濟(jì)，因此液壓聚能機(jī)組同樣適合超大、特大乃至極大單機(jī)出力能力需求的用戶采用。這對于一般中小出力能力需求的用戶和靈活方便安裝的用戶來講，采用液壓聚能機(jī)組在規(guī)劃、建設(shè)、安裝、應(yīng)用等方面并不適用。