本文將深入介紹半直驅(qū)型風電機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)風力發(fā)電機因其獨特的設(shè)計和高效性能，逐漸成為風力發(fā)電技術(shù)的重要分支。半直驅(qū)型風電機組是由變槳距風輪驅(qū)動中速齒輪箱，再由齒輪箱驅(qū)動中速永磁發(fā)電機發(fā)電，通過全功率變流器向電網(wǎng)饋電的風電機組。目前，這種風電機組在陸上風電場和海上風電場都有應用。
定義半直驅(qū)型風電機組，也稱為中速永磁發(fā)電機型風電機組。半直驅(qū)風力發(fā)電機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機，且通常采用永磁同步發(fā)電機。（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型比，半直驅(qū)的齒輪箱的傳動比低；二是與直驅(qū)機型比，半直驅(qū)的發(fā)電機轉(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)電機而言，能夠兼顧對應的發(fā)電機設(shè)計，改善大功率直驅(qū)發(fā)電機設(shè)計與制造條件。工作原理半直驅(qū)風力發(fā)電機的核心部分包括風輪、永磁同步電機和控制系統(tǒng)。當風輪葉片捕捉到風力并開始旋轉(zhuǎn)時，風輪通過機械連接直接驅(qū)動電機。風輪轉(zhuǎn)速接近電機的理想同步轉(zhuǎn)速，這使得電機可以利用風能產(chǎn)生電力。永磁同步電機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。控制系統(tǒng)則負責監(jiān)測和調(diào)整電機的工作狀態(tài)，確保其在最佳狀態(tài)下運行。優(yōu)勢1、發(fā)電效率高：相對于雙饋風機而言，半直驅(qū)風電機組的傳動鏈簡單、傳動鏈后期維護較少。傳動鏈支撐為四點支撐形式，齒輪箱只承受風輪傳遞的扭矩，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，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)式風電機組相比，半直驅(qū)風電機組的發(fā)電機轉(zhuǎn)速高、體積小、重量輕。發(fā)電機及整機尺寸有較大的減少，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)風電機組傳動噪音少，有利于環(huán)境保護和居民生活品質(zhì)的提高。（資料圖：上海電氣風電集團）4、穩(wěn)定性好：由于轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，半直驅(qū)風力發(fā)電機的輸出功率波動較小，更適合并網(wǎng)運行。5、環(huán)境適應性強：由于半直驅(qū)發(fā)電機對風速變化的敏感度較低，因此在不同風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)通過風葉帶動齒輪箱來驅(qū)動永磁電機發(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)型和雙饋型風力發(fā)電機兩者優(yōu)點：體積小、重量輕、免維護、可靠性高、適用于大型風電。
3、永磁半直驅(qū)同步風機系統(tǒng)的成本相對較低。發(fā)電機及整機尺寸有較大的減少，重量得以減輕（降低20%以上），提高了風機的適用范圍。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. 風輪風輪是風電機組的核心部件，由輪轂、葉片和罩殼組成。其主要任務是通過葉片捕捉風能，并將其轉(zhuǎn)化為機械能。半直驅(qū)型、直驅(qū)型和雙饋型風電機組的風輪和變槳驅(qū)動系統(tǒng)類似，其結(jié)構(gòu)和功能基本相同。2. 發(fā)電機發(fā)電機是將機械能轉(zhuǎn)化為電能的核心設(shè)備。在半直驅(qū)型風電機組中，采用的是中速永磁發(fā)電機。這種發(fā)電機具有效率高、功率密度高、可靠性高等優(yōu)點。與直驅(qū)發(fā)電機相比，多了增速齒輪箱提高發(fā)電機轉(zhuǎn)速，使得發(fā)電機尺寸減小。（資料圖：中車永濟電機）中速永磁發(fā)電機的結(jié)構(gòu)：主要由定子、轉(zhuǎn)子、機殼和冷卻系統(tǒng)組成。定子：定子由鐵芯、繞組和機槽組成，用于產(chǎn)生感應電動勢。
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。
機殼：機殼的作用是支撐定子和轉(zhuǎn)子，并保護內(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)電機內(nèi)部部件進行散熱，確保發(fā)電機在長時間運行中保持適宜的工作溫度。
中速永磁發(fā)電機的特點效率高：中速永磁發(fā)電機的效率可達95%以上，比雙饋異步發(fā)電機高出2-3個百分點。
功率密度高：中速永磁發(fā)電機的功率密度高，體積小，重量輕。
可靠性高：中速永磁發(fā)電機采用永磁體勵磁，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輪的低速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機所需的較高轉(zhuǎn)速。在半直驅(qū)型風電機組中，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)計需要考慮到高強度、輕量化以及對惡劣天氣的適應性，確保風電機組在各種條件下都能安全可靠地運行。5. 塔筒塔筒是風電機組的支撐結(jié)構(gòu)，將整個機組高懸于地面。塔筒的高度會影響到風能的捕捉效果，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)型風電機組中，采用全功率變流器，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向功率控制，可用于無功補償和調(diào)頻。7. 偏航系統(tǒng)偏航系統(tǒng)是確保風機輪始終朝向風的重要系統(tǒng)。它包括偏航驅(qū)動裝置和偏航傳感器，通過實時監(jiān)測風向并調(diào)整機組方向，保持最佳的風能捕捉效果。8. 冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)用于對發(fā)電機、變流器等核心設(shè)備進行散熱，確保設(shè)備在長時間運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)對風電機組的機械運轉(zhuǎn)至關(guān)重要。它確保各個運動部件在高速運轉(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)測與維護系統(tǒng)監(jiān)測與維護系統(tǒng)通過傳感器和遠程監(jiān)控技術(shù)，實時監(jiān)測風電機組各個部件的狀態(tài)。這有助于提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，進行預防性維護，提高風電機組的可靠性和可維護性。11. 其他部件除了上述主要部件之外，半直驅(qū)型風電機組還包括變壓器、電纜、接地裝置、消防系統(tǒng)等輔助部件，它們共同保障風電機組的安全、高效運行。（資料圖：金風科技）整機企業(yè)
明陽智慧能源集團股份公司（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)務涵蓋風、光、儲、氫等清潔能源開發(fā)運營、高端裝備的研發(fā)與制造以及工程技術(shù)服務領(lǐng)域，位居中國企業(yè)500強和全球新能源企業(yè)500強前列，是國內(nèi)領(lǐng)先、全球具有重要影響力的智慧能源企業(yè)，在全球海上風電領(lǐng)域創(chuàng)新排名第一，2023年全球海上風電新增裝機量排名第一。
金風科技
金風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，讓人人可負擔、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。金風科技深度聚焦能源開發(fā)、能源裝備、能源服務、能源應用四大領(lǐng)域，以強大科研創(chuàng)新和最佳業(yè)務實踐，將可再生能源的效率提升至新高度。目前，金風科技已實現(xiàn)全球風電累計裝機容量超119GW，在運維服務量超64GW，逾51,000臺運行風電機組遍布世界。
運達股份
運達能源科技集團股份有限公司(運達股份)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)型風力發(fā)電機組，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)和綜合能源服務企業(yè)。
中船海裝
中船海裝風電有限公司（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有限公司旗下中船科技股份有限公司，是國家海上風力發(fā)電工程技術(shù)研究中心平臺建設(shè)單位，是專業(yè)從事風電裝備系統(tǒng)集成設(shè)計及制造、風電場運維服務的高新技術(shù)企業(yè)。中船海裝是“全球新能源企業(yè)500強”“中國能源企業(yè)（集團）500強”，能為全球客戶提供整體解決方案。中車風電
中車山東風電有限公司是中國中車股份有限公司投資打造的國內(nèi)一流大型風電裝備制造企業(yè)，專業(yè)從事風力發(fā)電裝備及配件的生產(chǎn)及銷售，風力發(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，風電場建設(shè)運營業(yè)務的技術(shù)咨詢服務；具備年產(chǎn)1500套1.5-6MW風力發(fā)電機組的能力。擁有全功率風電整機試驗站、半實物仿真平臺、變槳試驗臺等國際先進的試驗測試設(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余款機型的風力發(fā)電機組，涵蓋了不同市場的需要。已批量裝機的風力發(fā)電機組運行穩(wěn)定可靠；6MW海上風力發(fā)電機組全面進入樣機試制階段。
東方電氣
中國東方電氣集團有限公司（以下簡稱東方電氣集團）創(chuàng)立于1958年，是中央管理的涉及國家安全和國民經(jīng)濟命脈的國有重要骨干企業(yè)，肩負保障國家能源安全的重大責任，是全球最大的能源裝備制造企業(yè)集團之一。
東方電氣集團加快推進“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)品包括風電機組、太陽能發(fā)電設(shè)備、水電機組、核電機組、火電機組（燃氣輪機發(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速條件。可以通過安裝半直驅(qū)風力發(fā)電機，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、海上風電由于環(huán)境復雜，對設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性要求較高，而半直驅(qū)風力發(fā)電機具有高效、穩(wěn)定、可靠等特點，可大大減少故障率和維護成本，因此非常適合在海上風電場中使用。總之，半直驅(qū)風力發(fā)電機組因其高效、穩(wěn)定、環(huán)保的特點，正在逐步改變風能發(fā)電的技術(shù)格局。隨著科技的進步和市場對清潔能源的需求增加，這種創(chuàng)新的風力發(fā)電方式將會得到更廣泛的應用，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。文章來源 | 中船電氣
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