说到打破传统。MegaWindForce的工程师设计了一款没有轮毂、机舱、齿轮箱的涡轮机,建造时可能不需要起重机,如果设计能稍加调整,它将比现代传统涡轮机运行时噪音更小。
MegaWindForce的250千瓦原型机将有一个直径5米的定子和一个直径15米的转子的5米叶片。叶帘约70厘米,塔高25米。
MegaWindForce首席执行官Ton Bos说,发电机的发明和涡轮机的其他部分一样重要。“它使其他创新成为可能,并基于两个重要的发展。首先,磁浮选系统几乎没有摩擦,直接驱动发电机可以摆脱变速箱。该设计还允许超过25米/秒的气隙速度,而现有的直接驱动设计限制在约5米/秒。此外,发电机具有自适应冷却和高频率工作,从而显著减轻重量。它很容易扩展到大型机组,因为没有限制传统10兆瓦风力涡轮机的建设。我们无法想象我们是唯一以这种方式看待发电机设计的人。没有人接受我们定义的定子和转子的原理,所以我们申请了专利,”Bos说。
发电机中的磁悬浮可以消除一些滚动轴承的摩擦自由旋转。
第二个发电机的发展是它由100多个可切换单元或部分组成。发电机转子保持恒定的线性速度约100公里/小时(27.7米/秒)。“根据风速,我们通过开关发电机来调节速度,最高可达30米/秒。这样就不需要通过齿轮箱将能量从低速轴传输到发电机,而且可靠性更高。”Bos说。
传统发电机的一个问题是它们必须在所有风速下工作。在风小的时候,发电机的效率很低。适合更高风速的发电机设计会使情况更糟,博斯说。他说,该涡轮机将开始以2米/秒的风速发电,并将持续到30米/秒。“大多数涡轮机的额定输出功率约为12.5米/秒,必须在25米/秒时关闭。我们的设计将继续发挥更大的发电量。”
更重要的是,MegaWindForce的叶片保持在最佳的俯仰,在所有风速和没有乱流的最佳空气动力学轮廓。目前的风力涡轮机必须通过扭转叶片使其偏离理想的螺距(实际上是失速)来减缓风速超过12米/秒,这通过产生大量的湍流和额外的力来减缓转子的速度。除了省去齿轮箱外,其他部件将比同等容量的传统涡轮机减轻30 - 40%的重量。“我们将尽可能多地用碳纤维制造零件。这种制造技术已经用于海洋工业。对于更大的涡轮机,减重更大。”此外,该设计充分模块化,可以在标准的40英尺集装箱中运输,因此运输成本将更低。
由于内置的液压机构将把发电机和转子运送到塔顶并就位,无需昂贵的起重机,建设也将得到推动。
涡轮机提供了更多的可能性。例如,在挪威,当它安装在海上时,它的设计是有意义的,因为它可以安装在只有传统海上装置一半高度的塔上。
原型机什么时候能飞?“我们有两个阶段的方法。一个是在一个直径约5米的转子小模型上工作,以证明原理。第二步是建立一个250千瓦的原型,向约550户社区发放许可证。这将花费270万欧元,我们刚刚与另一个组织签署了一份合同来实现这一目标。所有允许我们前进的许可证和执照都在我们手中。”
Bos说,第二个原型机将安装在一个25米高的塔上,并配有一个15米高的转子,将产生1314兆瓦时/年的电力。这与Vestas V44 - 600千瓦的转子直径44米相当。MWF数字几乎是它的三倍,而且噪音更小。年产量和成本是关键。很明显,我们能把价格降低50%以上。为了比较涡轮机之间的公平,检查它们的年产量。我们将能够以与天然气相同的价格发电,而且无需补贴。即使不进一步改进目前的设计,我们也可以将目前的电力价格降低50%,这意味着我们不需要补贴就可以继续前进。”
平衡高频与开关损耗
在高频工作的关键好处是它允许使用较小的外部组件,如电感和电容,因为电感的大小主要由给定开关稳压器规格中允许的纹波电流量决定。对于给定的电感,纹波电流随着开关频率的增加而减小。因此,当开关稳压器的频率增加时,一个逐渐变小的电感可以用来保持相同的纹波电流——减少电源的尺寸和成本。
传统上,更高的开关频率也意味着更大的功率损耗,需要更多的板空间或散热片来散热。开关损耗随着频率的增加而增加,这是由于每次的恒能开关事件数量的增加。其中一些损失是由于开关稳压器的MOSFET需要有限的时间来打开或关闭。这在开关瞬变过程中产生电压和电流重叠。博斯说,他的公司已经解决了这个问题,能够使用高频率而没有切换损失。
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