本文將深入介紹半直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組的工作原理及主要部件，幫助讀者全面了解其構(gòu)成和功能。
在可再生能源領(lǐng)域，風(fēng)能作為一種清潔、無污染的能源，得到了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。其中，半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)因其獨(dú)特的設(shè)計和高效性能，逐漸成為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的重要分支。半直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組是由變槳距風(fēng)輪驅(qū)動中速齒輪箱，再由齒輪箱驅(qū)動中速永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電，通過全功率變流器向電網(wǎng)饋電的風(fēng)電機(jī)組。目前，這種風(fēng)電機(jī)組在陸上風(fēng)電場和海上風(fēng)電場都有應(yīng)用。
定義半直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組，也稱為中速永磁發(fā)電機(jī)型風(fēng)電機(jī)組。半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種介于雙饋和直驅(qū)之間的技術(shù)，它使用齒輪箱來提高轉(zhuǎn)速，但轉(zhuǎn)速提升的幅度小于雙饋風(fēng)機(jī)，且通常采用永磁同步發(fā)電機(jī)。（資料圖：中船海裝）從結(jié)構(gòu)上說半直驅(qū)可與雙饋是類似的，具有布局形式多樣的特點，同時目前研究中的無主軸結(jié)構(gòu)還具有與直驅(qū)相似的外型。區(qū)別在于一是與雙饋機(jī)型比，半直驅(qū)的齒輪箱的傳動比低；二是與直驅(qū)機(jī)型比，半直驅(qū)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高。這個特點決定了半直驅(qū)一方面能夠提高齒輪箱的可靠性與使用壽命，同時相對直驅(qū)發(fā)電機(jī)而言，能夠兼顧對應(yīng)的發(fā)電機(jī)設(shè)計，改善大功率直驅(qū)發(fā)電機(jī)設(shè)計與制造條件。工作原理半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心部分包括風(fēng)輪、永磁同步電機(jī)和控制系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)輪葉片捕捉到風(fēng)力并開始旋轉(zhuǎn)時，風(fēng)輪通過機(jī)械連接直接驅(qū)動電機(jī)。風(fēng)輪轉(zhuǎn)速接近電機(jī)的理想同步轉(zhuǎn)速，這使得電機(jī)可以利用風(fēng)能產(chǎn)生電力。永磁同步電機(jī)利用磁場和電流之間的相互作用，產(chǎn)生電磁力矩，使轉(zhuǎn)子和定子同步旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換?？刂葡到y(tǒng)則負(fù)責(zé)監(jiān)測和調(diào)整電機(jī)的工作狀態(tài)，確保其在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。優(yōu)勢1、發(fā)電效率高：相對于雙饋風(fēng)機(jī)而言，半直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的傳動鏈簡單、傳動鏈后期維護(hù)較少。傳動鏈支撐為四點支撐形式，齒輪箱只承受風(fēng)輪傳遞的扭矩，受力狀態(tài)穩(wěn)定，安全可靠性高。由于采用了永磁發(fā)電機(jī)，不用提供勵磁電流，在低速時也會有較高的效率。2、節(jié)約成本：與直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組相比，半直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高、體積小、重量輕。發(fā)電機(jī)及整機(jī)尺寸有較大的減少，重量得以減輕（降低20%以上），大幅減少電解銅和稀土永磁的用量，節(jié)約的成本大大高于增加的齒輪箱。3、噪音低：半直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組傳動噪音少，有利于環(huán)境保護(hù)和居民生活品質(zhì)的提高。（資料圖：上海電氣風(fēng)電集團(tuán)）4、穩(wěn)定性好：由于轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率波動較小，更適合并網(wǎng)運(yùn)行。5、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：由于半直驅(qū)發(fā)電機(jī)對風(fēng)速變化的敏感度較低，因此在不同風(fēng)速條件下都能保持較高的發(fā)電效率。技術(shù)特點1、半直驅(qū)通過風(fēng)葉帶動齒輪箱來驅(qū)動永磁電機(jī)發(fā)電，介于直驅(qū)和雙饋之間，齒輪箱的調(diào)速沒有雙饋的高，發(fā)電機(jī)也由雙饋的繞線式變?yōu)橛来磐绞?/strong>。2、融合直驅(qū)型和雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)兩者優(yōu)點：體積小、重量輕、免維護(hù)、可靠性高、適用于大型風(fēng)電。
3、永磁半直驅(qū)同步風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的成本相對較低。發(fā)電機(jī)及整機(jī)尺寸有較大的減少，重量得以減輕（降低20%以上），提高了風(fēng)機(jī)的適用范圍。4、半直驅(qū)同時具備直驅(qū)和雙饋的優(yōu)點，但也一并繼承了兩者的缺點，包括齒輪箱維護(hù)難、退磁隱患、冷卻難度增加和傳動效率降低等。主要部件1. 風(fēng)輪風(fēng)輪是風(fēng)電機(jī)組的核心部件，由輪轂、葉片和罩殼組成。其主要任務(wù)是通過葉片捕捉風(fēng)能，并將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。半直驅(qū)型、直驅(qū)型和雙饋型風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪和變槳驅(qū)動系統(tǒng)類似，其結(jié)構(gòu)和功能基本相同。2. 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的核心設(shè)備。在半直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組中，采用的是中速永磁發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)具有效率高、功率密度高、可靠性高等優(yōu)點。與直驅(qū)發(fā)電機(jī)相比，多了增速齒輪箱提高發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使得發(fā)電機(jī)尺寸減小。（資料圖：中車永濟(jì)電機(jī)）中速永磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)：主要由定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)殼和冷卻系統(tǒng)組成。定子：定子由鐵芯、繞組和機(jī)槽組成，用于產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。
轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子由永磁體、磁軛和轉(zhuǎn)軸組成，用于產(chǎn)生磁場。
機(jī)殼：機(jī)殼的作用是支撐定子和轉(zhuǎn)子，并保護(hù)內(nèi)部部件免受外界環(huán)境的影響。
冷卻系統(tǒng)：冷卻系統(tǒng)用于對發(fā)電機(jī)內(nèi)部部件進(jìn)行散熱，確保發(fā)電機(jī)在長時間運(yùn)行中保持適宜的工作溫度。
中速永磁發(fā)電機(jī)的特點效率高：中速永磁發(fā)電機(jī)的效率可達(dá)95%以上，比雙饋異步發(fā)電機(jī)高出2-3個百分點。
功率密度高：中速永磁發(fā)電機(jī)的功率密度高，體積小，重量輕。
可靠性高：中速永磁發(fā)電機(jī)采用永磁體勵磁，不需要勵磁裝置，可靠性高。
3. 增速齒輪箱增速齒輪箱的作用是將風(fēng)輪的低速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)所需的較高轉(zhuǎn)速。在半直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組中，通常采用行星齒輪變速箱。這種變速箱具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、噪音低等優(yōu)點。4. 主軸主軸是支撐風(fēng)輪的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，使其能夠旋轉(zhuǎn)。主軸的設(shè)計需要考慮到高強(qiáng)度、輕量化以及對惡劣天氣的適應(yīng)性，確保風(fēng)電機(jī)組在各種條件下都能安全可靠地運(yùn)行。5. 塔筒塔筒是風(fēng)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu)，將整個機(jī)組高懸于地面。塔筒的高度會影響到風(fēng)能的捕捉效果，同時也需要具備足夠的穩(wěn)定性和承載能力。6. 變流器變流器是將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成可并入電網(wǎng)的工頻交流電的設(shè)備。在半直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組中，采用全功率變流器，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向功率控制，可用于無功補(bǔ)償和調(diào)頻。7. 偏航系統(tǒng)偏航系統(tǒng)是確保風(fēng)機(jī)輪始終朝向風(fēng)的重要系統(tǒng)。它包括偏航驅(qū)動裝置和偏航傳感器，通過實時監(jiān)測風(fēng)向并調(diào)整機(jī)組方向，保持最佳的風(fēng)能捕捉效果。8. 冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)用于對發(fā)電機(jī)、變流器等核心設(shè)備進(jìn)行散熱，確保設(shè)備在長時間運(yùn)行中保持適宜的工作溫度。高效的冷卻系統(tǒng)有助于提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。9. 潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)對風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。它確保各個運(yùn)動部件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中能夠保持良好的潤滑狀態(tài)，減少摩擦損耗，延長零部件壽命。10. 監(jiān)測與維護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測與維護(hù)系統(tǒng)通過傳感器和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，實時監(jiān)測風(fēng)電機(jī)組各個部件的狀態(tài)。這有助于提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，提高風(fēng)電機(jī)組的可靠性和可維護(hù)性。11. 其他部件除了上述主要部件之外，半直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組還包括變壓器、電纜、接地裝置、消防系統(tǒng)等輔助部件，它們共同保障風(fēng)電機(jī)組的安全、高效運(yùn)行。（資料圖：金風(fēng)科技）整機(jī)企業(yè)
明陽智慧能源集團(tuán)股份公司（簡稱“明陽智能”）成立于2006年，總部位于中國廣東中山，專注新能源高端裝備研發(fā)與制造，業(yè)務(wù)涵蓋風(fēng)、光、儲、氫等清潔能源開發(fā)運(yùn)營、高端裝備的研發(fā)與制造以及工程技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域，位居中國企業(yè)500強(qiáng)和全球新能源企業(yè)500強(qiáng)前列，是國內(nèi)領(lǐng)先、全球具有重要影響力的智慧能源企業(yè)，在全球海上風(fēng)電領(lǐng)域創(chuàng)新排名第一，2023年全球海上風(fēng)電新增裝機(jī)量排名第一。
金風(fēng)科技
金風(fēng)科技是全球可信賴的清潔能源戰(zhàn)略合作伙伴，致力于推動能源變革，讓人人可負(fù)擔(dān)、可靠、可持續(xù)的能源惠及全球，構(gòu)建“可持續(xù)更美好”的未來。金風(fēng)科技深度聚焦能源開發(fā)、能源裝備、能源服務(wù)、能源應(yīng)用四大領(lǐng)域，以強(qiáng)大科研創(chuàng)新和最佳業(yè)務(wù)實踐，將可再生能源的效率提升至新高度。目前，金風(fēng)科技已實現(xiàn)全球風(fēng)電累計裝機(jī)容量超119GW，在運(yùn)維服務(wù)量超64GW，逾51,000臺運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組遍布世界。
運(yùn)達(dá)股份
運(yùn)達(dá)能源科技集團(tuán)股份有限公司(運(yùn)達(dá)股份)是浙江省大型國有上市企業(yè)，在國內(nèi)最早從事新能源技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā),是中國新能源事業(yè)的拓荒者、創(chuàng)新者和領(lǐng)軍者,曾研制出我國第一臺并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，至今深耕新能源已有50多年歷史，是國內(nèi)領(lǐng)先的新能源裝備制造企業(yè)和綜合能源服務(wù)企業(yè)。
中船海裝
中船海裝風(fēng)電有限公司（以下簡稱“中船海裝”）成立于2004年1月9日，隸屬于中國船舶集團(tuán)有限公司旗下中船科技股份有限公司，是國家海上風(fēng)力發(fā)電工程技術(shù)研究中心平臺建設(shè)單位，是專業(yè)從事風(fēng)電裝備系統(tǒng)集成設(shè)計及制造、風(fēng)電場運(yùn)維服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)。中船海裝是“全球新能源企業(yè)500強(qiáng)”“中國能源企業(yè)（集團(tuán)）500強(qiáng)”，能為全球客戶提供整體解決方案。中車風(fēng)電
中車山東風(fēng)電有限公司是中國中車股份有限公司投資打造的國內(nèi)一流大型風(fēng)電裝備制造企業(yè)，專業(yè)從事風(fēng)力發(fā)電裝備及配件的生產(chǎn)及銷售，風(fēng)力發(fā)電裝備及配件的技術(shù)開發(fā)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)，風(fēng)電場建設(shè)運(yùn)營業(yè)務(wù)的技術(shù)咨詢服務(wù)；具備年產(chǎn)1500套1.5-6MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的能力。擁有全功率風(fēng)電整機(jī)試驗站、半實物仿真平臺、變槳試驗臺等國際先進(jìn)的試驗測試設(shè)備和仿真驗證平臺；自主研發(fā)的1.5MW、2.0MW、2.5MW、3.0MW、3.6MW、4.0MW、5.0MW、6.0MW等7個功率等級共40余款機(jī)型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，涵蓋了不同市場的需要。已批量裝機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定可靠；6MW海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全面進(jìn)入樣機(jī)試制階段。
東方電氣
中國東方電氣集團(tuán)有限公司（以下簡稱東方電氣集團(tuán)）創(chuàng)立于1958年，是中央管理的涉及國家安全和國民經(jīng)濟(jì)命脈的國有重要骨干企業(yè)，肩負(fù)保障國家能源安全的重大責(zé)任，是全球最大的能源裝備制造企業(yè)集團(tuán)之一。
東方電氣集團(tuán)加快推進(jìn)“綠色智造”轉(zhuǎn)型，形成了“六電并舉、六業(yè)協(xié)同”的產(chǎn)業(yè)格局[“六電”：風(fēng)電、太陽能、水電、核電、氣電、煤電；“六業(yè)”：高端石化裝備產(chǎn)業(yè)、節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)、工程與國際貿(mào)易產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)、電力電子與控制產(chǎn)業(yè)、新興產(chǎn)業(yè)]，產(chǎn)品包括風(fēng)電機(jī)組、太陽能發(fā)電設(shè)備、水電機(jī)組、核電機(jī)組、火電機(jī)組（燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、清潔高效煤電）、控制系統(tǒng)、環(huán)保設(shè)備、工業(yè)化工裝備、氫能及燃料電池、儲能裝備、新材料等，致力于為客戶提供能源裝備、綠色低碳裝備、高端智能裝備于一體的綜合能源解決方案。
適用場合1、城市天橋一般位于市中心繁華地段，有著充足的空間和適宜的風(fēng)速條件?？梢酝ㄟ^安裝半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為城市供電，減少能源消耗和環(huán)境污染，并且還可以增加城市景觀的美觀程度。2、海上風(fēng)電由于環(huán)境復(fù)雜，對設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性要求較高，而半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有高效、穩(wěn)定、可靠等特點，可大大減少故障率和維護(hù)成本，因此非常適合在海上風(fēng)電場中使用。總之，半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因其高效、穩(wěn)定、環(huán)保的特點，正在逐步改變風(fēng)能發(fā)電的技術(shù)格局。隨著科技的進(jìn)步和市場對清潔能源的需求增加，這種創(chuàng)新的風(fēng)力發(fā)電方式將會得到更廣泛的應(yīng)用，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。文章來源 | 中船電氣
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