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风能发电日益成长

作者:Peter Welander2007.12.23阅读 8589

  风力发电机及电能转换设备的发展使这种绿色能源成为了主流。

  一架从芝加哥飞往波士顿的航班掠过伊利湖北岸。坐在机舱左侧的乘客向下望去,能够清楚地看到一排排高耸的白色风力发电机屹立在农田之中,断断续续地转动着。这些装置为当地居民提供所需要的电力,却不消耗煤炭或石油,也不带来任何的温室气体。
  由于当今世界电力资源匮乏,人们在寻找所需能源的同时,还对碳元素的排放十分关注,因此风能正变得越来越有吸引力。风能是一种可再生能源,但是它在使用上有什么限制,风力发电机又是如何转换电能的呢?

  风能的潜力
  风力发电在整个美国南部地区都有广泛的发展潜力,但许多人还只是把它视作加利福尼亚州的局部现象。事实上,南达科他州在获得风能方面潜力最大,得克萨斯州则拥有世界上最大风力电厂。在各大州风力发电潜能排行榜上,加利福尼亚的排名其实比较靠后,大草原地区才是最大的潜在资源。
  风力发电正呈现稳步发展的势头,尽管目前在全美总发电量中只占据一小部分。2006年,风力发电的总发电量为11,600MW。但据美国风力协会(AWEA)估计,到了2007年,将会有3,000MW的增量,而且之后将会呈现加速增长的势

头。(我们可以将这个数字与每年发电量为600MW到800MW的传统型火力发电站,以及全世界范围内的,发电量不超过150MW的燃料电池发电设备相比较。)
  目前,阻碍风力发电高速发展的最大障碍是发电设备产量不足。由于政府在可再生能源的政策方面举棋不定www.cechina.cn,风力发电机制造厂家不愿意随便提高产量。AWEA的执行总监Randall Swisher说道:“我们看到许多风力电厂正在新建,风力发电机生产商获得了一些令人振奋的投资。但这些与我们对风能的需求相比较,仅仅是冰山一角罢了。目前的当务之急是美国政府必须出台一套完整的、长期的能源生产扣税制度以及一部国家可再生能源行业标准,使得我们可以更好地利用可再生能源发电。这样的政策势必会为国家急需的可再生能源供应提供良好支持。”  

  各种尺寸的风力发电机有着相同的基本结构包括了可调整的支柱、转向控制器、加速齿轮盒以及发电机组
  各种尺寸的风力发电机有着相同的基本结构,包括了可调整的支柱、转向控制器、加速齿轮盒以及发电机组。

  本月,西门子公司计划让位于衣阿华州Fort Madison市的工厂满负荷生产新型的风力发电机叶片,以此作为扩大发电设备生产量的一项举措。这家工厂正在为35台新型的装机容量为2.3MW的风力发电机生产叶片。这批风力发电机将被安装在得克萨斯州(TX)Abilence市附近的Sweetwater 风力电站。这些叶片单个长度达到48英尺www.cechina.cn,单个重量达到了12吨。新的平台计划雇佣400名员工。
  得克萨斯州目前拥有装机容量超过3000MW的风力发电设备,包括了全美最大5个的风力电站中的3个,在风能利用上居于全美领先地位。与之相反,加利福尼亚州在风力发电方面的潜能并不大,可以被利用的发电量仅为2376MW。而依阿华州、明尼苏达州和华盛顿州的风力发电资源在全美各大州中是排名前五的。
  在纽约的Lackawanna地区有一项引人注目的风力发电设备安装项目,8台崭新的风力发电机从一片焦土上拔地而起,这里原来是一家Bethlehem钢铁厂。这一地区之前由于工业废弃物污染严重而被荒废且疾病滋生。风力发电项目给它带来了新生。如今,风力发电机(每日)为当地社区提供20MW的电能。东北地区也有类似的项目。在这些地方,风力电站取代了原有的采矿场或污水处理厂。

  运行上的考虑
  风力发电机的一个明显缺陷是,只有当风速保持在一定的范围内,它才能正常运转。因此,它们的发电能力会随天气条件变化。风力发电机靠风力传感器感应出风向和风速,从而保持良好的工作效率。这种传感器可以安装在单个风力发电机上,也可以安装在一片风力电站的中央。风力发电机可以以支撑柱(转向控制器)为中心转动以达到最佳的迎风角度www.cechina.cn,也可以通过调整叶片的倾斜度达到特定的转动速率和扭矩。这些功能可以通过风力发电机内部的机械装置或水压装置实现。
  如果某台风力发电机由于风速不足而停转,一旦风速重新达到9mph(4m/s)左右时,它将会通过一组启动程序恢复工作。风力发电机的叶片先翻转到0度,然后开始转动。这时,一台速度调整期会调整叶片的转速,使发电机以大约900rpm的预设速度转动。一旦达到这一转速,控制系统就会切断电能转换器及发电机CONTROL ENGINEERING China版权所有,从而将输出电流过大问题降到最低。
  速度调整器能够平衡转叶的速度与电量的输出。由于发电机的输出功率要求相对恒定,控制系统通过微调叶片的倾角实现对风速变化的补偿。当风力发电机工作时CONTROL ENGINEERING China版权所有,这种微调是连续进行的,从而保证叶片扭矩接近恒定值。
  如果由于某个机械故障或是风速过快等原因要让风力发电机停止工作,可以采用反向翻转叶片倾角和机械制动相结合的手段。众所周知,如果某个大质量物体具有很大的动量,它不可能在短时间内停止运动。然而,风力发电机在紧急情

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