风力发电机的发电部分为什么不安装在地下?

风力发电机的发电部分为什么不安装在地下?

看到发电机维护一次要租用超贵的吊车,兴师动众去修。发电机支撑主体也非常坚固。我就想要是机房和发电机建在地下,动力用链条或者软轴 硬轴传动,支撑杆顶端只有扇叶,那就好维护多了。支撑也不用造这么厚重了,用高压线塔这样的结构就足够了。

怎么没见到过这么设计的?(专指大型风力发电机)

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16个答案
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风机的发电机确实是装在上部的,维修一次费时费力。但是你知道维修的时候主要是在维修什么吗?同步机的转速和频率有一个固定关系n=60f/p,传统异步机的转速为n=60(1-s)f/p,因为转差率s很小(一般都在0.1以下),转速也基本在同步速附近。一般风机的桨叶转速都很低,而电网要求使用50Hz交流电并网,所以一般都需要用齿轮箱进行变速,而风机最容易损坏的部分就是变速的齿轮箱,电机和桨叶本身是比较耐用的不容易坏。现在应用比较广泛的一种风机结构是这样的:

现在一些使用电力电子变换装置的风机可以不依赖机械装置实现变速(呃其实是变频),省去了齿轮箱,也就省去了很多维修的工作量。双馈电机的电路是这样的:

也就是异步电机转子部分的绕组也有线路引出,然后通过变频器就可以调节网侧输入到转子处的电流频率了,可以很灵活的改变电机转差率,可以让风机的转速在较宽的范围内运行(一般是-30%~+20%) 但是其实上双馈异步电机主要的好处还是在调节转速和灵活控制无功上, 从上图可以看出还是有薄弱环节齿轮箱的存在,还是很容易坏。然后大家又折腾出来了一种新的东西——永磁直驱电机(反正咱们国家稀土多价格便宜嘛),长下面这个样子:

这个电机就不需要用齿轮箱了!利用永磁体作为励磁,不需要再额外加励磁电流,不过由于是同步电机,转速由定子侧频率固定,对于风机转速的调节由定子侧的AC-DC-AC装置进行(所以说电力电子相当有用啊)。这样就结构简单多了,还没有齿轮箱,基本就能解决题主所说的维修问题了(因为他根本就不容易坏啊!),缺点就是体积大,而且太贵了。。。。
如果现在为了在低处维修方便而使用链条或者其他的机械结构传动,抛开效率不谈,可以想象最容易损坏的就是链条了,并且顶部与桨叶连接的齿轮损坏时,维修困难的问题依旧没有解决。总之在风电这个领域,发展的趋势是能用电解决的问题就不要用机械解决。同样都是调节转速,电力电子装置比机械装置更稳固耐用,效率更高,更好控制,时间常数也更小,调控灵活。而且电力电子装置还能顺带调节无功哦~电力电子棒棒的~

参考资料:
[1]www.powerfoo.com
[2]孙旭东,王善铭.电机学[M].清华大学出版社.ISBN 978-7-302-13668-2
[3]可再生能源中的控制与电力电子技术.吴捷 杨金明 杨俊华.第二十四届中国控制会议论文集(上册)

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维修主要不是修发电机,发电机不容易坏,修的是传动系统

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首先,给@就爱吃鱼 一点补充吧,介绍的风机原理很赞,不过从我手头的国内某厂家双馈风机三年来的维护记录来看,最常见的故障原因并不是机械部分的零件损坏,非得说什么东西坏了的话,反而是电气部分的元件损坏(排名最高的好像是接线不良,保护误动作和卡件损坏,作为电气工程师我很愤慨),从故障部位来看,排名从高到低大概是主控柜(包括接线),变桨系统和传动系统。但发电机这种大部件的确是极少发生故障。其实,即便是齿轮箱这种复杂的机械产品,产品质量也都还不错,很少出现零件(如齿轮或轴)的损坏,所以这不是机械部分维护的重点。

从故障统计中可以看出,真正的麻烦在于这些大部件的保护设备或是附属设备(我不知道这样定义是否准确)。比如,我的印象中主控关于机械部分(传动和齿轮箱)最常报故障的应该是轴温和润滑油的油温,这么说其实不够全面。机组设计时为了保证齿轮箱和主轴、高速轴的正常运转,还要设计附属的润滑系统(包括润滑油路),考虑到风场冬季气温,还需要给润滑系统设计加热系统,有了加热系统,大家还能想到高温时各个部件的散热系统等等;再有,为了给主轴刹车,就需要设计液压系统,这些保护或是附属设备才是各类故障的频发之处,包括漏油、油温太低、散热不良等等。所以永磁直驱风机减去了齿轮箱,极大降低了故障率关键不在齿轮箱和传动轴本身的故障,而是降低了附属设备的故障可能。

那么,如果把发电机放在地上,让传动装置从上到下传动的话,那至少八十米高的风机塔筒内,唉,简直无法想象,传动装置的这些附属设备会增加多少,也无法想象该怎么维护那么长且脆弱的传动系统。而且,风机会经常偏航,现在塔筒内的电缆解缆问题尚未很好地解决,如果是传动装置,我不是学机械的,我想不出该怎么进行机械装置的解缆。

所以为了方便维护而将发电机放在地上的想法不太合适,为了方便维护,首先应简化传动系统,不能简化的话,还是放一起的好。

再补充一个,如果是海上风机,潮间带搭建平台成本也很惊人,连箱式变压器都取消了,直接在机舱里放置干式变压器,更不会在平台上多放一个发电机了。

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放在顶部主要有几个原因:
1、简化部件,减少故障率。因为风车基本上放置在比较开阔的地带,有些甚至在山区,交通不便,所以保持设备的低故障率是很有必要的。减少齿轮等非必要设备,可以大大降低故障发生的概率,减少成本。

2、平衡配重。风桨本身的重量比较大,如果放在顶端,在其后部需要一个配重的物体存在。发电机本身就是一个非常合适的配重装置。相比较侧向的扭力而言,这点重量增加对于整个支撑体,几乎就是毛毛雨。

3、其实还有一个我不知道算不算是原因的原因。考虑到很多海上平台,或者那些不适合在地面放置装置的地方而言,单独设计一套风车装置,也会浪费掉很多人力物力,干脆不如一套解决方案来的实在。

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主要是没有一个可靠、简便、高效的传导结构,把扇叶收集的能量传导到地面。能量传导链越长,环节越多,工作率越高!

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支持者: 酷腰带

传动件越多越容易出问题……叶片还要根据风向作调整……而且维护一般不是爬上去的么=。=

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我感觉题主说的有道理啊 就算修传动系统 把上面的传动尽可能做的简单 复杂的像齿轮箱 放到下面不行么?

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垂直轴风力发电机的传动设备和发电机就是放在地面的,不过这个不是当今的主流。

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吊车很贵吗?一般市场行情也就是8~10元/(t·h)吧

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cobin植物学,生态学,原理控

2014-04-28 20:02

相比机组的重量,叶片和所承受的“风力”要大的多,把机组放在地面上,还要有一系列长的传动装置,风车柱子也不能减轻多少

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吊车很贵的。。300元/H ,70吨的吊车·

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世外竹园胡搞瞎搞胡搞瞎搞

2014-04-29 12:40

机械传动到几十米的地面? 呵呵 可以说不可想象
那样的话 估计更得天天修了

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如果按照楼主的设想,要是传动系统坏在了塔架(杆)里面,修起来不是更麻烦?

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如果是接线不良 润滑系统堵塞 接近开关失灵 等等问题 都算做维护而不算做维修 这部分工作都有专门的维护人员处理 这些人员在保修期内来自于制造商 过了保修期就交给业主或者像思达这种专门维护风机的公司 而提到维修的话 那就是叶片、变桨系统、传动系统或发电机出了故障不得不更换的情况 这时候就要大动干戈吊上吊下了 维修的成本也是极高的 所以没有齿轮箱的永磁直驱看似成了未来的发展目标 但是永磁直驱或者直流励磁直驱也并非毫无缺陷 一套风力发电设备并不是只有塔顶这部分 还有一个叫做变频器的主要设备安装在塔底,它的作用是将风机产生的交流电的波形调整到与工频相同 以便于我们并入电网进行传输 这个设备造价也是非常高的 ABB1.5MW双馈式风力发电机使用的变频器价格在50w以上 与齿轮箱价格相当 这里要注意一点 实际上1.5MW双馈发电机使用的变频器功率仅为最大发电功率的1/3 这是为什么呢 因为双馈式发电机的原理是 转子的励磁电流是可变的 变频器只调整励磁的电流大小和频率 不管现在的转速是怎样的 我只要保证 这个频率与转子的旋转频率叠加刚好为50HZ的时候 定子发电频率即为50Hz 节省了大量变频损耗 而直驱发电机的励磁是不可控的 叶轮的转速直接影响发电频率 这样我们就需要把产生的电能全部接入变频器中进行逆变 在这一过程中我们至少会损失10%的电能 而变频器的造价 也会是双馈型的三倍以上

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可以简化风机顶部传动机构,使风机顶部质量减轻,提高风机支撑架使用寿命,节约材料,并且尽管多了链传动,但方便了维修呀。

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