大功率风力发电机组冷却系统研究

秦基伟

摘要：目前，风力驱动发电机中的机组向着容量更大、性能更稳定等方向快速发展，风力驱动发电机的各大主要部件的机组散热问题逐渐发展成为业内广泛关注的一个焦点。本文首先对目前风力发电的散热原理与机组结构问题进行了详细简述，分析了风力驱动发电机在实际运行中的过程中机组热量扩散产生的主要部件，主要重点介绍和分析了目前风力发电机中几种常见的散热冷却系统，并且介绍和分析了各种冷却系统的利弊。

关键词;风力发电机组;冷却系统

1.前言

当今的我国风力发电机组向着单机最大容量方向持续不断发展，叶片更加长，塔筒更加高，机舱更大的方向发展。而由于风力涡轮发电机的平均单机散热容量的逐步不断增大，会直接影响导致风力发电机组的齿轮箱，变频器等各大类零部件平均散热量的大幅度增加，如何有效率地降低这些主要的零部件的升温散热，已逐渐成为大型风力发电器和机组最大的技术问题之一。针对目前的技术研究发展现状，本文详细性地介绍了几种不同类型中的风力发电机组的冷却系统。

2.冷却系统的介绍

冷却系统顾名思义，它的主要工作任务就是将风力发电机组自身产生的多余热量及时地释放到外界的环境中排出去，确保整个大功率大型风力发电站和机组的安全和高效，能够正常的运行。冷却系统主要包括一般由空冷冷却系统与液冷系统两个大部分，这两大冷却系统相互交错、协同运行。其中，空冷这一类冷却系统主要负责风力发电机组和机组的快速冷却，而水冷冷却系统主要负责风力发电机组和变频柜的快速冷却，温度稍微升高后启动冷却系统开始运行，对风力发电机组进行快速冷却，而后在温度降低后停止冷却系统运行结束，等待着下一轮的冷却循环。

3.大功率风力发电机组冷却方式

由于大型风力发电站在机组内的散热量主要来自发电机舱内的各个散热组件，因此，对发电机组内部成员的整体冷却散热方式主要取决于发电机组所需要选用的散热设备组件类型、散热量值的大小和各个组件成员在发电机舱内部的所在位置等多个因素。目前用于运行大型风力发电站的机组普遍需要采用低压强制循环风冷和液冷的两种冷却散热方式，这就是我们所谓的空冷冷却系统和液冷冷却系统;其中，对于中大型中等功率的风力发电机组则通常需要分别采用低压强制循环风冷和高压循环液冷两种协同组合作用的冷却方式，才能满足机组冷却量的要求。

3.1空冷方式

空冷冷却方式通常是指通过使用压缩空气将整个风力发电厂的机组通风直接通风进行冷热交换所能够实现的一种制冷效果，其大致分为二种制冷方法，一个方式是自然通风制冷，另一种方法是强制风冷。所谓自然通风冷却是指在风力机组中不需设置一个强制冷却的通气装置，机组内部暴露于组内空气中，由空气自然通风流通将机组热能直接带走;所谓强制风冷方式是指在没有自然通风无法充分满足机组冷却需求的特殊情况下，通过设置强制风扇，使用强制风扇对整个风力发电厂的机组内各个散热部件设备进行通风强制冷却，从而可以达到好的冷却效果。

3.2液冷方式

液冷方式是指利用液体与机组零件之间的热传递，不同的液体冷却介质可用来对不同的液体热量传递情况从而进行冷却，目前，液冷冷却系统中常用的冷却液体介质主要有醇化水和乙二醇水溶液，而乙二醇的水溶液与其他水和醇相比，具有更好的化学防冻性和防冷却的特性，且通过其中添加特殊的化学稳定性和化学防腐剂等可使其热量的传递性能与醇水相当。总之，液冷就是通过液体与部件之间的接触发生热传递使得风力发电机组内各个零件降温从而达到冷却效果。

4.大功率风力发电机组冷却系统

4.1空—空冷却系统

空—空冷却方式一般是一种指通过利用风中空气产生风力而使发电机组的设备可以进行直接的气体热量空气交换而可以达到冷却，其效果一般，分为以下两类：一类是空气自然通风冷却，一类的则是空气强制风冷。空—空冷却系统应用在小型的风力机组的冷却系统中。它具有其构造简易、操作费用低廉，有利于能源管理和日常保养等一系列优势。但是，该种方法冷却效果通常受温度变化影响相当大，质量效率低。同时，因为事故机房内必须长期保持通风，造成过多风沙和大量降雨容易腐蚀内部机房的零部件，所以正在逐渐被替代。

4.2液—空冷却系统

液—空冷却系统原理方式主要用途是一种广泛用于设备自身产生的热量快速冷却。目前，风力发电机组的主要大型动力发电齿轮箱均已采取液—空冷却的主要方法。液—空的主冷卻系统原理与空—空制冷系统原理及介质相同，液—空制冷系统的主冷介质和换热器与空—空制冷系统有所不同，液—空冷却系统的冷介质是液态，主要为润滑油和防冻液。目前防冻液主要是乙二醇水溶液，与水相比乙二醇水溶液具有更好的防冻特性，且通过添加稳定剂、防腐剂等方式还可使其换热性能与水相当，能够满足低温机组的使用要求。

4.3空—液—空冷却方式

目前，随着我国风力发电中的机组散热设备中的单机发热容量的不断增加，散热量也在不断随之而上升，如果想要继续选取采用空—空冷却系统的这种方式进行冷却风力发电机组，那么就要额外增加一个空气式制冷器的最大排风量，此时也就会大大程度增加风力发电机组的机器体积和设备重量。所以又重新研究开发出了另一种空气冷却系统方式，那就是更为紧凑和更加高效的空—液—空蒸气冷却系统，这个冷却系统无疑可说是目前进行整个发电机组热冰冻冷却的最佳选择方式之一，空—液—空冷却系统主要目的是由相对独立的两套的冷却系统共同设计组成的。目前，大部分小型机和大功率空叶系统发电机组都普遍选择采用的冷却系统方式是空—液—空冷却方式。

5.结语

目前，常用的大型风力散热发电机组按其冷却技术可分为空冷散热冷却和液传热热冷却。一般对于功率比较小的小型风力发电厂的机组都会采用自然通风，中型风力发电机组会采用强制冷风，大型的机组多半会采用液冷散热冷却，各种制冷技术通过具体机组使用的区域范围所限而采用不同的机组散热冷却技术，但不同的冷却方式散热量还是有所不同的。但总体而言，空冷冷却技术已经基本无法完全满足未来大中功率重型风力发电机的高效冷却系统需求，液冷冷却技术及其他高效率的冷却技术仍将是目前大中功率重型风力发电机高效冷却系统技术的主要研究发展方向。

参考文献：

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