大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)研究

陳洋德

摘要：一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電就是就是將大自然當(dāng)中存在的風(fēng)轉(zhuǎn)換成另一種能量，進(jìn)而成一種可以讓人們利用的電能;就像太陽(yáng)能一樣，是一種取之不盡用之不竭的新能源。隨著社會(huì)進(jìn)程不斷加快，對(duì)于能源的需求量也在不斷的增加，使得現(xiàn)有的能源資源逐漸出現(xiàn)斷缺的現(xiàn)象;所以現(xiàn)在很多的國(guó)家都在大力發(fā)展可再生能源進(jìn)行替補(bǔ)，而風(fēng)力發(fā)電就是其中一種。本文就對(duì)大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組幾種常見(jiàn)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過(guò)分析幾種冷卻系統(tǒng)的利與弊，希望能夠給我國(guó)大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：大功率;風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;冷卻系統(tǒng)

前言：

隨著科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)步，對(duì)于風(fēng)能利用到現(xiàn)代，人類已經(jīng)可以熟練的利用風(fēng)能產(chǎn)生出新的能量，并且由最開(kāi)始的單純利用風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，將風(fēng)能變成電能。在19世紀(jì)時(shí)期，人們生產(chǎn)制造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就只有12KW的直流風(fēng)力機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在人們已經(jīng)可以制造10MK大功率的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;從這樣的發(fā)展趨勢(shì)就可以看出來(lái)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正在朝著單機(jī)容量持續(xù)增大的方向發(fā)展。

一、小功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的冷卻系統(tǒng)

一般的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)有幾種，詳情見(jiàn)下表1.1。

（一）空--空冷卻系統(tǒng)

空--空冷卻方式實(shí)際上就是指直接利用空氣和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備直接進(jìn)行熱交換，進(jìn)而到達(dá)冷卻的效果，這種冷卻當(dāng)時(shí)一般分為兩種方式，即自然通風(fēng)冷卻和強(qiáng)制風(fēng)冷。

對(duì)于自然通風(fēng)來(lái)說(shuō)，是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中常用的一種冷卻方式，這種冷卻方式的好處就是可以直接將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空間進(jìn)行有效的節(jié)約，主要就是將一些在發(fā)電過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)熱的部件直接暴露在空氣中，自然進(jìn)行冷卻。這種冷卻方式在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中利用了很長(zhǎng)的時(shí)間，但是現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組隨著需求不斷的進(jìn)行著升級(jí)，同時(shí)也是為了安全考慮，將很多的發(fā)熱部件都放置在密封的機(jī)艙內(nèi)部，如發(fā)電機(jī)、線纜、齒輪箱等;這就使得自然通風(fēng)冷卻不再適用，而且自然通風(fēng)進(jìn)行散熱只適合小功率的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)在為了能夠滿足社會(huì)發(fā)展和人們對(duì)于電能的需求，大部分都已經(jīng)更換成大功率的發(fā)電機(jī)組。并且因?yàn)樽匀伙L(fēng)屬于不可控，對(duì)于一些較小的設(shè)備能夠及時(shí)散熱，但是對(duì)于大型設(shè)備散熱效果就不明顯了。

強(qiáng)制風(fēng)冷是指在自然通風(fēng)沒(méi)有辦法滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組散熱時(shí)，被動(dòng)的啟動(dòng)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)中的空氣冷卻器，進(jìn)而達(dá)到輔助散熱的效果?？諝饫鋮s器主要的工作原理就是在自然風(fēng)冷無(wú)法達(dá)到預(yù)期的散熱效果時(shí)，被動(dòng)觸發(fā)空氣冷卻器設(shè)備，空氣冷卻器設(shè)備就將在設(shè)備內(nèi)部的空氣和外部的空氣經(jīng)過(guò)熱交換之后，在次對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行散熱;現(xiàn)在我國(guó)大部分的15MK雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)基本上都是采用的這種冷卻方式。

從上述就可以看出來(lái)，對(duì)于空--空冷卻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要就是利用在一些小型的發(fā)電機(jī)組當(dāng)中，對(duì)于較大的發(fā)電機(jī)組就不能達(dá)到冷卻效果。并且空--空冷卻系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上較為簡(jiǎn)單，在制造和運(yùn)行的過(guò)程中所產(chǎn)生的費(fèi)用也比較低，對(duì)于后期維護(hù)就提供了很好的條件。但是又因?yàn)樵诶玫姆秶嫌兄欢ǖ南拗菩裕岬男瘦^低，并且在進(jìn)行散熱時(shí)還需要打開(kāi)機(jī)艙，這就會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組造成一定的安全隱患，使得發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行能力下降，所以在后期還是需要對(duì)于進(jìn)行升級(jí)，使得這種冷卻方式能夠得到更好的利用。

（二）液--空冷卻系統(tǒng)

液--空冷卻方式就是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量通過(guò)液體和空氣相互交換的形式進(jìn)行散熱，進(jìn)而到達(dá)降溫的效果。這種冷卻方式通常都是在大部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱和少數(shù)的發(fā)電機(jī)當(dāng)中進(jìn)行使用，齒輪箱冷卻系統(tǒng)。液--空冷卻方式工作的形式和空--空冷卻方式原理基本相同，只是將其中的一種物質(zhì)換成了液體而已。在液--空冷卻系統(tǒng)中，設(shè)備內(nèi)部主要就是通過(guò)添加液體作為介質(zhì)，之后在經(jīng)過(guò)管道進(jìn)行連接，在液體通過(guò)發(fā)熱設(shè)備時(shí)就能夠?qū)⒁徊糠譄崃繋ё?，之后液體流入熱交換器，通過(guò)冷卻風(fēng)扇對(duì)熱交換器進(jìn)行散熱，同時(shí)里面的液體也就自然冷卻下來(lái)了。

二、大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)

（一）空--液--空冷卻系統(tǒng)

隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量不斷的增加，使得在運(yùn)行中所需要進(jìn)行散熱的量也逐漸增加，而采用空--空冷卻系統(tǒng)就需要不斷的增加空氣冷卻器的排風(fēng)量，必然就會(huì)增加排風(fēng)扇電機(jī)的大小;使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重量和成本也增加，并且還不利于后期的維護(hù)，所以這時(shí)候能夠解決這兩個(gè)問(wèn)題的空--液--空冷卻系統(tǒng)就出現(xiàn)了。

空--液--空冷卻系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上是采用兩種相對(duì)獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)組成，在進(jìn)行冷卻時(shí)，兩種獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)都會(huì)經(jīng)過(guò)熱交換器進(jìn)行熱交換，提高了冷卻的效率。在設(shè)備當(dāng)中出現(xiàn)的熱量不斷的傳遞給冷卻介質(zhì)（液體），之后冷卻介質(zhì)再將熱空氣進(jìn)行冷卻，當(dāng)冷卻介質(zhì)的溫度到達(dá)一定數(shù)值時(shí)，外部空氣冷卻就會(huì)介入，對(duì)其進(jìn)行降溫，形成一個(gè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

這種空--液--空冷卻系統(tǒng)和空--空冷卻系統(tǒng)、液--空冷卻系統(tǒng)相比，在結(jié)構(gòu)上顯得更加的緊湊，并且冷卻的效果也得到了很好的提升。雖然這種冷卻系統(tǒng)對(duì)于換熱器和冷卻介質(zhì)的費(fèi)用要求較高，但是卻提高了發(fā)電機(jī)組的冷卻效果，使得發(fā)電機(jī)組能夠更好的進(jìn)行發(fā)電。

（二）液--液--空冷卻系統(tǒng)

液--液--空冷卻系統(tǒng)在原理上又和空--液--空冷卻系統(tǒng)相似，可以看做是從空--液--空冷卻系統(tǒng)中改進(jìn)而來(lái)的。以大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，在進(jìn)行發(fā)電的過(guò)程中，齒輪箱就會(huì)產(chǎn)生熱量，這時(shí)候齒輪箱當(dāng)中的高溫潤(rùn)滑油就會(huì)通過(guò)機(jī)械泵進(jìn)入液--液換熱器和外循環(huán)中，主要就對(duì)高溫潤(rùn)滑油進(jìn)行冷卻。而在冷卻的過(guò)程中，換熱器當(dāng)中的冷卻液溫度就會(huì)不斷的提高，這時(shí)候機(jī)械泵就會(huì)把冷卻液送到外部的換熱器當(dāng)中進(jìn)行冷卻降溫，如此形成一套完整的循環(huán)液--液--空冷卻系統(tǒng)。

并且這種冷卻系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也和空--液--空冷卻系統(tǒng)相似，占用發(fā)電機(jī)組內(nèi)部空間較少，在冷卻效果上也比空--液--空冷卻系統(tǒng)效率高，所以對(duì)于大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，后續(xù)全部采用這種冷卻系統(tǒng)的趨勢(shì)較為明顯。

結(jié)語(yǔ)：

本文對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的小功率和大功率當(dāng)中所采用的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過(guò)分析在其中所存在的利與弊，可以看出來(lái)隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的不斷升級(jí)，受到發(fā)電功率的影響，這些常用的冷卻系統(tǒng)都出現(xiàn)了不再適用的情況。而根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量發(fā)展情況來(lái)看，在后續(xù)的時(shí)間中還會(huì)出現(xiàn)更多的冷卻系統(tǒng)，目的就是為了能夠更好的滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行需求，以便能夠更好的進(jìn)行發(fā)電，為人們和社會(huì)發(fā)展提供重要的能源需求。

參考文獻(xiàn)：

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