风力发电噪音论文参考文献

【简介】目前国内国际市场上常用的几种兆瓦级风力发电机（水平轴）降噪技术浅析，如锯齿尾缘、扇区管理等。 风力发电机的噪音分为两个部分：一种是【空气动力学噪音】，由发电机/涡轮机的叶片​转动时切割空气而产生的噪音，会发出类似于“嗡嗡嗡”的声音；一种是【机械噪音及结构噪音】，与机械有关。风力发电机的工作原理是，通过涡轮叶片转动来带动齿轮进行机械性转动，从而产生电力。但是齿轮在彼此咬合的过程中，会产生巨大的震动，从而产生的巨大噪音，这是不可避免的。而机械噪音就是滋扰居民的最主要因素。因此风力发电机的降噪主要围绕这两个部分进行噪声减弱。       目前国际上较为先进的风力发电机整机制造商Vestas的2WM以上机型在不采用任何降噪措施之前，可以将风力发电机的安全噪音距离（小于50dB（二类环境噪声限值）的最小距离）降至300m以内，国内第一的风力发电机整机制造商Goldwind的2MW以上机型在不采用任何降噪措施之前，可以将风力发电机的噪音安全距离降至400m以内。 切片：声压级（DB）表面：声压级（DB）       一、空气动力学噪音的降噪技术       水平轴风轮的尖速比一般早5~7左右，在这样的高速下，叶片切割气流将产生很大的气动噪音（空气动力学噪音以下简称气动噪音），​同时，很多的鸟类在这样的高速叶片下也很难幸免。另外从空气动力学上分析，物体速度越快，外形对流场的影响越大，所产生的声噪也越大。当风力发电机在户外运行时，叶片上不可避免的收到污染，这种污染实际上是改变了叶片的外形，即使这种变化很微小，但是也会成为影响气动噪音的因素之一。 降噪技术       1）锯齿尾缘        现代风力机朝着单机容量大型化方向发展,叶片变得越来越长,叶尖速度也越来越高 ，大量研究表明在风力发电机的叶片尾缘加装锯齿尾缘能够显著降低辐射到远场的噪声，即在叶片尾缘部分设置不同形状的锯齿，该方法启发于大自然鸟类翅膀尾缘或鲸鱼鱼鳍尾缘，属于一种仿生方法。尾缘锯齿会使流动在尾缘处形成一列反向旋转的涡对,改变了尾涡结构,减弱了下游尾迹区的展向相关性,减小了噪声的远场辐射。同时加装锯齿尾缘的叶片在典型的变速变桨控制策略下气动效率高于原叶片,在不同的年平均风速下的年发电量都有所提高,在整个风力机运行的风速区域内,叶尖速度都要小于原叶片。       缺点：       1、锯齿尾缘大部分都是粘贴在原有叶片上的，因此对锯齿尾缘的加工工艺和安装工艺要求特别高，因为叶片是高速转动的，一旦离心力大于锯齿尾缘与原叶片的粘贴力，轻则就会造成锯齿尾缘甩落，叶片撕扯性损伤，重则造成人员伤亡。       2、如果叶片在生产时就直接设计成锯齿尾缘，使其生产一次成型，这样虽然可以避免锯齿尾缘的脱落，但是成本增加较大。 锯齿尾缘 2）扇区管理        扇区管理技术，可对某机位在某时间段、风向段、风速段实施停机或减速或偏航（减小切入角）操作，减速某个风向上特殊风况对风机的影响，降低风机的载荷，以降低发电量为代价，确保气动噪声的降低。        缺点：损失发电量，降低投资收益率，投资回报周期较长。       3）夜间降噪运行模式        夜间降噪运行模式，是扇区管理技术的特例。白天因为有各种声音影响，噪音基本可以忽略不计。当寂静的夜晚来临，风力发电的噪音就另当别论。例如目前国家对白天风机噪音控制在50db以下，夜间需控制在45db以下是可以令人接受的。 缺点：损失发电量，降低投资收益率，投资回报周期较长。二、机械噪音及结构噪音的降噪技术 1、机械噪音及结构噪音主要分为以下几类：       1）齿轮噪音       啮合的齿轮对或齿轮组，由于互撞和摩擦激起齿轮体的振动，而通过固体结构辐射齿轮噪音。       2）轴承噪音       由轴承内相对运动元件之间的摩擦和振动及转动部件的不平衡或相对运动元件之间的撞击引起振动辐射产生噪音。       3）周期作用力激发的噪音       由转动轴等旋转机械部件产生周期作用力激发的噪声。       4）电机噪音       不平衡的电磁力使电机产生电磁振动，并通过固体结构辐射电磁噪音。       5）设备噪音       散热器、风冷设备（也叫通风机）等辅助设备产生的噪音。 2、降噪技术       机械噪音及结构噪音是风力发电机组的主要噪音来源，也是对人的烦扰度最大。这部分噪音是能够控制的，其主要途径是避免或减少撞击力、周期力、摩擦力。 从噪音的声源处进行降噪：       1）加工、施工工艺和运营维护的精益管理       提高加工工艺和安装精度，同时做好运营维护管理，使齿轮和轴承保持良好的润滑。在风力发电机安装和运行过程中，由于安装精度或者运营维护的欠缺，齿轮和轴承的摩擦会产生铁屑增加摩擦系数，进而提高噪音分贝；       2）采用弹性连接       为减小机械部件的振动，可在接近力源的地方切断振动传递的途径，如用弹性连接替代刚性连接，       3）采用高阻尼材料或增加消音装置       采用高阻尼材料吸收机械部位的振动能，以降低振动噪音，如：       ◆机舱外壳采用高阻尼才会和更加吸音的材料； ◆在发电机散热风扇及变流器散热器等辅助设备处安装消音装置；       4）XI Engineering Consultants的聚合物瓦片 XI Engineering Consultants公司已经基于风力涡轮机塔架的自由层阻尼开发了噪声缓解解决方案。他们提出了一个案例研究，其中振动测量结合有限元（FE）模型表明，音调噪声的主要辐射源是塔壁。聚合物瓦片粘附到风力涡轮机塔架的壁上，从而增加它们的阻尼特性。这种自由层阻尼解决方案降低了负责放大音调噪声的共振振幅。验证IEC 61400测量表明，音调的可听度显着降低，并且安装也导致宽带声功率降低。       从噪音的接收处进行降噪：       1）乡村文化墙       兆瓦级的风力发电机主要集中于空旷的地区，因为大部分位于农村等偏远地区。在村民生活的地方，建造文化墙，这样既美观了农村面貌，做好了宣传，又从噪音的接收处进行了降噪。         2）居民房屋改造或房屋拆迁       居民对风力发电机的噪音滋扰主要是夜晚，所以可以通过对居民的房屋进行消音改造或者彻底搬离声噪区，进而实现降低或消除风力发电机噪音。普遍不会采用此种方案，因为涉及费用巨大，因为一旦为任意一户居民进行了房屋改造或拆迁，就意味着需要多全村的所有房屋进行改造或拆迁，因此在国内很少采用此种方案。       3）风机移机       如果以上方案均没有办法实现的情况下，只有舍弃该风力发电机机位，重新选址和测算发电量、投资回报率等各项数据，综合考量新的机位是否符合公司的投资回报效益和国家的相关政策法规等。