风力发电冷却技术

风力发电冷却技术
发表时间：2016-12-16T13:39:00.823Z 来源：《北方建筑》2016年11月第32期作者：于兴中
[导读] 风电以其丰富的资源、良好的环境效益和逐步降低的发电成本，必将成为21世纪中国重要的电源。

国华（通辽）风电有限公司内蒙古通辽 028000
摘要：作为可再生能源技术中最成熟的风力发电, 对于应对大量使用传统化石燃料能源所带来的迫在眉梢的自然环境、社会危机，是个切实可行的解决方案。

大力发展风电，给风电行业带来了发展良机，同时也滋生出了很多的问题，完善体制，建立一流的风能评估和风电技术研究基地，善于应用国家调控，风电发电一定会朝着更好更强的方向不断发展。

总之，风电以其丰富的资源、良好的环境效益和逐步降低的发电成本，必将成为21世纪中国重要的电源。

本文对风力发电现状、冷却技术进行分析。

关键词：风力发电；现状；冷却技术；
在全世界范围内, 风力发电正迅速并持续地发展着。

当今世界风力发电技术的发展趋势表现为单机容量增大、风机桨叶的变化、塔架高度上升、控制技术的进步以及海上风力发电的发展。

其中单机容量的逐步增大, 将会直接导致发电机内各部件的散热量大大增加, 如何有效解决发电机的温升瓶颈, 已成为风力发电机进一步发展的关键问题之一。

1 风力发电现状
风力发电在我国电力行业中受到的重视程度越来越高，近年来对风力发电的研究越来越多，但是风力发电行业的发展过程中仍然面临很多问题。

1.1 现状
在电力行业中，采用替代能源的技术之一就是风力发电，对于能源结构的改善以及资源的节约具有十分重要的意义，风能作为一种清洁能源，对于环境的保护以及气候的改善具有积极的促进作用。

在我国已经制定了相应的政策对风力发电行业进行支持，比如分摊电费、财税优惠等。

要加强对风能的利用，使其成为发电过程中的补充能源，促进风力发电的规模效应的发挥，首先应加强具体的硬件设施建设，即加强风力发电厂的建设以及发展。

当前，中国市场上具有百家风力发电厂，其规模不一，位置主要是分布在三北、东南沿海，主要是由于这些地区的风力资源比较丰富，风能分布比较密集，因此有助于风力发电行业的有效开展。

当前我国对风力发电的支持程度十分高，对风力发电的投入也十分巨大，加强了各种设备的投入，以保证风力发电的硬件需求。

很多数据都表明我国的风力发电行业已经进入了规模化发展的阶段。

但是在风力发电过程中仍然存在一些问题。

1.2 面临的问题
（1）在风力发电厂的地址选择、前期调查、资源评价方面存在一定问题。

随着我国风力发电行业的不断发展，行业的各种配套建设都逐渐加强，尤其是风力发电场的选择，对风力发电效率具有十分重要的影响。

当前的风力发电过程中，在风电场选址、资源的调查以及利用过程中存在不足，加入电网的风电的比例将会逐渐增大，对风能资源的调差以及评价工作也应该进一步深入，并且将这一工作提高到一定的高度上，对风能资料进行整理。

要将风能的灾害、运输条件、自然环境的保护等方面的因素都考虑进来。

（2）风电的不连续性以及不稳定性，在电网中占据的比例以及对电网的影响会增大。

由于风能是一种自然资源，具有一定的不确定性和不稳定性，随着风电在电网中占据的比例逐渐增多，电力系统在运行过程中出现障碍以及突发状况的可能性也会增大。

从当前我国的电力发电情况来看，风电的产生以及发展，无论是在技术上，还是经济上，都会对电网的运行、规划、管理等方面带来很大的影响，因此在实际的风电发展过程中，应该要促进系统的调控能力的提高，促进风力发电过程中的安全性以及可靠性。

2 风力发电冷却技术
2.1 重要组件的选型
目前液冷系统中常用的冷却介质有水和乙二醇水溶液。

与水相比, 乙二醇水溶液具有更好的防冻特性，且通过添加稳定剂、防腐剂等方式可使其换热性能与水相当。

根据技术要求, 冬季环境的最低温度为-35℃, 50%的乙二醇水溶液能够满足使用要求。

在实际运行过程中,机舱在风力的作用下会产生振动, 要求散热器具有良好的抗振性；同时，散热器处于湿度较高的沿海地区,应有一定的耐腐蚀性。

综合上述要求，选用了具有传热效率高、结构紧凑、轻巧而牢固等特点的铝制错流板翅式换热器。

通过在换热器表面加涂丙烯树脂及做亲水膜处理,可使其抗酸雨和抗盐腐蚀的性能提高5倍以上。

翅片形状根据流体性能和设计使用条件等选定，考虑到风场所在沿海地区空气中含有固体悬浮物，为避免流道堵塞, 空气流道选用平直型翅片, 而乙二醇水溶液流道则选用高性能的锯齿形翅片。

为了获得均匀的物流分配效果和使流动阻力损失得到较好抑制，封头选用错排孔板型形式，根据选定管径的沿程阻力与局部阻力，选择合适的循环泵。

2.2 强制风冷
强制风冷是指通过在风力发电机内部设置风扇，对风机内各部件进行强制鼓风从而达到冷却效果。

由于风冷机组的通风系统的好坏将直接影响到发电机的发热与冷却，与发电机的安全稳定运行密不可分，因此通风系统的设计显得至关重要。

风路是否顺畅，能否带走发电机各个发热部位的热量，对发电机的性能有着很大的影响。

强制风冷系统在具体实施时还可根据系统散热量的大小选用不同的冷却方式。

一般功率在300kW 以下的风电机齿轮箱，多数是靠齿轮转动搅油飞溅润滑，齿轮箱的热平衡受机舱内通风条件的影响较大，且发电机与控制系统的散热量较小。

因此可在齿轮箱高速轴上装冷却风扇,随齿轮箱运转鼓风强化散热, 同时还可加大机组内部通风空间和绕组内部风道，增大热交换面积，达到对系统各部件冷却的效果。

2.3 集中冷却式风力发电机
集中冷却式风力发电机系统的特征是在风力发电场中设置冷却机组，与采用蒸发循环冷却的风力发电机类似，系统运行时，冷却介质分别流经齿轮箱、发电机及控制系统外部的换热器，将以上部件产生的热量带走。

温度升高后的冷却介质通过冷却介质回收管送入风力发电场中的冷却机组进行集中冷却，然后经由冷却介质输送管送入各风力发电机，对各部件进行下一轮循环冷却。

在实际应用中，冷却机组可根据发电机的冷却需求，选用不同类型的空气冷却器或制冷机组，相对于空气冷却器，采用制冷机组可以获得更低的冷却温度，更有利于开发新一代大功率风力发电机系统。

当单台冷却机组无法满足制冷量需求时，可设置多台机组，而在气候、季节变化等因素引起制冷量需求波动时，只要改变设备运行台数即可进行灵活调节。

对于占地面积广、发电机台数多的风力发电厂，还可根据实际情况在不同的合适
部位设置多处集中式冷却机组，以更好地满足冷却需求和合理配置冷却介质输送管道，获得运行的高可靠性和经济性。

3 发展
3.1 中压变流器拓扑功率不断增大
根据近年的不断研究,为了使风力资源的成本降低和转换风力资源的效率,风力的涡轮发电机的发电功率得到了飞快的增长。

器件的额定功率不断的得到提高,而且开关和导通也逐渐的改善,所以多电平变流器所具有的优点会不断的被人类所挖掘出来。

风力发电的系统优劣是由开关损耗的导通损耗和比率所决定的,即使在工作中多电平变流器的导通受到较高的损害,但是它的开关频率却是十分的低,所以说它的开关损耗也会随之变得十分低。

风力涡轮所具备的发电市场,就是由电压和电流的额定值不断的使它的标称功率逐渐的得到提高。

多电平变流器在使电压的额定值不断提高的过程中,可以把风力电场和风力涡轮的发电机身上的变流器之间的配电与网络相连接，所以就可以有效的把笨重的表压器所淘汰。

3.2 采用蒸发循环冷却的风力发电机系统
风力发电机运行时, 冷却介质分别流经设置在齿轮箱、发电机及控制系统外部的换热器, 将以上部件产生的热量带走。

温度升高后的冷却介质经过冷却介质换热器, 与蒸发循环制冷机提供的冷量进行热交换降温, 然后对各部件进行下一轮循环冷却, 从而保证了各部件长期运行在合适的工作环境下。

与目前采用强制风冷、液冷方式的风力发电机相比, 采用蒸发循环冷却的风力发电机系统虽然增加了蒸发循环制冷机的费用以及制冷机对冷却介质进行冷却所需要的能耗, 但它能够满足大功率冷却需求, 为研制新一代大功率风力发电机组奠定了基础。

随着风力发电机单机容量的逐渐增大, 发电机的散热量问题将会得到更多的重视。

对现有冷却技术的优化以及采用新型冷却技术是这个问题的主要解决途径之一。

为研制新一代大功率风力发电机组奠定基础。

但这两种风力发电机系统还存在着风电场的设备初投资与运行费用增加、维修难度加大等实际问题，只有当以上问题得到较好的解决，才能够在未来风力发电冷却中得到广泛应用。

参考文献：
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