模块化和空气核心发电机

newmaker    来源：Renewable Energy Focus

欢迎访问e展厅 展厅 3 风力发电机展厅 风力发电机,... NGenTec公司新的模块化发电机设计理念，使得陆上及海上的涡轮风力发电机能够持续降低成本，并使电能产量最大化。 想象一下，一台直接或混合动力驱动的涡轮风力发电机，可以按部件进行建造—更确切地说是通过模块化生产盘或单个部件。而大型繁琐的永磁发电机（PMG）需要吊装到发电塔的顶部，并会产生很多相关的问题，比如体积、重量和风的阻力等。 取而代之的是，发电机可以按照单独的模块部件来进行吊装，部件的数量取决于额定的发电功率。 如果安装成本可以因此而减少，那么操作和维护（O＆M）的成本也会相应地减少。一旦发生故障，只需要进行隔离并替换损坏的模块化组件，而不是整个发电机。这种能够直接就地排除故障的能力是那些需要使用非常昂贵的起重机和驳船进行维修的海上风力发电场的福音。而且，这一切并非仅仅是梦想。 感谢苏格兰爱丁堡大学（University of Edinburgh）工程学院的研究人员，以及NGenTec公司的工程师们，使这样一个完美的设想正处于成为现实的过程中。 在苏格兰爱丁堡大学（University of Edinburgh）Markus Mueller教授及Alasdair McDonald博士（他们都是NGenTec公司的创办人）的带领下，他们已经开发出了一种在额定的功率下能够减少发电机一半的重量并能够大范围地减小发电机体积的方法。此外，他们还能将发电机拆分成数个部件并单独进行安装，包括海上涡轮风力发电机自带的起重机。 NGenTec公司现在正将他们的理念转化成商业现实。2010年，该公司从英国能源和气候变化部Department of Energy and Climate Change (DECC)得到了80万英镑的资金，使他们的技术从一个小范围的实验室技术原型发展到了完整的1MW发电机原型（相当于设想中的6MW发电机的一部分）。 得到的资金，一部分来自于DECC的环境变化基金（DECC’s Environmental Transformation Fund），其余的78.3万英镑来自于该部门的海上风力发电组件技术开发示范计划，这些资金将帮助实现NGenTec公司的计划，主要用于为潜在客户开发一系列的发电机产品做准备。 并且，最近完成的1MW原型发电机已经进行了超过200小时的测试。这些测试显示了他们的技术已经达到或者超过了预期的设计性能和标准，并且已经验证了专业设计工具的有效性，NGenTec公司表示。这些结果增强了他们进行系列化生产的信心。 技术方面的解释 在“普通”的发电机中采用了两种主要的能量源：磁和电磁。后者是理想的能量来源，因为这种发电机所处的环境对它的运行完全没有任何影响，它是由转矩（在一个电动机内部）或发电（在发电机中）所产生的。 然而磁力使转子上的永久性磁铁和定子上的钢（铁）叠片之间产生了吸引力，这是一个问题，因为，为了保持空间的距离，这种吸引力必须使用一种坚硬、沉重的支撑结构进行抵制。 为了克服这个问题，必须去除定子上的钢铁，并使用一个空气核心来进行代替。这样就能够消除定子和转子之间大部分的磁吸引力，使电磁力起到作用。使用空气核心能够有助于减少通量密度（和峰值功率），但是这也可以通过在定子的两边使用两个旋翼叶盘来进行补偿，而不是通常使用的一个。 避免了发电机的静止部件与移动部件之间产生磁吸引力，意味着发电机的支撑框架和旋转轴承能够变得更简单，并能够降低发电机的重量、体积和整体成本，避免了产生所谓的“嵌齿效应”。 杜绝“嵌齿效应” “嵌齿效应”是标准化的机器在低转速运转时，转子磁铁经过单个定子绕组—类似轴承机械运动中齿轮的齿进行缓慢的运动。如能避免这个效应的产生，便能够实现较低的启动速度。 去除定子上的铁并使用空气核心代替并不会破坏所有的磁力，因为无论永久性磁铁的南北极是否相对，仍然会产生一定的吸引力。 NGenTec公司通过改变磁铁的正常通量路径（径向）并提供一个替代的路径来防止这一效应的产生。通过使用一个‘C’形磁铁（使用一个C形磁铁来代替用在每个使用磁铁部分的传统设计），新的通量路径，现在变为轴向，成为了中轴连接‘C’形磁铁的上下肢。两个部分之间的磁吸引力来自于‘C’形磁铁的结构本身，这本身就是固有的保持不变的全空气间隙。 每个‘C’形核心加上所附带的永久磁铁，构成了一个独立的模块，成为了一个可以在发电机盘边缘安装或去除的灵活部件。这种模块化的设计可以使用完全的机械水平进行维护—整体的额定功率是通过在同一根轴上‘重叠’一定数量的发动机盘所实现的。 另一个重要的因素是，模块化的设计在系统中的一个或多个部件发生故障时，能够保持电能的生产，尽管发电的水平可能会降低（取决于故障部件的数量等），但是并不是完全地停止生产。 诱人的承诺 对一台常规的永磁发电机（PMG）进行钢、铜和磁性元件的重新排列并去除定子铁芯会产生一种新颖的发电机拓扑结构，使得最终的产品体积更加轻巧、结构更加紧凑。这应该也会对降低涡轮风力发电机的机头体积、塔身和地基的重量，以及成本产生积极的作用。 发电机的制造过程也将会简化，制造商只需要能够生产模块化部件的设备而不是整台发电机的制造设备，这意味着他们可以使用标准的车间安排及设备。事实上，通过与David Brown轴承系统公司进行合作，NGenTec才能够在短短的三周之内对整体的1 MW原型机进行组装。 此外，模块化的发电机具有很多的优点，包括单独的发电机部件产生故障时，可以进行隔离，使发电机其余的部分继续进行工作；在低风速的情况下，通过关闭一些部件来维持电能的产量，以及相应的独立电源转换器能够平衡发电机负载与涡轮转速之间的差异；通过减少维修的时间来降低运营和维护成本。 节省物流 每个只有几百公斤重的模块化部件，使得在海底进行部分部件的置换成为可能，并且能够简化安装和运输的流程。例如，将能够使用直升机来运送模块化的部件。 “DECC 基金可以用于对我们已经取得的进展进行测试，并帮助我们的技术作为一种使得涡轮风力发电机能够更高效工作，以及促进降低能源成本，特别是海上风力发电成本的潜在驱动因素。”NGenTec公司的CEO Makhlouf Benatmane先生说。 并且随着该技术能够适用于直接和混合动力驱动的发电机，陆上和海上涡轮发电机的制造商，以及齿轮箱的供应商们确实已经表现出了高度的兴趣，该公司的业务开发总监James Murray先生说。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (4/7/2013)