專利名稱：一種高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術，尤其涉及一種能夠在高海拔地區(qū)穩(wěn)定工作且具有較高 年發(fā)電量的風力發(fā)電機組。
背景技術：
風能作為一種清潔能源，在國際上的節(jié)能減排中的地位日益重要，而作為風能與 電能的能量轉換裝置——風力發(fā)電機組，在我國的制造業(yè)中起到越來越重要的作用。我國目前已開發(fā)的風電工程項目，90%以上集中在非高海拔地區(qū)；而作為風資源 相對較好的西部高海拔地區(qū)如青海、西藏、云南等區(qū)域目前尚未實現(xiàn)裝機或只有少數(shù)裝機， 已開發(fā)的風電工程項目很少。因此我國適用于非高海拔地區(qū)的平原型風力發(fā)電機組技術很 成熟，而適用于高海拔地區(qū)的風力發(fā)電機組則較少，尤其是MW級以上的高海拔風力發(fā)電機 組還處于空白狀態(tài)。同時，在已開發(fā)的高海拔地區(qū)風電工程項目中使用的均是平原型風力發(fā)電機組， 但是由于高海拔地區(qū)的環(huán)境條件與平原地區(qū)有較大差別，例如氣溫較低、空氣密度較小等， 如果直接應用平原型風力發(fā)電機組會存在許多問題。例如，由于隨著海拔高度的增加，空氣 密度隨之減小，當海拔高度為3000m時(平均氣溫15°C )，空氣密度為0. 848kg/m3,而風力 發(fā)電機組的功率曲線受空氣密度影響很大。請參閱圖1，其為型號是82/1500的平原型風力發(fā)電機組在平原地區(qū)和高海拔地 區(qū)工作時的功率曲線對比圖。其中，型號82/1500是指風力發(fā)電機的葉輪直徑為82m，額定 功率為1500KW(本文中其他型號的含義均與此相似)，曲線1為平原地區(qū)的功率曲線，曲線 2為海拔3000m時的功率曲線。如圖1所示，當該平原型風力發(fā)電機組工作于高海拔地區(qū) 時，其額定風速達到了 13. lm/s ；而且在額定風速以下，對于相同風速，工作在海拔3000m地 區(qū)的風力發(fā)電機組的功率輸出比工作在平原地區(qū)的同型號風力發(fā)電機組的功率輸出降低 30%左右。請參閱圖2，其為型號是82/1500的平原型風力發(fā)電機組在平原地區(qū)和高海拔地 區(qū)工作時的年發(fā)電量對比圖。其中，曲線3為型號是82/1500的平原型風力發(fā)電機組工作 于平原地區(qū)的年發(fā)電量與年平均風速的關系曲線，曲線4為型號是82/1500的平原型風力 發(fā)電機組工作于海拔3000m地區(qū)的年發(fā)電量與年平均風速的關系曲線，由圖可知對于年平 均風速7. 5m/s而言，工作在海拔3000m地區(qū)的風力發(fā)電機組的年發(fā)電量與工作在平原地區(qū) 的同型號風力發(fā)電機組的年發(fā)電量相差20 %以上。圖3為葉片受力分析示意圖，其中，V為風速，U為葉輪線速度，α為攻角，dFn為 葉輪所受的軸向推力，dFt為葉輪所受的旋轉切向力，如圖3所示，當葉輪轉速不變，風速增 大時，攻角α隨之增大，葉輪所受推力增大。對于葉片而言，當攻角α較大時，氣流 與葉片發(fā)生分離，葉片的升阻比在達到最大值后會迅速減小，葉輪氣動功率隨著風速的增 加而不再增加反而降低，此刻葉片處于失速狀態(tài)，因此額定風速的增加將增大葉輪所受的 軸向推力，而增加到一定程度便可能使葉片進入失速狀態(tài)。
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請再次參閱圖1，當該平原型風力發(fā)電機組工作于高海拔地區(qū)時，其額定風速由工 作于標準空氣密度下的10.3m/s增加到了 13. lm/s。當海拔繼續(xù)升高，空氣密度繼續(xù)降低 時，該平原型風力發(fā)電機組會因葉片攻角持續(xù)增大而無法達到額定功率并進入失速狀態(tài)， 從而出現(xiàn)災難性事故。這是因為目前大部分風力發(fā)電機組均為變速變槳型風力發(fā)電機組， 而對于變槳風力發(fā)電機組而言，失速狀態(tài)是風力發(fā)電機組的非穩(wěn)定工作狀態(tài)，因為風力發(fā) 電機組在額定風速以下將進行變轉速工作，從而使風力發(fā)電機組的功率系數(shù)達到最優(yōu)；在 額定風速以上則通過改變葉片的槳距角使功率保持在額定功率并減小風力發(fā)電機組的推 力載荷，也就是說，在風力發(fā)電機組未達到額定功率時，葉片的槳距角不會改變。當風力發(fā) 電機組工作在高海拔地區(qū)，由于空氣密度的減小而導致其輸出功率降低，風力發(fā)電機組的 葉輪有可能在葉片失速前無法達到額定功率，因此葉片的槳距角不會主動改變，隨著風速 的繼續(xù)增加，葉片進入深度失速狀態(tài)，此時的變槳控制系統(tǒng)無法根據(jù)葉輪的氣動功率判斷 葉片的槳距角，導致風力發(fā)電機組無法正常工作。風力發(fā)電機組推力載荷隨風速的增加而 持續(xù)增大，容易導致風力發(fā)電機組被吹倒的災難性事故。由于高海拔區(qū)域理論可開發(fā)容量和工程可開發(fā)容量巨大，具有規(guī)模化開發(fā)的資源 條件和環(huán)境條件，因此國內迫切需要開發(fā)適用于高海拔地區(qū)的風力發(fā)電機組，尤其是MW級 以上的風力發(fā)電機組，其能在該海拔地區(qū)穩(wěn)定工作并且年發(fā)電量較大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對在高海拔地區(qū)直接采用平原型風力發(fā)電機組時存在的上述 問題，提供一種高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組，其可在高海拔地區(qū)穩(wěn)定工作并且具有較高的功 率輸出和年發(fā)電量。為此，本發(fā)明提供了一種高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組，其包括葉輪系統(tǒng)，所述葉輪系 統(tǒng)的直徑比相同風區(qū)等級的平原型風力發(fā)電機組的葉輪直徑大5% 9% ；優(yōu)選地，所述葉 輪系統(tǒng)的直徑比相同風區(qū)等級的平原型風力發(fā)電機組的葉輪直徑大6% 7%。其中，所述高海拔地區(qū)的風力發(fā)電機組的額定功率為1.5麗，所述葉輪直徑為 86. 5m 89m。其中，所述高海拔地區(qū)的風力發(fā)電機組的額定功率為1.5麗，所述葉輪直徑為 86. 5m 87. 5m。其中，所述高海拔地區(qū)的風力發(fā)電機組的額定功率為2. 5麗，所述葉輪直徑為 105m 107m。其中，所述高海拔地區(qū)的風力發(fā)電機組的額定功率為2. 5麗，所述葉輪直徑為 105. 5m 106. 5m。其中，所述葉輪系統(tǒng)的葉尖速比大于或等于9。相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果采用本發(fā)明提供的高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組，由于其葉輪的直徑比相同風區(qū)等級 的平原型風力發(fā)電機組的葉輪直徑大5 % 9 %，這不僅可以提高風力發(fā)電機組在額定風 速以下的功率輸出，而且相應地降低額定風速；同時，可以避免風力發(fā)電機組在高海拔地區(qū) 工作時由于額定風速增大而無法達到額定功率并進入失速狀態(tài)的情況出現(xiàn)，從而避免風力 發(fā)電機組被吹倒的災難性事故。另外，本發(fā)明提供的風力發(fā)電機組在高海拔地區(qū)工作時還具有較高的功率輸出和年發(fā)電量。


圖1為型號是82/1500的平原型風力發(fā)電機組在平原地區(qū)和高海拔地區(qū)工作時的 功率曲線對比圖；圖2為型號是82/1500的平原型風力發(fā)電機組在平原地區(qū)和高海拔地區(qū)工作時的 年發(fā)電量對比圖；圖3為葉片受力分析示意圖；圖4為不同葉輪直徑風力發(fā)電機組的功率與風速關系曲線圖；圖5為某種葉片的功率系數(shù)與葉尖速比的關系曲線圖。
具體實施例方式為使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖對本發(fā)明提 供的高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組進行詳細說明。其中，本發(fā)明所述高海拔地區(qū)是指海拔2000m 以上的地區(qū)，以下實施例以海拔3000m為例。目前我國運行的1. 5麗風力發(fā)電機組葉輪直徑為70m、77m、82m，分別對應IECIA、 IECIIA、IECIIIA三類標準風區(qū)，均為平原型風力發(fā)電機組。葉輪直徑越大，風力發(fā)電機組 出力性能越好。本實施例高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組是在葉輪直徑為82m的平原型風力發(fā)電 機組的基礎上改裝而成，下面結合圖、表對其進行詳細說明。如表1所示，海拔高度/空氣密度對風能密度有較大影響。由于空氣密度影響風 能密度，當空氣密度降低時，風能密度也降低，而風能密度直接影響風力發(fā)電機組的輸出功 率。如果平原型風力發(fā)電機組要在高海拔地區(qū)達到其額定功率，在其他條件不變的情況下， 其額定風速必然增大。當額定風速增大時，風力發(fā)電機組可能由于葉片攻角持續(xù)增大而無 法達到額定功率并進入失速狀態(tài)，最終導致風力發(fā)電機組被吹倒的災難性事故。表1海拔高度/空氣密度對風能的影響(氣溫15°C )
權利要求
1.一種高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組，包括葉輪，其特征在于，所述葉輪的直徑比相同風區(qū) 等級的平原型風力發(fā)電機組的葉輪直徑大5% 9%。
2.如權利要求1所述的高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組，其特征在于，所述葉輪的直徑比相 同風區(qū)等級的平原型風力發(fā)電機組的葉輪直徑大6% 7%。
3.如權利要求1所述的高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組，其特征在于，所述高海拔地區(qū)的風 力發(fā)電機組的額定功率為1. 5MW，所述葉輪直徑為86. 5m 89m。
4.如權利要求3所述的高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組，其特征在于，所述高海拔地區(qū)的風 力發(fā)電機組的額定功率為1. 5MW，所述葉輪直徑為86. 5m 87. 5m。
5.如權利要求1所述的高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組，其特征在于，所述高海拔地區(qū)的風 力發(fā)電機組的額定功率為2. 5麗，所述葉輪直徑為105m 107m。
6.如權利要求5所述的高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組，其特征在于，所述高海拔地區(qū)的風 力發(fā)電機組的額定功率為2. 5MW，所述葉輪直徑為105. 5m 106. 5m。
7.如權利要求1-6任意一項所述的高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組，其特征在于，所述葉輪 的葉尖速比大于或等于9。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高海拔地區(qū)風力發(fā)電機組，其包括葉輪，所述葉輪的直徑比相同風區(qū)等級的平原型風力發(fā)電機組的葉輪直徑大5％～9％。采用本發(fā)明提供的高海拔地區(qū)的風力發(fā)電機組，提高風力發(fā)電機組在額定風速以下的功率輸出，并且相應降低額定風速，從而避免風力發(fā)電機組在高海拔地區(qū)工作時由于額定風速增大進入失速狀態(tài)，進而避免風力發(fā)電機組被吹倒的災難性事故；同時，機組在高海拔地區(qū)工作時還具有較高的功率輸出和年發(fā)電量。
文檔編號F03D11/00GK102062062SQ20101062471
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權日2010年12月29日
發(fā)明者孟慶順, 崔新維, 楊國亮, 鄧建軍, 陳秋華 申請人:新疆金風科技股份有限公司