大功率风力发电机组冷却系统研究

陈洋德

摘要：一般来说，风力发电就是就是将大自然当中存在的风转换成另一种能量，进而成一种可以让人们利用的电能;就像太阳能一样，是一种取之不尽用之不竭的新能源。随着社会进程不断加快，对于能源的需求量也在不断的增加，使得现有的能源资源逐渐出现断缺的现象;所以现在很多的国家都在大力发展可再生能源进行替补，而风力发电就是其中一种。本文就对大功率风力发电机组几种常见的冷却系统进行分析，通过分析几种冷却系统的利与弊，希望能够给我国大功率风力发电机组冷却系统的发展带来一定的促进作用。

关键词：大功率;风力发电机组;冷却系统

前言：

随着科学技术不断的进步，对于风能利用到现代，人类已经可以熟练的利用风能产生出新的能量，并且由最开始的单纯利用风能转换成机械能，将风能变成电能。在19世纪时期，人们生产制造的风力发电机组就只有12KW的直流风力机，发展到现在人们已经可以制造10MK大功率的风力发电机组;从这样的发展趋势就可以看出来，风力发电机组正在朝着单机容量持续增大的方向发展。

一、小功率风力发电机组的冷却系统

一般的风力发电机组冷却系统有几种，详情见下表1.1。

（一）空--空冷却系统

空--空冷却方式实际上就是指直接利用空气和风力发电设备直接进行热交换，进而到达冷却的效果，这种冷却当时一般分为两种方式，即自然通风冷却和强制风冷。

对于自然通风来说，是在风力发电机组中常用的一种冷却方式，这种冷却方式的好处就是可以直接将风力发电机组的空间进行有效的节约，主要就是将一些在发电过程中会出现热的部件直接暴露在空气中，自然进行冷却。这种冷却方式在风力发电机组中利用了很长的时间，但是现在的风力发电机组随着需求不断的进行着升级，同时也是为了安全考虑，将很多的发热部件都放置在密封的机舱内部，如发电机、线缆、齿轮箱等;这就使得自然通风冷却不再适用，而且自然通风进行散热只适合小功率的风力发电机组，现在为了能够满足社会发展和人们对于电能的需求，大部分都已经更换成大功率的发电机组。并且因为自然风属于不可控，对于一些较小的设备能够及时散热，但是对于大型设备散热效果就不明显了。

强制风冷是指在自然通风没有办法满足风力发电机组散热时，被动的启动在风力发电机组当中的空气冷却器，进而达到辅助散热的效果。空气冷却器主要的工作原理就是在自然风冷无法达到预期的散热效果时，被动触发空气冷却器设备，空气冷却器设备就将在设备内部的空气和外部的空气经过热交换之后，在次对风力发电机组进行散热;现在我国大部分的15MK双馈风力发电机组的发电机基本上都是采用的这种冷却方式。

从上述就可以看出来，对于空--空冷却系统来说，主要就是利用在一些小型的发电机组当中，对于较大的发电机组就不能达到冷却效果。并且空--空冷却系统在结构上较为简单，在制造和运行的过程中所产生的费用也比较低，对于后期维护就提供了很好的条件。但是又因为在利用的范围上有着一定的限制性，散热的效率较低，并且在进行散热时还需要打开机舱，这就会对发电机组造成一定的安全隐患，使得发电机组的运行能力下降，所以在后期还是需要对于进行升级，使得這种冷却方式能够得到更好的利用。

（二）液--空冷却系统

液--空冷却方式就是将风力发电机组在运行的过程中所产生的热量通过液体和空气相互交换的形式进行散热，进而到达降温的效果。这种冷却方式通常都是在大部分风力发电机组的齿轮箱和少数的发电机当中进行使用，齿轮箱冷却系统。液--空冷却方式工作的形式和空--空冷却方式原理基本相同，只是将其中的一种物质换成了液体而已。在液--空冷却系统中，设备内部主要就是通过添加液体作为介质，之后在经过管道进行连接，在液体通过发热设备时就能够将一部分热量带走，之后液体流入热交换器，通过冷却风扇对热交换器进行散热，同时里面的液体也就自然冷却下来了。

二、大功率风力发电机组冷却系统

（一）空--液--空冷却系统

随着风力发电机组的容量不断的增加，使得在运行中所需要进行散热的量也逐渐增加，而采用空--空冷却系统就需要不断的增加空气冷却器的排风量，必然就会增加排风扇电机的大小;使得风力发电机组的重量和成本也增加，并且还不利于后期的维护，所以这时候能够解决这两个问题的空--液--空冷却系统就出现了。

空--液--空冷却系统在设计上是采用两种相对独立的冷却系统组成，在进行冷却时，两种独立的冷却系统都会经过热交换器进行热交换，提高了冷却的效率。在设备当中出现的热量不断的传递给冷却介质（液体），之后冷却介质再将热空气进行冷却，当冷却介质的温度到达一定数值时，外部空气冷却就会介入，对其进行降温，形成一个循环冷却系统。

这种空--液--空冷却系统和空--空冷却系统、液--空冷却系统相比，在结构上显得更加的紧凑，并且冷却的效果也得到了很好的提升。虽然这种冷却系统对于换热器和冷却介质的费用要求较高，但是却提高了发电机组的冷却效果，使得发电机组能够更好的进行发电。

（二）液--液--空冷却系统

液--液--空冷却系统在原理上又和空--液--空冷却系统相似，可以看做是从空--液--空冷却系统中改进而来的。以大功率风力发电机组为例，在进行发电的过程中，齿轮箱就会产生热量，这时候齿轮箱当中的高温润滑油就会通过机械泵进入液--液换热器和外循环中，主要就对高温润滑油进行冷却。而在冷却的过程中，换热器当中的冷却液温度就会不断的提高，这时候机械泵就会把冷却液送到外部的换热器当中进行冷却降温，如此形成一套完整的循环液--液--空冷却系统。

并且这种冷却系统在结构上也和空--液--空冷却系统相似，占用发电机组内部空间较少，在冷却效果上也比空--液--空冷却系统效率高，所以对于大功率风力发电机组来说，后续全部采用这种冷却系统的趋势较为明显。

结语：

本文对风力发电机组的小功率和大功率当中所采用的冷却系统进行分析，通过分析在其中所存在的利与弊，可以看出来随着风力发电机组的不断升级，受到发电功率的影响，这些常用的冷却系统都出现了不再适用的情况。而根据风力发电机组的单机容量发展情况来看，在后续的时间中还会出现更多的冷却系统，目的就是为了能够更好的满足风力发电机组的正常运行需求，以便能够更好的进行发电，为人们和社会发展提供重要的能源需求。

参考文献：

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