工作原理:下一代风力涡轮机

为了利用吹过海洋的强风,这款无齿轮涡轮机使用了巨大的磁环和 176 英尺长的叶片。
GE OFFSHORE TURBINE
通用电气海上涡轮机 转子直径:360 英尺。塔高:300 英尺。最大功率:4 兆瓦 尼克·卡洛特拉基斯

我们海岸线上的风能足以满足全国四倍的电力需求,而争夺制造最佳海上涡轮机以捕捉风能的竞赛正在进行中。世界各地的制造商正在试验两种技术:叶片越来越长以捕捉更多阵风,以及简化的传动系统(包括新发电机)以大幅减少海上昂贵的维修需求。通用电气即将在 2012 年上线的新机器将两者结合成一个整体。

wind turbine
尼克·卡洛特拉基斯(Nick Kaloterakis)

通用电气制造了 176 英尺长的轻质叶片,比平均长度长约 40%,并采用了更符合空气动力学的设计。这些叶片将连接到一个取消了许多易于损坏和能量损失的活动部件(包括齿轮箱)的传动系统。直接驱动机构取代了齿轮,永磁体取代了需要启动刷、线圈和电网供电才能启动的电磁体。这些叶片目前正在荷兰进行测试,传动系统在挪威进行测试。结合这两种技术应该会产生一种涡轮机,其风能捕获量比传统型号高 25%,因此它可以更频繁地以其完整的四兆瓦功率运行,足以供 1,000 户家庭使用。

风车设计亮点

发电机:重达 90 吨的发电机由一个近 20 英尺的磁环组成,该磁环旋转以产生电流。其大直径使其在低速旋转时就能产生大量电力,与叶片相同的转速为 8 至 20 rpm,因此无需齿轮箱将其加速到大多数兆瓦发电机所需的速度(每分钟数千转)。通用电气工程师加里·默瑟说:“摆脱了齿轮箱,就不需要换油了。”

电路:转换器稳定电流变化频率。变压器将电压从 690 伏升至 22,000 伏以上,以便电流有效地传输到长距离线路。

变桨控制:为了在风速变化时最大化升力,控制器可以自动将每个叶片以每秒零点几度到几度的速度旋转。它还可以将叶片转离危险的高风,以避免功率过载或硬件损坏。

叶片:在叶片的关键部位,轻质、坚固的碳纤维取代了玻璃纤维,从而减轻了重量并增强了强度。平坦(而非锥形)的边缘使其形状增加了升力。

如何发电

1. 定位叶片 根据风向传感器的数据,偏航驱动电机转动机舱以面对风。变桨控制器绕轴承旋转每个叶片,将其调整到最适合风速的角度。

2. 捕获风能 三叶片转子在 7 至 70 英里/小时的风速下旋转,扫过面积是足球场的两倍。一个 23 英尺长的钢制转子轴和两个滚子轴承将机械能传递给发电机。

3. 转化为电能 轴旋转 stationary 铜线圈内的发电机钕磁体,在铜线圈中感应出电流。电路调整电流的频率和电压,然后将其发送到电网。

 

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