概念型风力发电机PPT

1、概念型风力发电机设计 09农电3班 XX 摘要 随着资源的日益枯竭和环境保护意识的加强，风力发电作 为最具竞最有发展前景的一项可再生能源技术，在全球范 围内得到了高度重视。量子永磁风力发电机具有与传统电 机不同的旋转模式，其电枢转子与永磁转子相向旋转，同 样风速条件下发电能力提高一倍，最低工作风速降为普通 永磁风力发电机的一半，最高工作风速与普通永磁风力发 电机一样，能加宽工作风速范围和提高风能利用率。同时， 同样的极对数下双转子永磁风力发电机的工作转速只需普 通永磁风力发电机的一半即可，因此在风力发电尤其是直 驱式风力发电领域具有独特的优势。 一.世界风能开发以及发展趋势 全球风能资源丰富，

2、约为 2 . 74 109MW，可利用的风能约为 2107MW ，比上可开发利用的水能总量大 10 倍，而且几乎分布在 所有的地区和国家。自从 1973 年世界发生石油危机以来，西欧等发 达国家为寻求替代化石燃料的能源，美国、开创了风能利用的新时期。 80 年代开始建立示范风电场，成为电网新的电源；到了 90 年代对环 境保护的要求日益严格，特别是要兑现减排 CO2 等温室效应气体的 承诺，风电的发展进一步加快。德国和丹麦是老牌的风电大国，20 世纪 90 年代几乎垄断着风机制造业；进入 21 世纪，西班牙和印度 迅速成为后起之秀。 风力发电经历了从独立系统到并网系统的发展过程，大规模风力田的

3、 建设已成为发达国家风电发展的主要形式，发电能力每增加一倍，成 本就下降 15，近年来全世界风力发电装机容量的年平均增长率均 超过了 30 。 二.我国风力产业的现状 近年国际石油市场大幅波动，国内能源供应趋向紧张，能 源价格也在不断攀升，严重影响了我国国民经济的可持续 发展。我国能源结构的不合理也造成了严重的煤烟型环境 污染，在气候变化和温室气体排放问题上承受着越来越大 的国际压力。根据世界能源委员会的计算，风电每提供 1000 MW 的电量，便能减少 600 顿 CO2 的排放，将在 很大程度上有助于环境质量的改善。另外，根据世界银行 专家从我国煤电与风电价格的变化趋势估计，风电价格将 从

4、 2005 年的 0 . 55 元千瓦时，下降到 2020 年的 0 . 4 元千瓦时左右，而煤电价格将从近年的 0 . 35 元千瓦 时上升到 0 . 4 元千瓦时左右。由此看来，到 2020 年， 风电将变成我国一种经济上很具竞争力的电力资源。 三.我国风力发电的特点 ( l ）在风力资源丰富、电网通达的地区，风力发电 作为一种清洁的可再生能源，补充和逐步替代部 分常规能源，缓解电力供应紧张的现状，提高当 地的环境质量，以发展大型风电场为主； ( 2 ）在风力资源丰富或较丰富的边远无电、缺电地 区，以发展小型或中型独立运行的风电系统为主， 利用风力发电解决边远地区的生活用电和部分生 产用电

5、。 四.小型电机在我国的应用前景 风电技术发展的趋势是单机容量不断增大，它们造价及引但与小容量 发电系统相比，进费用非常昂贵，更受到风源条件的制约。而小型风 机造价低廉、运输方便，可单独应用于个别家庭和企业，如果将低价 的小型风机并联起来使用，不但能满足负荷需求，还能节省费用且更 具灵活性。我国可以利用小型风力发电机的地方主要有： ( l ）东南沿海各孤立的岛屿及农牧区和边远山区：这些偏远地区居民 居住比较分散，常规能源缺乏，用覆盖电网的方式供电成本较高或根 本无法到达，但它们属风能资源丰富区，用小型风力发电可以很好地 解决用电困难问题。20 世纪 80 年代，内蒙古小型户用风力发电机组 的推

6、广应用，就很好地解决了大多数农牧民的用电问题，使他们的生 活方式发生了质的变化。 ( 2 ）航运系统：如长江航运中的拖船，一般为 100 一 200t ，经常被 搁置在江中间的锚地上，用电主要靠蓄电池。使用风力发电机对蓄电 池充电效果很好，这方面已有成功的经验。另外可以用小型风力发电 机来解决它们的照明、我国大小河流湖泊上的船舶数量惊人，收看电 视、听广播等日常生活用电。 ( 3 ）森林防火高山观察站：据林业部防火指挥部介 绍，东北 约有 400 个观察站，西南也有几百个 高山观察站，各省市都有一些森林高山防火观察 站，站上的工作人员从每年 10月到第二年 4 、5 月的防火期期间昼夜在站上值

7、勤，由于山高、道 路狭窄崎岖、运输困难，又不能使用明火，解决 他们的生活用电颇为费神，使用小型风力发电机 可以基本解决这一问题。 ( 4 ）城市路灯的光伏、风力互补系统：可节省能源、 美化城市环境、减轻空气污染，提高当地居民的 生活质量等。 ( 5 ）通风管道：将小型风力发电系统应用在各工厂 的通风管道系统中，节能效果非常显著。 五.双转子风力发电机的设计 己采用的风力发电机有三种，即直流发电机、异步和同 步交流发电机，不论是何种电机，均由定子和转子两大主 要部件组成，靠转子的转动在处于变化磁场中的绕组内产 生感应电动势，将风轮捕获的风能转化成电能。实际上不 可能将捕获的风能全部转变为电能，现

8、有风力 发电机只有在额定的风速范围内才能正常运转，工作风速 的范围较窄，风能利用系数较低，即使在正常工作时，其 风能利用系数也很低，一般在 0 . 3 左右，超过半数的风 能未能得到充分的捕捉和转化。另外，在现有的百瓦级小 型风力发电系统中，发电机绝大多数采用三相同步发电机 加整流器的结构，也有少数采用直流发电机。不论是直流 发电机还是永磁同步发电机，它们在风力发电系统中应用 时都存在一定的缺点与不足。 直流发电机的输出电压波形较平稳，但其换向装置容易磨损、故障率 高、寿 命短。风力发电机都安装在几十米高的塔架上，维修更换很 不方便；同时，换向装置的维修更提高了风力发电系统的度电成本。 普通永

9、磁同步发电机采用永磁体励磁，无需外加励磁装置，减少了励 磁损耗；同时它无需换向装置，因此具有效率高，寿命长等优点。但 是由于其励磁不能调节，从而使得输出电压调整率较高，输出电压波 动范围较大，势必会造成蓄电池欠、过压保护装置的频频动作，缩短 其使用寿命，会使发电成本居高不下，从而使小型风力发电系统难于 推广应用。因此，在小型风力发电系统中，维持发电机电压平稳，对 保证用电设备的性能与寿命和系统的稳定运行及风电系统的推广应用 都具有重要意义。双转子永磁风力发电机（dual 一 rotor permanent 一 magnet wind generator ，简称DRPMWG ) 与普通永磁同步发

10、电机 的差别仅仅在于原来静止不动的定子现在也可以相对于机座自由地旋 转，即电枢部分也能旋转，使得电枢与永磁体的相对转速提高一倍， 同样风速条件下发电能力也能提高一倍，且即使在风速很低的情况下 也能建压工作，降低了起动风速，最低工作风速为普通永磁电机的一 半，最高工作风速两者一致，因此能加宽工作风速范围，提高风能利 用率。极对数相同时，其工作转速可降为普通永磁发电机的一半，因 此在直驱式风力发电方面更具有明显优势。双转子永磁发电机除了能 应用于上述风力发电场合外，还能应用于水轮发电机飞机引擎的涡轮 发动机、潜艇和鱼雷的推进器改进等军事科研方面，具有极其重要的 科研地位。 六.双转子电机研究现状及发展趋势 双转子结构电机因其结构新颖简单、功率密度和 转矩密度高、应用范围广，引起了广大研究者的 兴趣。 德国的 Nikolaus Neuberger 最早提出一种单定子 双转子异步电机，其结构如图 1-1 所示，包括内、 外两个转子和一个两面开槽的定子，可看作由两 台共用定子铁心的异步电机组成，该电机与普通 异步电机的最大区别在于定子采用环形绕线方式， 可以大大缩短端部长度，2 极或 4 极该电机的漏 感仅为普通异步电机的 70 一 80 % ，效率和功率 因数可分别提高 3和 0 . 08。 结论 双转子永磁风力发电机改变了传统电机结 构，同样使得