风能－未来的技术

zhang2005sun

可再生能源 风能 未来的技术   U  {( D( w% `2 j( |
随着2000年可再生能源法（EEG）的实施联邦政府决定要促进能源供应的持续发展，例如通过优化的电力节约补贴。法规的目标是将可再生能源的比例到2010年至少提高至12.5％，到2020年至少20％。 可再生能源包括： 1 v7 s) Z* J: Q$ g 水能源 风能源 太阳能源（太阳光能和太阳热能） 地热能源 生物能 为了改善气候、自然和环境保护所以这部法律的目标是持续的能源供应。对化石类能源物质的消耗应该减少以使它们也还能供我们的后代使用。尽管有批评者和能源企业集团多年的反对，但联邦政府的鼓励和市场促进方案显示了一条正确的道路。通过这些措施和数十亿在风能和太阳能领域的投资使德国成为关注使用可替换能源的先进国家和典范。另外为了确立市场领先者的地位在德国通过引入可再生能源产生了数十万的新工作岗位。 风力发电设备（WKA） 跟随起始于90年代开始的丹麦德国大力发展风力发电设备从2000年成为使用风力发电设备的主要国家。 受天气影响的风力无论在什么地方都存在，或强或弱，特别是在丘陵地区显露着的高地，同时在海岸边和高原湖泊边也非常可靠。在大型发电厂（核能，油和天然气发电厂）提供大量可供使用能源的同时风能在未来可持续使用性及广泛分布性方面占据着优势。当能源的消费地同时也是它的产生地时运输及传送费用也将为零。 4 o) u; a7 X- k% \当陆上面积不够时人们就转向近海并获得水面上的风力区。 3 g9 ]6 y/ c6 S( l" W2 I在东海和北海已获得了第一手正面的经验——新的大型设备或在计划中或正在建造或已投入运行，但正是在这里产生了长途输送到陆上消费者的问题。对此的解决办法是所谓的高压直流传输－“HGü“，这使得微量损耗（<3％/1000公里）的能量传输成为可能。 全自动运行、监控和维护 $ H3 b9 i5 F, d! p; g9 e0 r所有技术设备包括风力发电设备的设计都装备测量及控制装置（MSR）以保证一个近似于全自动的运行。 如果出现故障在陆地上可以相对简单的进行服务。在海上设备能力就不可能这么简单了，因此WKA必须拥有全面装备。数周长的时间必须保证自动运行，因为只能安排长周期的服务人员而且通过船只只有在天气条件可接受的情况下才能进行。 * a! d* s' X0 b4 T因此每小时海上服务费用超出陆上服务的价格数倍。 ; n. I2 t% D- x2 `条件－监控系统（CMS） 3 K" l' H' A! n6 A' S! [1 C. V为了优化WKA监控存在一种在设备上做声学物体震波测量的方法，在陆地上因为费用的原因使用的非常少，但海上设备的运营商非常重视这套系统。自保险机制促成了条件－监控并实现额外费用的价格下降。即使在系统还不是很完美的情况下它也能对磨损或即将出现的故障提供早期预警。因此它对长期的运行安全性做出贡献并使运营商节约了为过早或过晚提供的服务如维护及维修所支付的不必要费用。 6 A$ c8 a; [3 f! R( t风力发电设备上的测量控制装置 有无数的参数与风力发电设备的运行相关。为了设备能够启动必须有一个微量的风，风速、风向及与此相关的空气压力、空气温度和空气湿度都是非常有效的测量值。对于后三个测量值在JUMO程序中均有传感器可供不同的应用。 ! b" G8 l8 F' @( ]: [, F   j0 N- m) u3 i4 H$ L5 [  m" D
http://www.jumo-china.com/images/Press/200810212.jpg 风力发电机的构造	当风能足够高的时候带有转子的机舱作为迎风转子在风中转动。转动叶片会通过倾斜度和仰角调整使处于一个最佳运行角度，装有JUMO出产的压力和温度液压传感器服务于定位传感技术的液压系统接管了这个任务。在天气不利的情况下可能会出现叶片的冻结现象，它会导致转动中的不平衡和不对称的基础负载，并因为恶劣的扰流造成产量的减少。 7 J! H) S8 P0 t' B' X8 K0 \& R7 w作为解决方案的有转叶加热系统，同样也将在温度方面进行监控和调节。JUMO公司的表面安装或插入式的热阻传感器满足了温度测量的要求。如果一切正常的话，压力监控的保险及刹车系统将被解除，转子将开始转动。
http://www.jumo-china.com/images/Press/200810213.jpg , X* O* U0 x, s' e7 g: @9 O9 }带弹性螺纹的温度传感器	操作系统 在此有三种不同的系统： 无变速箱系统的风力发电设备 6 q/ v: w! Q4 m. l8 I8 S2 l- C在无变速箱的系统中极靴座在转子上，而定子是前面环型的机舱外壳。随转速变化的能量输入值将通过全电子的高功率变向系统以恒定的电压和同相存入电网。 对极靴的监控将通过各个在生产时整合的带连接线的简单温度传感器或多个贴在定子三极绕线组之间并与之焊接的Pt100温度传感器来实现。5千瓦以上的大型设备的定子环直径可远远超过12米。 + @- Y) B( z/ _因为是在绕线设备间的直接测量设备可以在达到绝缘铜导线的功率极限和最大温度负荷的情况下安全运行。高功率换相器会产生必须从开关箱和机舱中排除的损耗热量，调节和监控过滤器及通风装置则需要温度和压力传感器。 $ q& ^4 {1 z6 ^. D* E8 m# E 2 D! ~# G( q: Q- v$ n5 T, k
带可调变速箱的风力发电设备 对带有可调变速箱的风力发电设备变速箱使与风力相关的转子转速与单独在机舱内放置的发电机的必要恒定转速相适应。 作用在齿侧面的巨大负载通过一项创新的润滑技术得到处理。由摩擦力生产的损耗热能将油带至热的物理极限，所以这里一项带有油压和油温测量的油况测量是不可避免的。为了不超过最大值在强风时将改变转叶的工作角度或纯机械的利用刹车限制转速。 2 b# h! H5 y4 R  B& Q( W) d在大型变速箱中的温度测量是通过带弹性测量尖端或能伸缩螺纹的长度可调插入式和拧入式热阻温度传感器来实现的。新型号装备了4...20mA输出或CAN输出的二线制温变。除了这些昂贵的带弹性可能变型（部分带有整合的电子设备）在美国人们特别加建带有卡口接头的简单有弹性和长度可调的热阻温度传感器。整合装配在滚珠轴承和滚柱轴承里的结构可以承受所有的不利条件，对震颤敏感的电子设备则可以在开关箱了受到保护。在大气清洁的环境中废热能够被用于加热机舱和塔体。多余的能量会被简单的通过换气扇输送到外围。 http://www.jumo-china.com/images/Press/200810214.jpg 8 x8 q, F  T" e$ p+ b, l1 F$ j压力、温度测量温变 JUMO CANtrans 带液压连接器的风力发电设备 ; V5 i: p. V5 r- {3 K: U带有液压连接器的风力发电机构成了一个特别的新型选择，它可以把不规则的转子转速转变为恒定的发电机转速。对重要的油温和油压测量有受保护的带插入系统的或带CAN或两线温变（输出为4...20mA或0...10V）的拧入式热阻温度传感器可供使用。 机舱 在海滨地区对机舱进行空调控制是一个大的挑战。因为相对含盐量大潮湿的海洋空气使直接的空气交换无法进行，所以机舱是作为一个完全封闭的单位被建造的并由此在壳体内部提供了一个可控的空调区。盐分沉积和腐蚀可能会在内部造成机房里的重要构件的重大损害。同样必要的绝缘性和抗高压性也无法得到保障。为了利用外部的冷空气使用了空气/对流空气－热交换器，这使得环境空气仅通过外部构件流动从而影响内部气候。作为传感器使用外部、内部温度传感器及感应器对相对湿度和冷凝点进行测量。另外通过一个插入式传感器对热交换器的可能结冰现象进行监控。机舱的地面温度也受到外部温度的影响。为了避免机舱底部低于冷凝点将通过装在一个加热板内表面热阻传感器对地面温度进行监控和调节。 " Z0 k9 W* ?( o http://www.jumo-china.com/images/Press/200810215.jpg 室内湿度计 如果自然冷却不够时打开冷却装置。为了阻止金属的腐蚀简单的方法是将空气湿度控制在60％rF以下。少量的空气湿度也能阻止电压的少量过载和开关箱内的绝缘问题，对此引入了带特殊10-A-微型开关的机械式小型湿度计作为湿度调节器。 7 i2 W- Q7 \; D; {  |9 O% _% T塔身 & m6 _2 K! h; v塔身或桅杆是重达400吨机舱的承重体，除了通过防腐涂料防止损伤，钢铁的塔身也必须证明内部空调条件可以防止水分堆积造成的伤害和与之相连的腐蚀。如果自然通风不足以将塔身湿度控制在60％rF以下，有时也在塔身底部的关键区域放置一个额外的除湿机。室内或类似温度和湿度传感器被安装在高达100米的塔身不同高度。   S) e3 t* ~9 k6 n! n. u) x# r http://www.jumo-china.com/images/Press/200810216.jpg 透视全球能源供应，来源：德国Schell公司 进一步的安全技术装置 . B4 I! K$ C' A) s( W' w. l& D为了提高安全性所有的风力发电机都安装了防雷电系统。另外对大型系统也在塔身中安装了全自动独立的除湿装置。只有这样才能保证在长周期的维护循环时高度的安全结束标准。 交付程序 ; y- y2 D* A- z% `JUMO提供的不仅是针对温度、压力和湿度测量技术的丰富交付程序，还有针对风力发电设备在传感器技术方面丰富的专业技术与实际经验，及针对整个测量链所有附加MSR－技术组件。尽管有标准化但为了针对在风力发电设备中的使用选择正确的产品对相应的应用进行一次特别投入使用测试是非常有意义的。来自于所有领域的JUMO专家在一旁提供建议和工作帮助。 总结 尽管已有的大力运用和高增长未来风力发电设备还会进一步发展。在核能和大型发电站还在计划中的地方可以短期并慢慢以可比的发电能力同步持续建造、投入使用风力发电设备。单单在德国2007年风力发电就超过400亿千瓦。相对分摊在几年内的材料费用对风力发电设备的总费用分期偿还期限要少于10年。因为几乎所有的组件都是可循环的所以在建造、使用和拆卸时都没有任何放射性负荷风险。Shell公司的报表显示了一个直至2060年可想象的世界能源消耗发展趋势 － 化石类能源份额的下降和可再生能源的增长。 , D7 B& ~& }# U: L2 Y# c# ]& h ) n! G8 G! U; |4 B2 ?