第6章 风力发电技术

1、成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院自动化自动化工程系电气教研室工程系电气教研室雷雷永锋永锋2004-12-142风能风能澳大利亚风力发电澳大利亚风力发电风能中国风力资源分布状况一、人类开发利用风能的历史一、人类开发利用风能的历史 风帆助航、风力发电、风车提水风帆助航、风力发电、风车提水二、风力发电原理和技术二、风力发电原理和技术 风与风能的形成风与风能的形成 风能的基本特征风能的基本特征 风力发电原理风力发电原理 风力发电机安装场址的选择风力发电机安装场址的选择 风力发电系统的种类风力发电系统的种类 风力技术的发展趋势风力技术的发展趋势 风能、风与风能的形成、风与风能的形成 成因

2、：太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压成因：太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，空气沿水平方向运动，形成风。力分布不均，空气沿水平方向运动，形成风。 高低纬度的温度差异高低纬度的温度差异 风能 地球自转引起的地转偏向力地球自转引起的地转偏向力 海洋、地形的影响海洋、地形的影响 2 2 风能的基本特征风能的基本特征 风能资源用风速、风级、风能密度等指标衡风能资源用风速、风级、风能密度等指标衡风速风速 定义：单位时间内空气在水平方向所移动的距离。定义：单位时间内空气在水平方向所移动的距离。 可用风速仪测量，单位为可用风速仪测量，单位为m/sm/s。 有效风速：有效风

3、速：3-20m/s3-20m/s、风级、风级 风级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现风级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象，按风力的强度等级来估计风力的大小。象，按风力的强度等级来估计风力的大小。 风能 风级的表现风级的表现风级名称相应风速(m/s)表现0无风0-0.2零级无风炊烟上1软风0.3-1.5一级软风烟稍斜2轻风1.6-3.5二级轻风树叶响3微风3.4-5.4三级微风树枝晃4和风5.5-7.9四级和风灰尘起5清劲风8-10.7五级清风水起波6强风10.8-13.8六级强风大树摇7疾风13.9-17.1七级疾风步难行8大风17.2-20.7八级大风树枝折9烈风20.8

4、-24.4九级烈风烟囱毁10狂风24.5-28.4十级狂风树枝拔11暴风28.5-32.6十一级暴风陆罕见12飓风32.6十二级飓风浪滔天 风能密度风能密度 通过截面积的风所含的能量，常以通过截面积的风所含的能量，常以W/mW/m2 2表示。表示。 风能密度与空气密度有直接关系风能密度与空气密度有直接关系 一般，海边地势地，气压高，空气密度大，风能密度就高。高山一般，海边地势地，气压高，空气密度大，风能密度就高。高山气压低，空气稀薄，风能密度就小些。气压低，空气稀薄，风能密度就小些。 如果高山风速大、气温低仍有相当大的风能潜力。如果高山风速大、气温低仍有相当大的风能潜力。 风能6 6 风能的计

5、算风能的计算风能密度的计算公式：风能密度的计算公式：风能风能 =0.5=0.53 3A A风能密度风能密度W=W=（ NNi i i i3 3）/ /（2N2N）式中式中WW平均风能密度，平均风能密度，W/mW/m2 2 i i等级风速，等级风速，m/sm/sNiNi等级风速等级风速 i i出现的次数出现的次数NN各等级风速出现的总次数各等级风速出现的总次数空气密度，空气密度，kgkg/m/m3 3 风能、全国风能储量估算、全国风能储量估算指离地指离地10m10m高度层上的风能资源量高度层上的风能资源量在地图上画在地图上画10W/m10W/m2 2, 25W/m, 25W/m2 2, 50W/

6、m, 50W/m2 2, 100W/m, 100W/m2 2, 200 , 200 W/mW/m2 2的风能密度等值线，根据风能密度和面积估算风能资源的风能密度等值线，根据风能密度和面积估算风能资源储量储量中国陆地上中国陆地上10m10m高度层上可开发的风能储量为高度层上可开发的风能储量为2.522.52亿千瓦亿千瓦 风能 风力发电的原理风力发电的原理风力发电机的组成风力发电机的组成 风轮（空气的动能风轮（空气的动能 风轮风轮旋转的机械能）空气动力学旋转的机械能）空气动力学的升力、阻力的升力、阻力 发电机（包括传动装置）发电机（包括传动装置） 调向器（尾翼）调向器（尾翼） 塔架塔架 限速安全机

7、构限速安全机构 储能装置储能装置 风能 风力发电机安装场址的选择风力发电机安装场址的选择风能资源丰富风能资源丰富 我国安装风力发电机的资源条件：某地域的年有效风速时我国安装风力发电机的资源条件：某地域的年有效风速时数在数在2000-4000h2000-4000h、年、年6-20m/s6-20m/s风速时数在风速时数在500-1500h500-1500h。具有较稳定的盛行风量具有较稳定的盛行风量湍流小湍流小自然灾害小自然灾害小 风能1010风力发电系统的种类风力发电系统的种类 并网的风电系统并网的风电系统涡轮风机产生电力涡轮风机产生电力 进入交流变频系统进入交流变频系统 转换为交流电网转换为交流

8、电网频率的交流电频率的交流电 进入电网进入电网由于风电的输出功率不稳定由于风电的输出功率不稳定 风电场装机容量占所接入电风电场装机容量占所接入电网的比例不宜超网的比例不宜超5%-10%5%-10%， 且电网需配备一定的备用负荷且电网需配备一定的备用负荷 独立的风电系统独立的风电系统向用电负荷供电向用电负荷供电风力发电风力发电逆变器逆变器 直流电直流电 蓄电池蓄电池 混合型风电系统混合型风电系统风力发电风力发电+ +柴油机发电柴油机发电风力风力+ +（水电解制氢（水电解制氢+ +氢能发电）氢能发电） 风能11 11 风电技术的发展趋势风电技术的发展趋势 单机容量增大单机容量增大 风电机桨叶的变化

9、风电机桨叶的变化桨叶长度增长，最长的叶片达桨叶长度增长，最长的叶片达50m50m桨叶叶形的优化设计桨叶叶形的优化设计桨叶的材料由玻璃纤维增强树脂桨叶的材料由玻璃纤维增强树脂 强度高质量轻的强度高质量轻的碳纤维碳纤维 向柔性发展向柔性发展 塔架高度上升塔架高度上升 控制技术的发展控制技术的发展 海上风力发电海上风力发电 风能三我国风力发电的发展1 1 中国的风能资源中国的风能资源大气环流的影响大气环流的影响海陆和水体的影响海陆和水体的影响地形对风能分布的影地形对风能分布的影响响山脉山脉海拔海拔中小地形中小地形 风能 我国风能资源区划我国风能资源区划风能丰富区风能丰富区 东南沿海、山东半岛、辽东半

10、岛东南沿海、山东半岛、辽东半岛 三北地区三北地区 松花江下游区松花江下游区风能较丰富区风能较丰富区 东南沿海内陆和渤海沿海区东南沿海内陆和渤海沿海区 三北的南部区三北的南部区 青藏高原青藏高原风能可利用区风能可利用区 两广沿海区两广沿海区 大小兴安岭地区大小兴安岭地区 中部地区中部地区风能贫乏区风能贫乏区 川云贵和南岭山地区川云贵和南岭山地区 雅鲁藏布江和昌都区雅鲁藏布江和昌都区 塔里木盆地西部区塔里木盆地西部区3 3 并网风力发电并网风力发电 行业发展历程行业发展历程第一阶段：第一阶段：1986-19901986-1990探索和示范阶段。项目规模小、单机探索和示范阶段。项目规模小、单机容量小。共建了容量小。共建了4 4个风电厂，最大单机容量个风电厂，最大单机容量200kw200kw。第二阶段：第二阶段：1991-19951991-1995示范项目取得成效并逐步推广。共建示范项目取得成效并逐步推广。共建了了5 5个风电厂，最大单机容量个风电