风力发电及技术路线介绍.ppt

,风力发电及技术路线介绍,2,讲义提纲,风力发电背景 风电机组的工作原理和结构 风电机组的分类及特点,3,发展风力发电的原因,一、化石能源枯竭,4,二、碳排放和温室效应,各种全球变暖背景下的极端气候影响在世界各国频频上演，暴雪、飓风、洪水、干旱全球气候变暖还引起冰川崩塌消融、海平面上升、粮食减产、物种灭绝全球气候变化是由化石燃料燃烧排放大量温室气体而造成的。,化石燃料占二氧化碳排放量比重,5,世界能源利用发展趋势从依赖常规化石能源如石油、煤、天然气）转向充分利用可再生能源（风能、太阳能、生物质能等）。其中风电可以减少温室气体排放，平均每提供100万千瓦时的电量，可以减少600吨二氧化碳排放量。 2009年，全球二氧化碳含量由于风能的应用减少了228.7Mt，相当于全年因发电而产生的二氧化碳总量的1.93%。 特点： 风能是一种取之不尽用之不竭的能源 利用风能可以在相对短的时间内产出大量电能 风能是一种不产生二氧化碳的能源形式，有利于减少温室气体的排放,6,风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起大气层中压力分布不均，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。 风能作为一种高效清洁的永不枯竭的能源正受到越来越多国家的高度重视。 全球的风能约为2.74109MW，其中可利用的风能为2107MW，是全球可开发利用水能资源总量的10多倍，相当于10800亿吨标准煤产生的能量，约是全世界目前能源消费量的100倍。,风能,7,讲义提纲,风力发电背景 风电机组的工作原理和结构 风电机组的分类及特点,8,风电机组的工作原理和结构,工作原理简介： 风力发电机：将风的动能通过风轮转换为机械能，再带动发电机发电，转换成电能。 风能利用是风的动能转换为机械能，再转换成其他能量的方式。如风车磨坊、风车提水、风车供热，最主要的是风能发电。,9,风电机组的工作原理和结构,10,机舱内部结构,11,机舱内部结构,12,2、风力机的结构组成,组成：轮毂 叶片 控制系统,叶片,轮毂,主传动系统,主轴,变桨电机,风轮,将风能转化为机械能,类型：单叶片、双叶片、三叶片和多叶片 定桨风轮和变桨风轮,轮毂：是风轮的动力枢纽,13,变桨电机： 每个叶片都有一个变桨电机，并带有刹车、测速传感器、编码器及强制空冷装置。 超级电容：用于电网断电和安全链中断时叶片的变桨控制。 充电器：带有充电控制和电压检测装置。 转换器：三相两路装置，用于向变桨电机输送直流电。 变桨控制器 除变桨电机，其余部件都在轴控制柜或公用控制柜内，每个叶片都有单独控制器。,结构和功能,2、风力机的结构组成,14,联轴器： 在主轴和齿轮箱高速轴，齿轮箱低速轴之间的连接,主轴： 支撑轮毂和传递负载（轴向力，剪力（径向力），弯矩和扭矩）,齿轮箱： 起增速作用，并传递动力和运动，承受静动载荷和冲击载荷,齿轮箱主要结构形式：一级行星加两级平行轴齿轮传动,低速轴胀套，高速轴联轴器,主传动系统,2、风力机的结构组成,15,绕线式异步发电机,发电机,形式：,双馈异步发电机,永磁同步发电机,2、风力机的结构组成,电励磁同步发电机,16,组成：偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压回路,作用： 1、与风力发电机组的控制系统相配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电效率 2、提供必要的锁紧力矩以保障风力发电机组的安全运行,偏航系统,2、风力机的结构组成,17,变频控制系统 变桨控制系统 偏航控制系统 主控制系统（温度、压力、振动的监控和报警系统）,控制系统,2、风力机的结构组成,18,讲义提纲,风力发电背景 风电机组的工作原理和结构 风电机组的技术路线及特点,19,3 风机的技术路线及分类,风机技术路线的确定尤为重要。,风力发电机组的技术路线就是指在进行风力发电机组设计开发时所准备采取的技术手段、整机结构形式以及解决关键性问题的方法，以保证在规定时间内按要求完成风力发电机组的研发和制造。,20,3 风力发电机组的技术路线及分类,按齿轮箱和发电机结构形式分类：,按齿轮箱和发电机布置形式分类：,按传动链的布置形式分类：,按功率调节方式分类：,21,3.1 水平轴与垂直轴风机,22,功率调节方式,定桨距,变桨距,风力发电机组,叶片和轮毂之间采用回转支 撑连接，可以相对运动,叶片相对轮毂固定,3.2 定桨距与变桨矩风机,23,优点：发电机、齿轮箱等大部件易拆卸，可维护较好；并且技术成熟、设计、制造难度低；供应链成熟，部件通用性较好。 缺点：齿轮箱增速比高，可靠性较低，负荷重，存在轴承与齿轮磨损、润滑油更换频繁、机械噪声、高速振动等；维护保养工作量大，有电刷和滑环，增加维护工作量；能量利用率较低，轴向尺寸较大。,此技术路线为技术最成熟、市场占有率最高的技术路线。,3.3 高速双馈机型,24,优点：风能利用率较高，电能质量较好，发电机、齿轮箱等大部件易拆卸，可维护较好；相同功率下发电机体积较小，不存在碳刷和滑环的维护。 缺点：同样存在齿轮箱增速比高，可靠性低等问题；永磁材料在震动、冲击、高温情况下容易发生失磁的现象；技术不成熟，需要全功率变流器。,此技术路线是一种经高速双馈变型而来的技术路线。,3.4 高速永磁同步机型,25,优点：齿轮箱增速比小，齿轮抗疲劳特性增强，寿命提高；其所采用的轴承和齿轮等数量较少，系统可靠性较高；齿轮箱、发电机等大部件易拆卸，可维护性好，更适合海上机型；齿轮箱简单、体积小、制造难度小，对加工设备要求低，制造成本较低。 缺点：机舱比同规格高速双馈较重；有电刷和滑环，增加维护工作量 。,此技术路线为高速与直驱的折中型技术路线。,3.5 中速双馈机型,26,优点：齿轮箱增速比较低，寿命增加，可靠性提高；风能利用率较高，电能质量较好；相同功率下发电机体积较小，不存在碳刷和滑环的维护工作。 缺点：同样存在永磁材料在震动、冲击、高温情况下容易发生失磁的问题；技术尚未成熟，需全功率变流器。,此技术路线是在提高可靠性的同时又能保证电能质量的一种技术路线。,3.6 中速永磁同步机型,27,优点：传动链无齿轮箱，减少了传动链能量损失，可靠性高；无碳刷和滑环，维护工作量小，系统噪音低；能量利用率高，发电质量好 。 缺点：电机体积与重量均较大，既影响机舱空气动力特性，又增加制造难度与成本，定、转子加工需要大型设备；同样存在永磁材料的失磁问题，永磁材料存在永久的强磁性，无法在现场条件下检修，所以一旦出现问题只有返回厂家才能维修，现场不具有可维护性 。,此技术路线是直驱机组中相对较优的一种技术路线。,3.7 直驱永磁同步机型,28,优点：传动链无齿轮箱，减少了传动链能量损失，机械系统可靠性高；能量利用率高，发电质量好 。 缺点：电机体积与重量更大大，不但影响机舱空气动力特性，同时增加制造难度与成本，而且发电机的陆上运输比较困难 ；存在电刷和滑环，既增加机械摩擦，也增加电损耗，降低电机效率；需要全功率变流器，成本高，损耗大。,此技术路线是整机体积最大、重量最重的一种技术路线。,3.8 直驱励磁同步机型,29,3.9 不同支撑形式风机,双轴承两点支撑和单轴承三点支撑：发电机和齿轮箱等大部件易拆卸，可维护较好；各部件体积较小，加工制造及运输吊装都比较容易。但机舱轴向尺寸加大，并且重量相对较重，对塔底载荷影响较大，同时使机组成本提高。,单轴承单点支撑：齿轮箱发电机集成安装不可拆，机舱与轮毂不能相通，可维护性差。同时齿轮箱内主轴轴承过大，外购件依赖性大；单个轴承承载，工况恶劣，需特制轴承。,30,三叶片,二叶片,单叶片,多叶片,风机,升力型,阻力型,风机,上风向,下风向,风机,3 其它分类风机形式,31,全球十大企业风机技术路线,32,全球十大企业风机技术路线,33,双馈、直流永磁和直流励磁风力发电机,双馈风力发电机 外观特点：机舱细长