29、风力涡轮机系统的设计考量

风力涡轮机系统的设计考量

1. 引言

风力能源转换有着简单的基础原理：风的动能通过涡轮机转化为机械轴的运动，再由与之相连的发电机转化为电能。也就是说，风推动涡轮机的叶片，使连接发电机转子的轴转动，进而产生电力。

从1996年的6GW到2008年的近121GW，全球风力发电装机容量呈较为线性的增长。此后，增长更像是指数曲线，到2014年，全球总装机容量估计达到367GW。小型风力发电系统有许多潜在应用场景，通常用于住宅、农村或商业，既可以独立运行，也可以连接到电网。当风力发电系统连接到公共电网时，先进的智能逆变器在必要时可提供低压支持和无功功率补偿。小型电力用户（产消者）的动机通常基于收益，他们通过自建微电网节省资金或通过净计量或合同向公用事业公司出售电力来抵消初始投资。而公用事业公司则可能希望与这些小型产消者合作，以推迟电网加固基础设施投资、替代无功功率所需硬件或改善特定区域的功率因数。因此，了解小型风力发电系统的技术和经济基础非常重要。

要设计小型风力发电系统，首先需要按小时评估安装地点的典型负载流量以及所有能源来源，以实现平均能量平衡。然后，存储补偿可能需要提供瞬时功率平衡，通常使用电池进行瞬时补偿，或者连接到公用事业电网。此外，还需要考虑其他设备的长期需求，如光伏系统、抽水蓄能、压缩空气、柴油发电机或燃料电池。还有几个参数也需要考虑，包括电能质量对整体性能的影响、系统孤岛运行和重新连接的保护要求、电池和逆变器控制器的集成程度以及针对强风或不安全风速的机电保护措施。同时，还需要了解当地条件对性能的影响，如风力的随机性、附近障碍物、电力需求曲线、涡轮机相关因素以及老化导致的性能下降。

2. 风力涡轮机组件

风力涡轮机根据旋转轴的方向可