风力发电冷却系统介绍

风力发电冷却技术发表时间：2016-12-16T13:39:00.823Z 来源：《北方建筑》2016年11月第32期作者：于兴中[导读] 风电以其丰富的资源、良好的环境效益和逐步降低的发电成本，必将成为21世纪中国重要的电源。

国华（通辽）风电有限公司内蒙古通辽 028000摘要：作为可再生能源技术中最成熟的风力发电, 对于应对大量使用传统化石燃料能源所带来的迫在眉梢的自然环境、社会危机，是个切实可行的解决方案。

大力发展风电，给风电行业带来了发展良机，同时也滋生出了很多的问题，完善体制，建立一流的风能评估和风电技术研究基地，善于应用国家调控，风电发电一定会朝着更好更强的方向不断发展。

总之，风电以其丰富的资源、良好的环境效益和逐步降低的发电成本，必将成为21世纪中国重要的电源。

本文对风力发电现状、冷却技术进行分析。

关键词：风力发电；现状；冷却技术；在全世界范围内, 风力发电正迅速并持续地发展着。

当今世界风力发电技术的发展趋势表现为单机容量增大、风机桨叶的变化、塔架高度上升、控制技术的进步以及海上风力发电的发展。

其中单机容量的逐步增大, 将会直接导致发电机内各部件的散热量大大增加, 如何有效解决发电机的温升瓶颈, 已成为风力发电机进一步发展的关键问题之一。

1 风力发电现状风力发电在我国电力行业中受到的重视程度越来越高，近年来对风力发电的研究越来越多，但是风力发电行业的发展过程中仍然面临很多问题。

1.1 现状在电力行业中，采用替代能源的技术之一就是风力发电，对于能源结构的改善以及资源的节约具有十分重要的意义，风能作为一种清洁能源，对于环境的保护以及气候的改善具有积极的促进作用。

在我国已经制定了相应的政策对风力发电行业进行支持，比如分摊电费、财税优惠等。

要加强对风能的利用，使其成为发电过程中的补充能源，促进风力发电的规模效应的发挥，首先应加强具体的硬件设施建设，即加强风力发电厂的建设以及发展。

当前，中国市场上具有百家风力发电厂，其规模不一，位置主要是分布在三北、东南沿海，主要是由于这些地区的风力资源比较丰富，风能分布比较密集，因此有助于风力发电行业的有效开展。

风力发电机风冷技术分析摘要]随着单机发电功率的增大，风力发电机内部的发热部件生成的热量越来越多，发热量过高容易导致风力发电机组寿命折损、高故障及停机。

因此，风力发电机内部设备的冷却设计对风力发电机的安全运行有着至关重要的影响，而风冷方式由于结构简单、冷却方便等优势，成为风电领域中较为热门的冷却方式。

本文就风力发电机风冷技术的发展脉络进行了梳理，为风力发电机的风冷系统设计提供了依据。

[关键词]风力发电机；风冷；空气；冷却1 引言目前，风力发电机通常采用的冷却技术主要有液冷和风冷这两种方式，其中，液冷系统的结构较为紧凑，然而由于增加了换热器与冷却介质的费用，大大增加了成本，且体积庞大，给机舱架高、承重、运输、安装、维修都带来极大的困难；而风冷系统的结构简单，具有初投资与运行费用都较低、利于管理与维护等优势[1]，成为了风电领域中较为热门的冷却方式。

因此，本文对风力发电机风冷技术的发展脉络进行了梳理，并介绍了风力发电机组风冷技术的主要几种方式及相应的综述情况，从而为风力发电机的风冷系统设计提供了有利的依据。

2 风力发电机组的风冷方式由于风力发电机组散热量来自机舱、塔筒内各个组件，因此对机组采用的冷却方案取决于机组所选用的设备类型、散热量大小和组件在机舱内部的位置等因素，冷却方案设计具有灵活性、多样性。

总体而言，早期的风力发电机由于功率较小，其发热量也不大，只需通过自然通风就可以达到冷却要求；随着风力发电机的功率逐步增大，自然通风已经无法满足机组的冷却需求，其风冷技术逐渐转变为采用强制风冷的冷却方式[2]。

2.1 自然通风自然通风的风冷方式是指发电机组不设置任何冷却设备，机组暴露在空气中，由空气自然流通将热量带走，也即在风力发电机组内部无需增加任何额外的冷却设备或动力设备，只需预留有空气的流通路径，空气即可通过该流通路径实现自然流通，从而在自然流通的过程中对风力发电机内部的发热设备进行相应的冷却。

造成空气自然流通的原理可基于烟囱效应或负压效应。

1.5MW 风电机组水冷系统简析摘要：水冷的优点是水的比热系数大，同样体积的水和空气，在同样的温升下，水吸收的热量大，同时柜体采用散热管道铺设方式散热，有利于集中把热量排出塔架，也解决了塔架内部噪声的问题。

1.5MW机组变流器采用水循环冷却方式，这种冷却方式能更好的把变流器内的热量吸收并把它释放出去，使机组的性能大大的提升。

关键词：变流器，循环泵，压力，热量，三通阀。

引言水冷系统用于大功率元器件的散热，其工作的可靠性非常重要。

一旦出现故障停止运行，需散热的大功率元器件将很快烧毁，对生产影响极大，所以水冷系统的选择非常重要的。

1.5MW机组的水冷系统多采用高澜水冷和贺德克水冷，此两种水冷都有它独有的特点。

一、水冷系统功能1、给变流系统散热冷却控制柜由冷却循环系统和测量控制系统两部分组成。

冷却循环系统以高压循环泵为动力源。

循环泵通过管路把冷却液送入变流控制柜中，再把冷却液通过管路抽出，把冷却液送入风机外的空气散热器进行冷热交换，散热后的冷却液再由循环泵送入变流柜中。

这样完成一次冷却循环。

在冷却系统室内管路和室外管路之间设置了一个电动三通阀。

冷却控制柜的测量控制系统根据当前冷却液的温度值自动的调节电动三通阀的阀位，从而有比例的调节循环冷却液进入空气散热器进行热交换的流量，实现精确的温度调节功能。

2、给变流系统强制温度补偿当变流系统的温度低于正常工作温度时，电动三通阀关闭，安装在管路上的电加热器根据控制要求对冷却液进行加热，循环系统通过冷却液的循环流动对变流系统进行强制温度补偿。

二、水冷系统控制介绍1、水冷系统控制点1）、3个风扇电机通过水温进行启停控制。

2）、1个循环泵的启动和停止控制。

3）、1个加热器的启停控制。

4）、1个电动三通阀根据水温自动调节它的开度。

2、水冷系统信息检测点进阀水温，出阀水温，进阀压力，岀阀压力，电动三通阀开限位，电动三通阀关限位。

3、水冷系统工作流程1）、根据变流器以及风机要求，启动或者停止水冷系统。

风力发电机组冷却系统风力发电机运行过程中，齿轮箱、发电机、控制变频器、刹车机构、调向装置及变桨系统等部件都会产生热量，其热量大小取决于设备类型及厂商的生产工艺。

目前，兆瓦级机组中主要散热部件为齿轮箱、发电机和控制变频器。

因此要解决机组的散热问题，首先应对以上三大部件进行散热分析。

齿轮箱在运转中，必然会有一定的功率损失，损失的功率将转换为热量，使齿轮箱的油温上升。

若温度上升过高，会引起润滑油的性能变化，黏度降低、老化变质加快，换油周期变短。

在负荷压力作用下，若润滑油膜遭到破坏而失去润滑作用，会导致齿轮啮合齿面或轴承表面损伤，最终造成设备事故。

由此造成的停机损失和修理费用都是十分可观的。

因此，控制齿轮箱的温升是保证风电齿轮箱持久、可靠运行的必要条件。

冷却系统应能有效地将齿轮动力传输过程中发出的热量散发到空气中去。

此外，在冬季如果长期处于0℃以下时，应考虑给齿轮箱的润滑油加热，以保证润滑油不至于在低温黏度变低时无法飞溅到高速轴轴承上进行润滑而造成高速轴轴承损坏。

目前大型风力发电机组齿轮箱均带有强制润滑冷却系统和加热器，但在一些地区，如我国广东省的沿海地带，气温很少低于0℃，则无须考虑加热器。

发电机在工作过程中也会产生大量的热，其各种损耗是电机发热的内在因素，主要包括：①铁损耗，包括转子表面损耗、转子磁场中的高次谐波在定子上产生的附加损耗、齿内的脉振损耗、定子的谐波磁势磁通在转子表面上产生的损耗，以及定子端部的附加损耗（这是定子端接部分的漏磁通在附近各部件中产生的铁损耗）；②铜损耗，包括绕组导线中的铜损耗（常称为基本铜损耗）和槽内横向漏磁通使导线截面上电流分布不均匀所增加的附加铜损耗；③励磁损耗，指维持发电机励磁所产生的损耗，主要是励磁绕组中的铜耗和励磁回路中元件损耗；④机械损耗，主要是轴承损耗和通风损耗（包括风摩损耗）及炭刷损耗。

单机容量增大是当今风电技术的发展趋势，而发电机容量的提高主要通过增大发电机的线性尺寸和增加电磁负荷两种途径来实现。

风能发电的物理原理及应用引言风能作为一种可再生能源，具有非常广阔的应用前景。

而风能发电作为利用风能的主要方式之一，已经在全球范围内得到广泛应用。

本文将介绍风能发电的物理原理以及其在能源产业中的应用。

物理原理风能发电的物理原理基于风的动能转化为机械能，再进一步转化为电能的过程。

1.风的起源：风是由于地球表面受到不均匀的太阳辐射而产生的。

由于太阳辐射照射的角度和强度产生地表空气的温度差异。

温度差异导致空气从高温区向低温区流动，形成气流，即风。

2.风的动能：风在流动过程中具有动能，其大小与风速的平方成正比。

风能的大小可以通过风速来估计，风速越大，风能越大。

3.风力发电机的工作原理：风力发电机是将风能转化为电能的装置。

它通常由风轮、发电机和控制系统组成。

风轮通过叶片的转动捕捉风能，并将其转化为机械能。

机械能驱动发电机转动，最终产生电能。

4.发电机的转化过程：发电机利用电磁感应原理，将机械能转化为电能。

当发电机转动时，通过磁场与线圈的相互作用，产生电场，从而产生电流。

这种电流可以通过导线传输，并用于供电。

应用领域风能发电具有广泛的应用领域，以下是几个主要的应用领域：1.发电：风能发电是最常见的应用方式。

风力发电机可以通过并联或串联的方式，组成风力发电场。

风力发电场可以提供大范围的电力供应，包括家庭用电、工业用电以及城市的电力供应。

2.农村电气化：对于偏远地区或农村地区，供电是一个困难的问题。

由于风力资源较为丰富，利用风能发电可以为这些地区提供可靠的电力供应。

3.海上风电：海上风电是近年来兴起的一种新型风能发电方式。

由于海上风力资源更加稳定和丰富，海上风电具有更高的发电效率和可靠性。

4.船舶动力：利用风能驱动船舶前进是古老的航行方式，如帆船。

如今，风能发电可以用于船舶的动力系统，减少对化石燃料的依赖，实现更环保的航行。

5.冷却系统：风能可以用于冷却系统中的风扇。

通过利用风能提供强制风流，可以有效降低设备的温度，并提高能效。

风力发电机冷却、控制系统与保温加热措施冷却系统1、发电机冷却与变频器冷却系统相似，主张发电机选用水冷却系统，权衡功率、能耗、噪声等，认为是较合理的方法。

2、齿轮箱冷却大多数齿轮油冷却运用风冷方法，关于冷油器敞开在机舱上的方法，在冰冷的气候下一旦机组毛病停机，齿轮油的流动性会很差，给机组的发动带来问题。

主张在冷却器上加装一个通风道，而不直接暴露在外界环境中，这样就可以避免油温过低的问题。

风电机保温加热办法1、机舱与轮毂、机舱与塔筒衔接处封堵办法。

通常机舱与轮毂、机舱与塔筒衔接处空隙较大，在冬天北方区域气温往往到达﹣30℃以下，这时风电机一旦停机，会因机舱温度低、齿轮油温低需求很长的发动时刻。

主张将衔接部位采纳合适的密封办法，以减小低温影响。

2、机舱保温办法主张在机舱内部添加保温层，削减冬天机舱对外的热传递。

在夏日保温层一起能起到削减外界对机舱的热传递，但如保温办法过于紧密，简单形成机舱内空气不流转，这时可在机舱壁上加装一个百叶窗，依据时节和气候进行开闭。

3、加热办法因为北方冬天特别的低温气候，加之风电场往往建在海提高的区域，为提高风电机对低温的适应性，还需求额定的热源，即在机舱内部装设加热器。

加热器功率高、耗电量大，需求对其功率、方位做合理描绘，对启停时刻进行合理操控。

（1）加热器操控。

主张添加温控器，到达满意机舱作业温度的需求，操控加热器的启停。

（2）加热器热维护。

加热器通常选用“加热电阻+电扇”的方法，当加热电阻作业而电扇因某些缘由无法运转时，加热器可能会过热，主张在加热器上设备一个依据丈量温度自控断电的设备，以避免加热器过热起火状况发作。

4、油品的挑选齿轮箱油、偏航减速机齿轮油、变桨齿轮油以及润滑油脂均应具有低温下正常运转的才能。

风电机操控系统1、操控方法主张在机舱内部和塔筒底部均可进行操控，即需两块操作屏，以便检修维护时随时观测状况。

2、操控系统应具有维护功用风电场通常坐落地理方位较为偏僻区域，往往是电网结尾，这里负荷很少，出线电压也会违背正常值，所以风电场电压发生动摇的可能性较大。

风力发电机散热方式
风力发电机的散热方式主要有以下几种：
1. 自然冷却：风力发电机的散热方式之一是利用自然风扇效应进行散热。

通过设计良好的发电机外壳和散热片，使得空气能够顺畅地流过发电机，并带走其产生的热量。

2. 强制风冷却：有些风力发电机会采用强制风冷却方式。

这种方式通常包括安装额外的风扇或风叶，通过强制对发电机进行冷却。

这样可以增加散热效率，确保发电机在长时间运行时保持正常工作温度。

3. 水冷却：另一种常见的散热方式是采用水冷却系统。

这种方式通常将水循环通过发电机，通过水的导热性将热量带走。

水冷却系统可以在较小的空间内提供更高的散热效率，并且可以控制发电机的工作温度。

总的来说，风力发电机的散热方式根据具体的设计和需求而定，一般会根据设备的功率、尺寸和工作环境等因素进行选择。

不同的散热方式都有各自的优缺点，需要综合考虑来确定最适合的方式。