几种风力发电机构优势比较

张跃锋

（汾西矿业集团公司选煤厂 山西介休）

当前风电技术正在蓬勃发展，多种风电机构应运而生，它们各有优缺点。通过比较自动化水平、结构、效率、造价、维修保养各个环节的成本，对4种相当能级和耗材的风电机构进行探讨，比如NWT12型3桨叶风力发电机。通过比较得出改进方案，从形体、结构、效率、使用、安装、维护、性能、寿命、造价、简捷性和先进性加以分析，寻求较优方式，推动风力发电设备的进步。

1.3叉桨叶式风电机构

3叉桨叶式风电机构，中心高达50m，其最大回环直径达40多米，主架为空心钢筒，平均直径≥2m，形体庞大笨重，耗材多运输不便，采风效率低而不经济，根据微积分原理，适当角度时半径越大迎风面积越大处产生转矩越大，从此点而言，其采风结构欠合理，因而效益较差。单台在4级风时，平均2圈/min，一圈可发电0.1kW·h，即一分钟发电0.2kW·h（能力大约12kW）。机构造价约35万元，一年按300个工作日计，约6年可收回成本，工作寿命约10年，因机构庞大，安装检修保养困难较多。

2.16扇形叶片桨叶式动力机构

3.马蹄形集风筒16扇形桨叶全自动调叶角式

马蹄形集风筒16扇形桨叶全自动调叶角式风电机构是16叶型外围改进型，前部外围加一个马蹄形广口集风筒，约两倍面积广口随桁架机体自动调向收集来风，风筒分3瓣对接，顶上开缝螺丝紧定，下部开1100mm×1100mm吊装检修窗，合页连接。广口边设100mm高折边，仍以正三角机架托起主体机构，机架桁架尽量以配套螺丝铆接，整体可抗10级以下风力。一般在4级风力下4圈/min，一圈发电0.1kW·h（能力约24kW），每分钟0.4kW·h，形体小，但结构较复杂，安装检修方便，电控系统亦复杂，可采用PLC或CNC以及简易低层次自动控制系统，单台造价稍高约35万元，4年可收回建设成本，由于桨叶时刻处于自动调整状态，桨叶自动调向机构故障率高，检修量较大，每年涂防锈漆一次，寿命8年，由于采风率高，工作范围较宽，有独到的优点。

4.鼠笼式立桨外加折页风电动力机构

鼠笼式立桨外加折页风电动力机构的采风机构形式最优，效率高，桨叶迎风横面为凹正三角形，风叶与中心支柱垂直地面排布，背风面为60°尖角，桨叶及折页材料用化学合成塑胶制作，重量轻。结构形式如图1所示。桨叶回转直径≤10m，结构合理，不用调角，简单而自动化程度高，自动保护性好。加上迎风折页加强采风，总体性能可靠、故障率低、寿命长，不忌雨雪风向，安装检修方便。4级风下5圈/min，每圈发电按0.1kW·h计，一分钟可发电0.5kW·h（能力约30kW），且造价低，使用方便可靠，约25万元，不到3年可收回成本，但钢架结构须每年刷防锈漆保养一次，轴承等关键部位要适时加润滑脂。由于转速越大，每圈功率和发电量越大，优势更多。本机构中层与上下层设斜杆拉撑杆以增加风笼构架强度，主要构件采用螺栓连接，以方便运输，上轴管重叠轴承上部以连续焊接8mm×30mm卡圈一个。直径60mm通孔穿调质处理的45#钢销。借助其他成熟发电变配电技术，寿命可达10年以上，采风范围宽，适应面广，质量通病少，安装技术组织措施简便易行投资省，见效快，安全可靠性高，季节性影响小，宜于推广。若在迎风口边再设侧斜集风板和隐风板协助用风则效果更佳。4种风电机构动力形式基本性能曲线见图2。

图1 鼠笼式立桨外加折页风电动力机构

推崇使用鼠笼式发电动力机构，对于深山、海岛边防、小居民区或大规模发电站建设安装使用，具有极大优越性，无电控能耗机耗管理和技术消耗，无须择风向，有些采暖场合结合太阳能共用，无须变电整流等高技术措施即可使用。由于采用了最优采风方式，采集了最优良的转矩和风能，对于偏远旅店、居民小区村庄等不通电地区实用性最好。风力较大地区取暖、灶口、采光使用微化装设效果更好，造价低、故障少，改进设计优化范围宽、优势大。装运方便快捷，大小自由，是极佳的清洁长寿能源，比输送电能更节省，10台机组可供400户居民使用，在＜10级风地区的电力市场，有极大竞争优势和投资发展前景。

图2 风电机构性能曲线比较