采用创新设计,实现高效发电

Baumüller 与 Solutions 4 Energy 联合开发带有高效发电机的小型风力涡轮机

风力发电机的结构风力发电机的结构

化石燃料未来将变得越来越稀缺,因此可再生能源的发展势头将越发强劲。风能在德国乃至全球都是一种重要的替代能源。然而,我们国家适合安装大型风力涡轮机的地方已为数不多。风力涡轮机制造商 Solutions 4 Energy 可利用小型风力涡轮机另行开发其他的替代地点;视具体应用条件,年平均发电量为 100,000 kWh。其利用这套系统为乡镇、农业企业以及中型公司提供了一个富有吸引力的解决方案。

2014 年底,30K16 小型风力涡轮机正式获批投入研发。同时,Solutions 4 Energy 将三项要求摆在了核心位置:系统完全不含油,以实现维护工作量最小化、最大效率以及与大型风力涡轮机相同的安全标准。来自纽伦堡的驱动和自动化专业公司 Baumüller 以合作伙伴身份加盟该项目,并负责开发能够满足这些要求的发电机。

小型风力涡轮机的数据与事实

  • 两种衍生型号:16 米和 20 米的转子直径
  • 塔高:22m,32m,40m
  • 年发电量:100,000 - 120,000kWh
  • 转子调整采用变桨距技术

电网供电还是分散式供电

结果是一种采用创新型发电机冷却系统以及转子叶片领域的新技术的设备,设备特点是发电量大、维护周期少且具备极高的灵活性。2017 年,德国 25 个四口之家平均每户消耗约 4,000 kWh 的电力,一台设备的发电量足以满足其用电量。小型风力涡轮机可以接入电网送电,但也可以分散式供电以实现自给自足。该设备提供黑启动规格,也就是说在没有连接电源的情况下即可使用——这对于非洲或南美洲等偏远地区而言则是一大优势。Solutions 4 Energy 目前正致力于电力储存以及其他方式的独立电网供电技术,目的是实现长久可靠的电力供应,例如弱风期无需柴油发电机来替补供电。

通过变桨距技术实现最大发电量

Baumüller 的 DSHT-650Baumüller 的 DSHT-650 风力发电机是小型风力涡轮机的核心部件,能以极高效率实现最大发电量30K16 的转子直径为 16 米,特别适合于强风地区。而后续衍生型号 30K20 则可用于弱风地区,其 20 米转子直径弥补了风力的不足。小型风力涡轮机有 22、32 和 40 米三种轮毂高度可供选择。重要的是,即使是最高的设备也没有超过 50 米,这是为了保证审批过程尽可能简单。Solutions 4 Energy 采用变桨距技来调整转子叶片。这意味着转子叶片时刻处于最佳空气动力学位置,才能实现最大发电量。此外,变桨距系统也是设备具备黑启动能力的基本条件,因为它允许设备缓慢启动,不存在电网突然过载的风险。

风力发电机 DSHT-650 的数据与事实:

  • 多极电机设计
  • 直径:1300 mm
  • 效率:60 rpm 转速以及 30 kW 电机功率下的总线效率可达 94%

全电气化,无润滑油

Solutions 4 Energy 特别注重采用完全电气化的设计和绝对不添加任何润滑油的解决方案。为达成这一目的,制动器也必须采用电动式,而且动力总成不能带有任何减速器。由于系统中没有任何润滑油也不带任何减速器,因此延长了维护周期,进而降低了运营成本,极大地提升了效率。第一台测试设备目前已经在汉堡附近的圣迈克尔伊斯多恩投入了运营。这里将执行为期 35 周的持续试验,以便能够测试出实际情况下的可用性和发电量。

高效设计:采用创新冷却设计的发电机

发电机直接位于转子叶片背面,通过散热片与来自转子叶片的气流进行冷却发电机直接位于转子叶片背面,通过散热片与来自转子叶片的气流进行冷却小型风力涡轮机的核心部件是发电机。对于运营商而言,它对可靠性和发电量的影响至关重要。Baumüller 专门针对此小型风力涡轮机的要求开发出 DSHT-650 发电机,此发电机直接安装在风力涡轮机的转子叶片后面。DSHT 是一种多极同步发电机。小型风力涡轮机满负载运行时测出的效率可达百分之 91.4,如此高的效率已将发电量提升至极限。此发电机的直径为 1300 毫米,总长度为 330 毫米。多级结构的原理确保 DSHT 的转子叶片即便低转速下也可平稳运行。这可以防止因齿槽转矩高而将振动传递至转子叶片。

发电机的一个特点是无需单独的风扇来冷却。Solutions 4 Energy 要求不得将电力用于额外的风扇,因为这会降低设备的总发电量。Baumüller 利用带有散热片的特殊发电机结构解决了这个问题。冷却采用自然风流经散热片的方式进行,散热片位于发电机外侧,排列方式与转子叶片方向垂直,确保达到充分的冷却效果。由于发电机效率特别高,因此只会产生少量的废热。另一个特点是发电机的涂层。Solutions 4 Energy 的小型风力涡轮机符合 IEC 61400-1 标准,是唯一一家提供与大型风力涡轮机所需标准相同的制造商。设备必须具备二十年的耐候性才能获得此项认证。Baumüller 在 DSHT 上涂装了特殊的漆面,实现了必要的高度防腐性。

结论

Baumüller 的创新发电机设计结合风力发电专业公司 Solutions 4 Energy 所掌握的专业知识,打造了一款高效的小型风力涡轮机,从安全性、可靠性和效率方面满足了最高等级的要求。

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