張秀林

（甘肅開(kāi)放大學(xué) 基建規(guī)劃處，甘肅 蘭州 730030）

一、前言

隨著我國(guó)能源革命不斷深化，能源供給側(cè)改革穩(wěn)步推進(jìn)，可再生能源、清潔能源在能源生產(chǎn)消費(fèi)領(lǐng)域的比重不斷增加，構(gòu)建綠色低碳、清潔高效的能源體系已是我國(guó)能源發(fā)展的大趨勢(shì)。風(fēng)能作為一種能量密度高并且無(wú)污染的二次能源，來(lái)源豐富，被認(rèn)為是21世紀(jì)極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉碵1]。因此，逐步減少化石能源在能源消耗中的比重，大力發(fā)展清潔能源是我國(guó)乃至全球能源中長(zhǎng)期發(fā)展的必然選擇。

二、技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量持續(xù)增長(zhǎng)，2019年突破2萬(wàn)億千瓦，2021年突破3億千瓦大關(guān)，較2017年底實(shí)現(xiàn)翻番。目前，中國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量已連續(xù)12年穩(wěn)居全球第一。目前，風(fēng)電占全國(guó)電源總裝機(jī)比例約13%。2020年全球前十大風(fēng)機(jī)商中中國(guó)公司占據(jù)七席，它們分別是金風(fēng)（第二）、遠(yuǎn)景（第四）、明陽(yáng)（第六）、上海電氣（第七）、運(yùn)達(dá)（第八）、中車風(fēng)電（第九）、三一重能（第十）。

目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主流機(jī)型是雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有增速齒輪箱，齒輪箱成本高，易出現(xiàn)故障，可靠性差；直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電機(jī)直徑大，電機(jī)設(shè)計(jì)、加工制造困難，成本高，體積大。液壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組省去了造價(jià)高昂且高故障率的齒輪箱，無(wú)需整流逆變，對(duì)電網(wǎng)的沖擊小，電能品質(zhì)更優(yōu)，具有更寬的風(fēng)速適應(yīng)范圍等優(yōu)點(diǎn)，因而具有很大的優(yōu)越性，有望成為未來(lái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主流機(jī)型。機(jī)組的傳動(dòng)系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵和核心部件，傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)和完全新型傳動(dòng)系統(tǒng)的引入將改變機(jī)組的傳動(dòng)方式、發(fā)電方式和控制系統(tǒng)，以解決原有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在的齒輪箱損壞、變流器成本高、維護(hù)維修困難、對(duì)電網(wǎng)沖擊等相關(guān)難題[2]。我國(guó)在液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論研究和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)研究上處于剛起步階段。真正掌握和擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)與研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)成為目前需要盡快解決的關(guān)鍵任務(wù)，是我國(guó)由風(fēng)電大國(guó)走向風(fēng)電強(qiáng)國(guó)的必由之路。新型液壓傳動(dòng)和流體靜壓蓄能風(fēng)電機(jī)組的研制和裝備對(duì)于保證我國(guó)陸上和海上風(fēng)能的大規(guī)模開(kāi)發(fā)和利用具有至關(guān)重要的意義。因而加大液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研究，推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)有積極的現(xiàn)實(shí)意義。液壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組目前處于研究的初期，關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題尚未解決。

近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外多個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)液壓蓄能風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行了技術(shù)研究與探索應(yīng)用[3]，國(guó)外主要集中在挪威、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、日本等國(guó)家，主要研究方向集中在提高風(fēng)機(jī)利用效率和傳動(dòng)效率以及關(guān)鍵元器件的開(kāi)發(fā)方面[4]；國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)主要是燕山大學(xué)、蘭州理工大學(xué)等高校，燕山大學(xué)主要是對(duì)恒轉(zhuǎn)速輸出和功率控制做理論與實(shí)驗(yàn)研究。在技術(shù)應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)外大多以容量為千瓦級(jí)風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，而且大多處在實(shí)驗(yàn)階段，尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。目前在兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)上應(yīng)用液壓傳動(dòng)技術(shù)主要有2家公司，一是英國(guó)一家公司，成功地完成了選用數(shù)字定量泵和數(shù)字變量馬達(dá)傳動(dòng)形式的1.5MW液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型，該機(jī)組的定量泵選用閥配流柱塞缸形式①。當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，68個(gè)柱塞缸協(xié)同工作，吸入的低壓油，排出高壓油，進(jìn)而來(lái)驅(qū)動(dòng)變量馬達(dá)，拖動(dòng)勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電②。在大部分風(fēng)速條件下，該系統(tǒng)效率可以達(dá)到90%，相比于傳統(tǒng)的采用齒輪箱傳動(dòng)形式的發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，其傳動(dòng)效率相當(dāng)[5]。二是日本三菱重工開(kāi)發(fā)的7MW液壓傳動(dòng)風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)應(yīng)用了其自主開(kāi)發(fā)的大功率數(shù)字泵，但是根據(jù)公開(kāi)資料，該風(fēng)機(jī)在2015年12月并網(wǎng)運(yùn)行4年半后于2019年6月即拖回港口實(shí)施退役，退役原因一是利用率較低，只有3.7%，遠(yuǎn)低于30%的商業(yè)化利用率標(biāo)準(zhǔn)，二是機(jī)組故障頻發(fā)，運(yùn)營(yíng)成本高昂。

三、液壓蓄能風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)介

液壓蓄能風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試以及部分試驗(yàn)，形成了一套新型液壓傳動(dòng)與靜壓蓄能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。該機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速可控，所發(fā)電的電壓、電流、電頻率等相關(guān)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)項(xiàng)目研究、樣機(jī)試制和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了液壓傳動(dòng)與液壓蓄能發(fā)電的工藝原理，解決了液壓傳動(dòng)和液壓蓄能的關(guān)鍵技術(shù)，為大功率機(jī)組的開(kāi)發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。

（一）原理簡(jiǎn)介

液壓蓄能風(fēng)電機(jī)組由風(fēng)力機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)低速大功率液壓泵，將高壓油液輸送至安置在地面的變排量液壓馬達(dá)，馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，形成閉式容積調(diào)節(jié)系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)齒輪箱結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)柔性傳動(dòng)。機(jī)組通過(guò)增加液壓蓄能裝置，抑制了風(fēng)速變化帶來(lái)的電能波動(dòng)，改善了電能品質(zhì)，并通過(guò)蓄能提高了機(jī)組的可調(diào)節(jié)性能[6]。通過(guò)液壓馬達(dá)恒速控制，省去了整流逆變裝置，是電網(wǎng)友好型機(jī)組，將液壓馬達(dá)和發(fā)電機(jī)放置在地面，減輕了機(jī)艙重量，安裝和維護(hù)方便，并為機(jī)組輕量化設(shè)計(jì)提供了可能性。如圖1所示。

圖1 液壓蓄能風(fēng)電機(jī)組原理圖

（二）技術(shù)特點(diǎn)

1.采用液壓傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為液壓能，液壓能再轉(zhuǎn)換為電能。將現(xiàn)有機(jī)組機(jī)艙內(nèi)的傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)移到地面，可以大大減輕塔架的重量，方便機(jī)組的維護(hù)維修，并可以去掉現(xiàn)有的變流器和控制裝置，這無(wú)疑是對(duì)現(xiàn)有機(jī)組的革命性創(chuàng)新。

2.采用液壓能量傳遞（Hydraulic Energy Transfer，HET）技術(shù)，和現(xiàn)有的雙饋、直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組相比，既突破了發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)和發(fā)電形式，又可以提高機(jī)組的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

3.應(yīng)用了流體靜壓蓄能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)。研究HET與發(fā)電機(jī)組的協(xié)調(diào)控制技術(shù)，確定HET的配合關(guān)系和控制策略。通過(guò)液壓蓄能創(chuàng)新地改善發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)特性和功率輸出的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。

4.應(yīng)用了液壓蓄能系統(tǒng)及其與發(fā)電機(jī)組各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制技術(shù)。研究液壓蓄能系統(tǒng)及其與發(fā)電機(jī)組各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，建立機(jī)組的控制模型，仿真機(jī)組內(nèi)部和外部特性。包括：風(fēng)力機(jī)特性、HET系統(tǒng)特性、同步發(fā)電機(jī)特性、整機(jī)特性及其優(yōu)化控制。

5.應(yīng)用了液壓馬達(dá)—同步發(fā)電機(jī)恒速恒頻控制技術(shù)及整機(jī)功率匹配控制技術(shù)，無(wú)需整流逆變，電能品質(zhì)更優(yōu)；更寬的風(fēng)速適應(yīng)范圍。

四、液壓蓄能風(fēng)電大功率機(jī)組技術(shù)方案分析

機(jī)組由葉輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)低速大功率液壓泵，將高壓油液輸送至安置在地面的變排量液壓馬達(dá)，進(jìn)而由馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。主要模塊包括機(jī)艙傳動(dòng)部分與地面發(fā)電部分，另外還包括液壓蓄能模塊。

鑒于目前陸上風(fēng)機(jī)單機(jī)容量向著4MW+趨勢(shì)發(fā)展，海上風(fēng)機(jī)單機(jī)容量向著8MW+趨勢(shì)發(fā)展，甘肅省最近新建風(fēng)場(chǎng)裝機(jī)單機(jī)容量均在3MW及以上，研究選取陸上3MW及海上8MW機(jī)組進(jìn)行技術(shù)可行性分析?，F(xiàn)將陸上3MW及海上8MW液壓蓄能風(fēng)電機(jī)組技術(shù)參數(shù)列出，如表1所示。

表1 陸上3MW液壓蓄能風(fēng)電機(jī)組技術(shù)參數(shù)

表2 海上8MW液壓蓄能風(fēng)電機(jī)組技術(shù)參數(shù)

（一）機(jī)艙傳動(dòng)方案分析

目前，世界上最大的液壓泵功率為1.5MW，因此陸上3MW與海上8MW機(jī)組機(jī)艙部分分別需要2臺(tái)和6臺(tái)液壓泵加壓。地面發(fā)電部分分別需要5臺(tái)和13臺(tái)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于地面發(fā)電部分容易通過(guò)流量調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)功率分配，不存在較大問(wèn)題，因此主要將機(jī)艙傳動(dòng)部分和液壓蓄能部分方案可行性進(jìn)行分析。

要實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)多臺(tái)液壓泵加壓，輸出高壓大流量液壓油，可能的幾種方案如下。

方案一：主軸+分動(dòng)箱并聯(lián)多液壓泵（圖1）

方案二：主軸+多齒輪箱+多液壓泵（圖2）

圖2 主軸+分動(dòng)箱并聯(lián)多液壓泵

方案三：主軸直驅(qū)多液壓泵（圖3）

圖3 主軸+多齒輪箱+多液壓泵

圖4 主軸直驅(qū)多液壓泵

下面對(duì)各方案進(jìn)行綜合比較。

1.方案一與方案二，目前技術(shù)可行性較高，也有成熟的應(yīng)用案例，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且龐大，齒輪箱重量較大，僅3MW風(fēng)機(jī)齒輪箱重量就接近50噸，此重量大于雙饋型風(fēng)機(jī)增速箱與發(fā)電機(jī)重量總和，傳動(dòng)效率低，制造成本高，相比雙饋型風(fēng)機(jī)仍保留了齒輪箱裝置，可靠性方面無(wú)明顯提升。另外采用大功率齒輪箱會(huì)使風(fēng)機(jī)啟動(dòng)扭矩增大，會(huì)帶來(lái)切入風(fēng)速變大，風(fēng)機(jī)利用率降低等問(wèn)題。

2.方案三，主軸直驅(qū)多液壓泵方式。此方案理論上可行，但是在實(shí)際應(yīng)用中存在以下問(wèn)題。一是主軸直徑與泵內(nèi)孔不能匹配的問(wèn)題。為滿足強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命等指標(biāo)，風(fēng)機(jī)主軸可靠性要求較高，3MW風(fēng)機(jī)主軸直徑670mm，而8MW風(fēng)機(jī)主軸接近1400mm，方案能選到的最大功率赫格隆CBM3000和CBM4000系列液壓泵內(nèi)孔均為460mm，尺寸差距懸殊，通過(guò)更換高性能材料來(lái)減小主軸直徑的可能性較?。欢嵌ㄖ七m應(yīng)主軸尺寸液壓泵的可行性較小，即便可以定制，其可靠性與定制費(fèi)用也無(wú)法接受；三是多泵同軸串聯(lián)在工程上無(wú)實(shí)際應(yīng)用案例，可靠性未知。

通過(guò)分析，以上方案在技術(shù)上和應(yīng)用可行性上均存在諸多問(wèn)題，要解決以上問(wèn)題，必須開(kāi)發(fā)大功率數(shù)字泵，采用主軸直驅(qū)大功率數(shù)字泵才是解決以上問(wèn)題的最佳方案。采用主軸直驅(qū)數(shù)字泵有以下優(yōu)勢(shì)。一是傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)艙部分的重量和體積可大幅減小，提高了機(jī)組可靠性和降低制造、基礎(chǔ)建設(shè)以及安裝成本；二是數(shù)字泵可根據(jù)不同風(fēng)速來(lái)自適應(yīng)調(diào)整排量，風(fēng)速適應(yīng)范圍更廣，可大幅提高能量傳遞效率和風(fēng)機(jī)利用率。此前英國(guó)Artemis Intelligent Power公司1.5MW液壓傳動(dòng)機(jī)組（如圖5）與日本三菱重工7MW液壓傳動(dòng)機(jī)組（如圖6）均采用此傳動(dòng)方式，其大功率數(shù)字泵均為自主開(kāi)發(fā)。

圖5 英國(guó)Artemis Intelligent Power公司1.5MW液壓傳動(dòng)機(jī)組

圖6 日本三菱重工7MW液壓傳動(dòng)機(jī)組

（二）液壓蓄能方案分析

蓄能技術(shù)在能源領(lǐng)域占據(jù)非常重要的地位。長(zhǎng)期以來(lái)，世界上的電力、熱力公司等企業(yè)一直在蓄能技術(shù)方面深入研究，將重點(diǎn)放在對(duì)新蓄能技術(shù)的發(fā)掘上，為了能夠?qū)π钅芗夹g(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用提供更大的空間[7]。目前，對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)和利用受到廣大研究人員的關(guān)注，其中以風(fēng)能為代表。風(fēng)能是源源不斷得可再生能源，取之不盡、用之不竭。對(duì)風(fēng)能存儲(chǔ)及利用的研究也已廣泛展開(kāi)。然而，風(fēng)能又不可控，時(shí)大時(shí)小，也無(wú)規(guī)律可循，具有不穩(wěn)定性和間歇性，如果想在風(fēng)能充足的情況下，大規(guī)模收集和利用風(fēng)能，那么風(fēng)能的存儲(chǔ)就至關(guān)重要，存儲(chǔ)過(guò)多的風(fēng)能不讓其廢棄，但由于風(fēng)能的這些間歇性和不穩(wěn)定性缺陷的限制，使得風(fēng)能的存儲(chǔ)比較困難，所以蓄能技術(shù)的發(fā)展在一定程度上決定了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的前景。近年來(lái)，隨著我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，蓄能技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日漸成為各方關(guān)注的重點(diǎn)，國(guó)家也加大了對(duì)蓄能產(chǎn)業(yè)的政策支持。

對(duì)于液壓型風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，為了調(diào)節(jié)和穩(wěn)定發(fā)電功率，可以增加蓄能裝置。當(dāng)有風(fēng)但沒(méi)有需求時(shí)，該裝置可以儲(chǔ)存多余的能量，并在有需求時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。液壓蓄能技術(shù)的應(yīng)用是液壓蓄能風(fēng)電機(jī)組的一項(xiàng)重要技術(shù)創(chuàng)新。首先，液壓蓄能技術(shù)可以有效改善發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性和功率輸出穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。經(jīng)對(duì)各種大型機(jī)械的分析研究，大型機(jī)械加入蓄能器后，其穩(wěn)定性會(huì)得到很大改善，不再晃動(dòng)，噪聲和振動(dòng)也明顯降低。所以，各種大型機(jī)械中均已加入蓄能器，該裝置能夠起穩(wěn)定液壓脈動(dòng)的作用，同時(shí)可以吸收液壓沖擊。對(duì)于小型液壓風(fēng)力機(jī)來(lái)說(shuō)，蓄能器是最適合液壓風(fēng)力機(jī)的儲(chǔ)能裝置，可以很好地應(yīng)用于液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。同時(shí)，蓄能裝置采用蓄能器，有安全、穩(wěn)定、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。

按蓄能裝置作用于機(jī)組的主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)的具體位置，將液壓型風(fēng)電機(jī)組的蓄能裝置配置分為蓄能裝置作用于機(jī)組的主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)內(nèi)和作用于機(jī)組的主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)外兩種方式，現(xiàn)就這兩種蓄能裝置的配置方式結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，進(jìn)而對(duì)優(yōu)缺點(diǎn)分析對(duì)比。

如圖7所示，蓄能裝置作用于機(jī)組的主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)內(nèi)，這種配置方法原理很簡(jiǎn)單一目了然，從示意圖可以看出，在風(fēng)能的推動(dòng)下，風(fēng)力渦輪機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)定量泵，進(jìn)而產(chǎn)生高壓油，提供瞬間大流量，短時(shí)代替動(dòng)力源，再通過(guò)蓄能裝置的平抑，完成驅(qū)動(dòng)變量馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，即驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)開(kāi)始發(fā)電。當(dāng)電力需求量不大時(shí)，充足的風(fēng)能就會(huì)產(chǎn)生過(guò)剩現(xiàn)象，過(guò)剩風(fēng)能需要存儲(chǔ)，以備后用，主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)中的大部分油液將存儲(chǔ)在蓄能裝置中，完成過(guò)剩風(fēng)能的存儲(chǔ)；而當(dāng)無(wú)風(fēng)又電力需求較大時(shí)，需將存儲(chǔ)的風(fēng)能釋放出來(lái)，以滿足發(fā)電機(jī)發(fā)電，完成一定發(fā)電量的需求，存儲(chǔ)風(fēng)能的釋放是通過(guò)蓄能裝置中的油液補(bǔ)充回主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)來(lái)完成。

圖7 蓄能裝置作用于機(jī)組的主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)內(nèi)

圖8是蓄能裝置作用于機(jī)組的主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)外的配置方式，從裝置結(jié)構(gòu)方面來(lái)說(shuō)，不同與圖4配置方式之處是增加了一種泵—馬達(dá)蓄器能量轉(zhuǎn)換裝置，作用在主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)外。

圖8 蓄能裝置作用于機(jī)組的主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)外

此種配置相對(duì)要復(fù)雜一些。風(fēng)能推動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)定排量泵產(chǎn)生高壓油，提供瞬間大流量直接驅(qū)動(dòng)變量馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)將能量傳遞給同軸連接的泵/馬達(dá)蓄能器能量轉(zhuǎn)換裝置。當(dāng)有很大的風(fēng)但是電力需求量不大，風(fēng)能過(guò)剩時(shí)，在泵正常工況下，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)同軸連接的泵/馬達(dá)蓄能器能量轉(zhuǎn)換裝置開(kāi)始工作，向蓄能器輸出高壓油，蓄能器將風(fēng)力渦輪機(jī)獲取的能量存儲(chǔ)在蓄能裝置中，然后由泵—蓄能器能量轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)同軸連接的發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電；而當(dāng)無(wú)風(fēng)又需求較大電力，風(fēng)力不足時(shí)，液壓馬達(dá)正常工作條件下，驅(qū)動(dòng)同軸連接的能量轉(zhuǎn)換器，將蓄能器中存儲(chǔ)的能量釋放到發(fā)電機(jī)的輸入端，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力不足情況下的發(fā)電，馬達(dá)蓄能器的能量轉(zhuǎn)換裝置驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)在恒定功率下開(kāi)始工作，完成發(fā)電。

這兩種配置均可以利用蓄能裝置實(shí)現(xiàn)過(guò)多風(fēng)能的存儲(chǔ)和釋放，合理利用風(fēng)能，提供能源利用率，同時(shí)滿足機(jī)組輸出功率穩(wěn)定性的要求。與高壓管道直接連接的蓄能裝置配置方式相比，增加了獨(dú)立泵/馬達(dá)蓄能轉(zhuǎn)換裝置的配置方式，多了個(gè)泵/馬達(dá)的結(jié)構(gòu)，使得控制方式相對(duì)復(fù)雜，具有成本高，效率低等缺點(diǎn)。因此，第一種配置方式即蓄能裝置作用于主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)的配置方式較好。

同時(shí)可以看出，要實(shí)現(xiàn)大功率液壓蓄能風(fēng)電機(jī)組的推廣應(yīng)用，在技術(shù)上仍需要解決的另外一個(gè)問(wèn)題是大容量、高密度、低成本儲(chǔ)能技術(shù)的突破與應(yīng)用。此外，隨著功率的增大，高壓大流量長(zhǎng)距離液壓系統(tǒng)可能存在的幾個(gè)問(wèn)題還需要繼續(xù)研究[8]。一是提高液壓傳動(dòng)效率的問(wèn)題；二是解決液壓傳動(dòng)可能造成的沖擊振動(dòng)，引起緊固件松動(dòng)的問(wèn)題；三是防止液壓系統(tǒng)泄漏問(wèn)題；四是其他關(guān)鍵元器件開(kāi)發(fā)的技術(shù)問(wèn)題，比如大通徑旋轉(zhuǎn)接頭、大排量高轉(zhuǎn)速液壓馬達(dá)等。

五、技術(shù)分析結(jié)論

1.當(dāng)前條件下，1.5MW及以下功率風(fēng)機(jī)采用液壓傳動(dòng)在技術(shù)上具備較大可行性。

2.要實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)多臺(tái)液壓泵加壓，輸出高壓大流量液壓油，大功率液壓傳動(dòng)風(fēng)機(jī)采用主軸直驅(qū)大功率數(shù)字泵加壓是最優(yōu)方案。一是傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)艙部分的重量和體積可大幅減小，提高了機(jī)組可靠性和降低制造、基礎(chǔ)建設(shè)以及安裝成本；二是數(shù)字泵可根據(jù)不同風(fēng)速來(lái)自適應(yīng)調(diào)整排量，風(fēng)速適應(yīng)范圍更廣，可大幅提高能量傳遞效率和風(fēng)機(jī)利用率。

3.由于風(fēng)能的間歇性和不穩(wěn)定性，為了有效改善發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性和功率輸出穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電，液壓型風(fēng)電機(jī)組需增加蓄能裝置，相比較兩種蓄能裝置的配置位置，將蓄能裝置作用于主傳動(dòng)液壓系統(tǒng)內(nèi)的配置模式較為合理，并且蓄能器是最適合液壓風(fēng)力機(jī)的儲(chǔ)能裝置。另外，液壓傳動(dòng)風(fēng)機(jī)在大功率液壓傳動(dòng)風(fēng)機(jī)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)上重點(diǎn)解決的問(wèn)題應(yīng)是大功率/大排量數(shù)字的開(kāi)發(fā)和大容量、高密度、低成本儲(chǔ)能技術(shù)的突破與應(yīng)用。

注釋：

①參見(jiàn)中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)“2018年全球風(fēng)電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析”，2020年3月23日，https://www.chyxx.com/industry/201805/645722.html。

②參見(jiàn)中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)“2019年中國(guó)風(fēng)電行業(yè)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀分析及未來(lái)五年市場(chǎng)發(fā)展前景預(yù)測(cè)”，2020年3月23日，https://www.chyxx.com/industry/201908/773175.html?tdsourcetag=s_pctim_aiosmg。