[01185700]垂直轴聚风容错风力发电机研究及规模化应用

第三次全国风资源普查表明,我国风资源丰富的高风速地区占国土面积的8%,风资源欠丰富的可利用低风速地区占68%。而这些低风速区正是我国能源消耗的主要区域。 为了充分利用风能,并实现风能的就地转化,“十二五”期间,国家能源局将开发低风速风电纳入了发展规划,以提高其在未来整体风电开发布局中的比重,其中适于低风速和人口密集区发电的垂直轴风力机型是其产业中的关键核心设备之一。 提高风能利用率和改善启动性能是垂直轴风力机的两大关键问题。针对这些问题,本项目在风力机整机结构、新型叶片、运行可靠性和监控技术等方面进行深入研究和大量创新,研发了适合于低风速和人口密集区使用的新型垂直轴聚风容错风力发电机,获授权发明专利16项、实用新型专利4项、软件著作权2件。 主要技术内容包括： （1）研发了混合磁悬浮支承风力机,采用直驱传动结构、永磁零功耗静态自平衡、电磁低功耗动态调节等技术,实现了风力机无摩擦、低噪声运行,提高了低风速启动性能和传动效率; （2）研发了风力机聚能增效装置,采用聚能和自动迎风方法,优化了导风道结构,增大了风能做正功面积,提高了风能利用率; （3）研发了风力机叶片倾角可调结构,使得各叶片在任意位置均产生驱动力矩,解决了启动性能和风能利用率之间的矛盾; （4）研发了升阻耦合型叶片,创新设计了升阻型叶片快速转换装置,改善了垂直轴风力机的低风速启动性能和运行效率; （5）发明了新颖的螺旋型叶片及其快速加工方法,解决了螺旋型叶片复杂空间曲面加工的难题,避免了复合材料叶片整体力学性能不稳定问题; （6）发明了垂直轴直驱传动主轴振颤的机电协调抑制方法,能够实时监测并有效抑制主轴振颤,不仅保证风力机的稳定性能,而且可获得转速约束条件下的最高风能捕获; （7）研发了可容错运行的永磁风力发电机组,利用等容量协调分配的容错控制策略,使机组在发生电气故障的情况下也具备不间断平滑可靠发电运行能力; （8）研发了机组在线连续无线遥测和实时分析平台,可实现系统现场环境和机电工作参数的远程实测和修正,为整机性能的测评和进一步参数优化提供了分析数据和技术手段。 研发的低风速垂直轴聚风容错风力发电机,启动风速小于1.6m/s,风能利用率达到48%,填补了该领域相关技术空白,达到国际先进水平。已实现规模化应用,产品在多个单位安装使用,性能良好。近三年,累计实现产值1.76亿万元,利润近4千万元、缴税逾1千万元。项目开创了我国低风速垂直轴风力发电机技术的新应用领域,具有良好的市场前景和社会效益。