機艙:機艙包容著風電機的關(guān)鍵設(shè)備,包括齒輪箱、發(fā)電機。維護人員可以通過風電機塔進入機艙。機艙前端是風電機轉(zhuǎn)子,即轉(zhuǎn)子葉片和軸。
轉(zhuǎn)子葉片:捉獲風,并將風力傳送到轉(zhuǎn)子軸心。在600千瓦級別的風電機上,每個轉(zhuǎn)子葉片的測量長度大約為20米;而在5兆瓦級別的風電機上,葉片長度可以達到近60米。葉片的設(shè)計很類似飛機的機翼,制造材料卻大不相同,多采用纖維而不是輕型合金。大部分轉(zhuǎn)子葉片用玻璃纖維強化塑膠(GRP)制造。采用碳纖維或芳族聚醯胺作為強化材料是另外一種選擇,但這種葉片對大型風電機是不經(jīng)濟的。木材、環(huán)氧木材、或環(huán)氧木纖維合成物目前還沒有在轉(zhuǎn)子葉片市場出現(xiàn),盡管目前在這一領(lǐng)域已經(jīng)有了發(fā)展。鋼及鋁合金分別存在重量及金屬疲勞等問題,目前只用在小型風電機上。。實際上,轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計師通常將葉片最遠端的部分的橫切面設(shè)計得類似于正統(tǒng)飛機的機翼。但是葉片內(nèi)端的厚輪廓,通常是專門為風電機設(shè)計的。為轉(zhuǎn)子葉片選擇輪廓涉及很多折衷的方面,諸如可靠的運轉(zhuǎn)與延時特性。葉片的輪廓設(shè)計,即使在表面有污垢時,葉片也可以運轉(zhuǎn)良好。
軸心:轉(zhuǎn)子軸心附著在風電機的低速軸上。
低速軸:風電機的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心與變速齒輪箱連接在一起。在一般的風電機上,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相當慢,大約為19至30轉(zhuǎn)每分鐘。軸中有用于液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管,來激發(fā)空氣動力閘的運行。
齒輪箱:齒輪箱連接低速軸和高速軸的變速裝置,它可以將高速軸的轉(zhuǎn)速提高至低速軸的50倍。
高速軸及其機械閘:高速軸以超過1500轉(zhuǎn)/分鐘運轉(zhuǎn),并驅(qū)動發(fā)電機。它裝備有緊急機械閘,用于空氣動力閘失效時,或風電機被維修時。
發(fā)電機:風電機發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能。風電機上的發(fā)電機與普通電網(wǎng)上的發(fā)電設(shè)備相比,有所不同:風電機發(fā)電機需要在波動的機械能條件下運轉(zhuǎn)。通常使用的風電機發(fā)電機是感應(yīng)電機或異步發(fā)電機,最新的風電機已經(jīng)開始使用永磁同步發(fā)電機。目前世界上單機最大電力輸出超過6000千瓦(德國enercon的E-112/114)。
偏航裝置:借助電動機轉(zhuǎn)動機艙,以使轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整風向的最佳切入角度。偏航裝置由電子控制器操作,電子控制器可以通過風向標來探知風向。通常,在風改變其方向時,風電機一次只會偏轉(zhuǎn)幾度。值得注意的是,小功率級別的風電機都是通過統(tǒng)一的偏航裝置調(diào)整所有葉片的角度,而最新的風電機大都是每個葉片設(shè)置單獨的偏航系統(tǒng)。
電子控制器:一般都使用一臺或多臺不斷監(jiān)控風電機狀態(tài)的電腦,用于控制偏航裝置。一旦風電機發(fā)生故障(即齒輪箱或發(fā)電機的過熱),該控制器可以自動停止風電機的轉(zhuǎn)動,并通過網(wǎng)絡(luò)信號通知風電機管理中心。
液壓系統(tǒng):用于重置風電機的空氣動力閘。
冷卻系統(tǒng):發(fā)電機在運轉(zhuǎn)時需要冷卻。在大部分風電機上,發(fā)電機被放置在管內(nèi),并使用大型風扇來空冷,除此之外還需要一個油冷卻元件,用于冷卻齒輪箱內(nèi)的油;還有一部分制造商采用水冷。水冷發(fā)電機更加小巧,而且電效高,但這種方式需要在機艙內(nèi)設(shè)置散熱器,來消除液體冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。一些新型風電機也采用水冷和風冷并用系統(tǒng)(比如德國Multibrid的M5000)。
支撐塔:風電機塔載有機艙及轉(zhuǎn)子。通常高的塔具有優(yōu)勢,因為離地面越高,風速越大。600千瓦風電機的塔高為40至60米,5兆瓦級別的塔高則超過100米。根據(jù)底座的不同,支撐塔可以為管狀,也可以是格子狀。管狀的塔對于維修人員更為安全,因為他們可以通過內(nèi)部的梯子到達塔頂。格狀的塔的優(yōu)點在于它重量輕,技術(shù)相對成熟(與海上石油鉆井臺原理相同)。
底座:早期小功率的風電機底座是包含在支撐塔內(nèi)的,隨著風電機單機功率越來越大,支撐塔也越來越高,對支撐塔底部的力學要求也越來越多,越來越復(fù)雜,所以目前的技術(shù)發(fā)展趨勢是將底座從支撐塔中分離出來單獨制造。目前現(xiàn)有的底座結(jié)構(gòu)包括直桿式、三腳架和格狀底座。
風速計及風向標:用于測量風速及風向。
輸出電壓:小型風電機(100-150千瓦)通常產(chǎn)生690伏特的三相交流電。然后電流通過風電機旁的變壓器(或在塔內(nèi)),電壓被提高至一萬至三萬伏,這取決于當?shù)仉娋W(wǎng)的標準。大的制造商可以提供50赫茲風電機類型(用于世界大部分的電網(wǎng)),或60赫茲類型(用于美國電網(wǎng))。
發(fā)電機電網(wǎng)的設(shè)計:風電機可以使用同步或異步發(fā)電機,并直接或非直接地將發(fā)電機連接在電網(wǎng)上。直接電網(wǎng)連接指的是將發(fā)電機直接連接在交流電網(wǎng)上。非直接電網(wǎng)連接指的是,風電機的電流通過一系列電力設(shè)備,經(jīng)調(diào)節(jié)與電網(wǎng)匹配。采用異步發(fā)電機,這個調(diào)節(jié)過程自動完成。
除了上述零部件之外,現(xiàn)代最新的風電機都帶有十分復(fù)雜的控制系統(tǒng),拆裝維護都需要專門的公司來進行。