风力发电技术课件

风力发电技术

11-1风与风力资源一、风的产生与特性产生：风是地球外表大气层由于太阳的热辐射而引起的空气流动；大气压差是风产生的根本原因。特性：周期性、多样性、复杂性2二、风的能量与测量1、产生能量的基本要素：

风具有一定的质量和速度。2、风能的一些主要特性参数：如风能、风能密度、风速与风级、风向与风频以及风的测量等。1）风能：空气运动产生的动能称为“风能”。2）风能密度：单位时间内通过单位截面积的风能。3）风速与风级：风速就是空气在单位时间内移动的距离，国际上的单位是米／秒(m/s)或千米／小时(km／h)。分13级4）风向与风频：通常把风吹来的地平方向定为风的方向，即风向。风频是指风向的频率，即在一定时间内某风向出现的次数占各风向出现总次数的百分比，5）风的测量：风的测量仪器主要有风向器、杯形风速器和三杯轻便风向风速表等。3三、风力资源据理论计算，太阳辐射到地球的热能中约有2％被转变成风能，全球大气中总的风能量约为1014MW，其中蕴藏的可被开发利用的风能约有3.5×109MW，这比世界上可利用的水能大10倍。（一）世界风力资源分布根据世界能源理事会的有关资料，地球表面有27％的地区年平均风速高于5m／s(距地而10m高)。如将这些地方用作风力发电场，则每km2的风力发电能力最大值可达8Mw，总装机容量可达24x1013w。据分析，实际上陆地面积中风力大于5m／s的地区，其中仅4％有可能安装风力发电机组。4世界风能资源评估5(二)中国风力资源中国风能资源十分丰富，全国风能储量约4.83×109MW，可开发利用的风能资源总量达2.53亿kw。在中国，风能资源主要分布在新疆、内蒙古等北部地区和东部至南部沿海地带及岛屿。1、风能最佳区：(1)东南沿海、山东半岛、辽东半岛以及海上岛屿。(2)内蒙古、甘肃北部。(3)黑龙江南部、吉林东部。2、风能较佳区：(1)西藏高原中北部。（2）三北北部。(3)东南沿海(离海岸线20—50kM)3、风能可利用区：(1)两广沿海。(2)大小兴安岭山区。3)东从辽河平原向西，过华北太平原经西北到最西端，左侧绕西藏高原边缘部分，右侧从华北向南面淮讨、长江到南岭。6（三）风能的利用按照不同的需要，风能可以被转化成其他不同形式的能量，如机械能、电能、热能等，以实现提水灌溉、发电、供热、风帆助航等功能。21世纪风能利用的主要领域是风力发电。71-2风力发电设备一、组成：风力发电机组包括两大部分；一部分是风力机，由它将风能转换为机械能；另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能。二、分类：1）根据它收集风能的结构形式及在空间的布置，可分为水平轴式或垂直轴式。2）从塔架位置上，分为上风式和下风式；3）还可以按桨叶数量，分为单叶片、双叶片、三叶片、四叶片和多叶片式。4）从桨叶和形式上分，有螺旋桨式、H型、S型等；5）按桨叶的工作原理分，则有升力型和阻力型的区别。6）以风力机的容量分，则有微型(1kW以下)、小型(1—10kW)、中型(10—100kW)和大型(100kw以上)机。81、水平轴力风机特点：风力机的风轮轴与地面呈水平状态，称水平轴风力机。组成：它一般内风轮增速器、调速器、调向装置、发电机和塔架等部件组成，大中型风力机还有自动控制系统。图应用：这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦，是日前最具有灾际开发价值的风力机：类型：有传统风车、低速风力机及高速风力机等3大类型。9风力机的主要技术指标参数风轮直径，通常风力机的功率越大，直径越大；叶片数目，高速发电用风力机为2—4片，低速风力机大干4片；叶片材料，现代常采用高强度低密度的复合材料；风能利用系数，一般为0.15—0.5之间；启动风速，一般为3—5m/s;停机风速，通常为15—35m／s;输出功率，现代风力机一般为几百干瓦—几兆瓦；发电机，分为直流发电机和交流发电机；另外还有塔架高度等等。10水平轴力风风机图112、垂直轴风风力机特点：凡风轮转轴轴与地面呈呈垂直状态态的风力机机叫垂直抽抽风力机。。形式有：如s型、H型、Ф型等。应用：虽然目前垂垂直轴风力力机尚未大大量商品化化，但是它它有许多特特点，如不不需大型塔塔架、发电电机可安装装在地面上上、维修方方便及叶片片制造简便便等，研究究日趋增多多，各种形形式不断出出现。各种种形式的垂垂直轴风力力机。12Ф型风力机图图13三、风力发发电系统及及装置(一)风力发电机机组的系统统组成风力发电系系统是将风风能转换为为电能的机机械、电气气及共控制制设备的组组合。通常包括风轮、发电机、变速器(小、微容量量及特殊类类型的也有有不包括变变速器的)及有关控制器和储能装置。14（二）调向向机构作用：用来调整风风力机的风风轮叶片旋旋转平而与与空气流动动方向相对对位置的机机构。因为为当风轮叶叶片旋转平平面与气流流方向垂直直时，也即即是迎着风风向时，风风力机从流流动的空气气中获取的的能量最大大，因而风风力机的输输出功率最最大，所以以调向机构构又称为迎风机构(国外通称偏偏航系统)。类型：小型水平轴轴风力机常常用的调向向机构有尾舵和尾车；风电场中中并网运行行的中大型型风力机则则采用由伺服电动机机。15（三）发电电机微型及容量量在10kW以下的小型型风力发电电机组，采采用永磁式或自自励式交流流发电机，经整流后后向负载供供电及向蓄蓄电池充电电；容量在l00kw以上的并网网运行的风风力发电机机组，则应应用同步发电机机或异步发发电机：（四）升速速齿轮箱作用：是将将风力机轴轴上的低速速旋转输入入转变为高高速旋转输输出，以便便与发电机机运转所需需要的转速速相匹配。。16(五)塔架水平抽风力力发电机组组需要通过过塔架将其其置于空中中，以捕捉捉更多的风风能。类型：即由由钢板制成成的锥形筒状塔塔架和由角钢制制成的桁架式塔架架。(六)控制系统组成：100kw以上的中型型风力发电电机组及1Mw以上的大型型风力发电电机组皆配配有由微机或可编编程控制器器(PLC)组成的控制制系统来实实现控制、、自检和显显示功能。。17控制系统主主要功能：：①按预先设设定的风速速值(一般为3—4m／s)自动启动风风力发电机机组，并通过软软启动装置置将异步发发电机并人人电网。②借助各种种传感器自动检测风风力发电机机组的运行行参数及状状态，包括风速、、风向、风风力机风轮轮转速、发发电机转速速、发电机机温升、发发电机输出出功率、功功率因数、、电压、电电流等以从从齿轮箱轴轴承的油温温、液压系系统的油压压等。③当风速大大干最大运运行速度(一般设定为为25m／s)时实现自动停机。④故障保护。⑤通过调制解解调器与电电话线连接接。18水平轴中大大风力发电电机组基本本结构19四、大型并并网型风力力发电机组组类型：目前世界界上比较成成熟的并网网型风力发发电机组多多采用水平平轴风力机机，其形式式多种多样样常见的水水平轴风力力机类型有有：①单叶片式式；②双叶叶片式；②②三叶片式式；④多叶叶片风车式式⑤车轮式式多叶片风风车式；⑥⑥迎风式；；⑦背风式式等。基本组成：典型的大大型风力发发电机组通通常主要由由叶轮、传动系统、发电机、、调向机构及控制系统等几大部分分组成。20小型风力发发电机图21风力发电连连接电网系系统图22低杨程风力力提水机图图23风电系统图图124风力机结构构图251-3风力发电运运行方式分类：独立运行和并网运行两种运行方方式。一、独立运运行方式独立运行的的风力发电电机组，又又称离网型风力发电机机组，是把把风力发电电机组输出出的电能经经蓄电池蓄蓄能，再供供应用户使使用，如需需要交流电电，则要加加逆变器。。（一）储能能系统：风力发电系系统采用的的储能系统统主要有：：蓄电池储能能、抽水蓄蓄能。正在研究试试验的有压缩空气储储能、飞轮储能、电解水制氢氢储能等。26风力发电特特点及优势势:它是一种安全可靠的发电方式式，随着大大型机组的的技术成熟熟和产品商商品化的进进程，风力力发电成本降低。风力发电不不消耗资源源、不污染染环境，具有广阔阔的发展前前景，建设周期一一般很短，一台风机机的运输安安装时间不不超过三个个月，万千千瓦级风电电场建设期期不到一年年，而且安安装一台可可投产一台台；装机规模灵灵活，可根据资资金多少来来确定，为为筹集资金金带来便利利；运行简单，可完全做做到无人值值守；实际占地少少，机组与监监控、变电电等建筑仅仅占风电场场约1％的土地，，其余场地地仍可供农农、牧、渔渔使用；对土地要求求低，在山丘、、海边、河河堤、荒漠漠等地形条条件下均可可建设，在发电方式式上还有多多样化的特特点，既可联网网运行，也也可和柴油油发电机等等级成互补补系统或独独立运行，，这对于解解决边远无无电地区的的用电问题题提供了现现实可能性性。27(二)与其他发电电形式的联联合运行常用的方式式主要有：：1风力——柴油发电联合运行2风力——大阳能电地地发电联合合运行风力一光伏伏联合系统统有两种不不同的运行行方式：（1）切换运行，即有风时时由风力发发电机组供供电，有太太阳光时由由太阳能电电池方阵供供电，这种种方式简单单，但系统统的效率较较低：（2）同时运行，，风力发电机机组与太阳阳能电池方方阵同时向向苦电池组组充电，可可以充分发发挥两者的的效能，系系统效率高高。28二、并网运运行方式作用：采用风力发发电机与电电网连接，，由电网输输送电能的的方式，是是克服风的的随机性而而带来的蓄蓄能问题的的最稳妥易易行的运行行方式，同同时可达到到节约矿物物燃料的目目的。应用：10kw以上直至至Mw级的风力力发电机机组皆可可采用这这种方式式。并网运行行又可分分为两种种不同的的方式：：①恒速桓桓频方式式，即风力力发电机机组的转转速不随随风速的的波动而而变化，，始终维维持恒转转速运转转，从而而输出恒恒定额定定频率的的交流电电。这种种方式目目前已普普遍采用用，具有有简单可可靠的优优点，但但是对风风能的利利用不充充分。②变速恒恒频方式式，即风力发发电机组组的转速速随风速速的波动动作变速速运行，，但仍输输出恒定定频率的的交流电电。这种种方式可可提高风风能的利利用率，，但将导导致必须须增加实实现恒频频输出的的电力电电子设备备，同时时还应解解决由于于变速运运行而在在风力发发电机组组文撑结结构上出出现共振振现象等等问题。。291-4风电场一、概念念风力发电电场是日日前世界界上风力力发电并并网运行行方式的的基本形形式。图1、图2、图3，在风能资资源良好好的地区区，将几几十台、、几百台台或几千千台单机机容量从从数十kw、数百kw直至MW级以上的的风力发电电机组按按一定的的阵列布布局方式式成群安安装而组组成的风风力发电电机群体体．称为为风力发发电场，，简称风风电场。。风力发电电场属于于大规模模利用风风能的方方式，其其发出的的电能全全部经变变电设备备送往大大电网。。30(二)风力发电电场的选选址1、考虑因素素：风电场场场址选选择的最最主要的的因素是是风能资源源、环境影响响、道路交通通及电网条件件等许多出出素。2、主要依据据：风力资源源风塔建设设条件气象数据据地形地貌貌对居民影影响31(三)风力发电电场的风风力发电电机组排排布作用：合理地选选择机组组的排列列方式，，以减少少机组之之间的相互影响响，风电场场内风力力发电机机组的排排列应以以风电场场内可获得最最大的发发电量来考虑。。影响因素素：主要受风风能分布、风场地形形和土地征用用的影响。。机组排列列的最主主要原则则：是充分利利用风能能资源，，最大程程度利用用风能。。32(四)风风力发电电场的经经济效益益评估风电场容容量系数数即发电电成本是是衡量风风力发电电场经济济效益的的重要指指标。风风电场内内风力发发电机组组容量系系数的计计算方法法为：33风电场每每kWh电能的发发电成本本的影响响因素风能资源源特性(主要是是风速频频率分布布)、风力发电电机组设设备的投投资费用用、风电场建建设工程程费用、、风电场运运行维护护费用、、建场投资资回收方方式及期期限(指指投资贷贷款利率率、设备备规定使使用寿命命及所要要求的固固定回收收率等)某些部件件进口关关税、设设备增值值税和设设备保险险所付出出的费用用等。34(五)风力发电电场的安安装和调调试风电机组组运行安安装方式式灵活，，既可以以单机运运行，也也可以组组成风力力发电场场机群运运行，采采用何种种运行方方式主要要决定于于风场的的建设条条件；机机组安装装简单，，单机安安装调试试仅需5—7天的时间间。主要工作作包括：：机组基础础建设（（基础钢筋筋敷设、敷设接地地网、混凝土土浇筑和和混凝土土捣震））主要部件件吊装、内部线路路连接、、机组系统统调试。。351-5风力发电电现状与与展望一、风力力发电发发展简史史起源：世界上第第1台用于发发电的风风力机于于1891年在丹麦麦建成。。发展：风电技术术经过20年的开发发日臻成成熟，商商业化机机组的单单机容量量从55kW增加到1650kW，风电成成本从20美分/（kW·h），持续续下降到到5美分/（kW·h），运行行可靠性性和发电电成本接接近常规规火电，，迅速发发展成为为初具规规模的新新兴产业业。目前风力力机之最最为美国CE公司的““超级风风力机””，单机机功率为为7.3MW，风车直直径为112m.36二、世界界风电现现状世界风电电总装机机容量1994年底为350万kW，1995年底为490万kw，1996年底为607万kW，1997年为764万kw，1998年达1015万kW，1999年达1393万kw，2001年达1845万kw，2001年达2493万kw．2002年达到了了112．7kW，平均年年增长率率在30％以上。。到2001年底，全全世界风风电场总总装机容容量达到到24930Mw，其中：：德国为为8730Mw，居世界第第1位；美国为为4250Mw，居世界第第2位；西班牙牙为3550Mw，居世界第第3位；丹麦为为2460Mw，居第4位。在此期期间，发发展中国国家以印印度的风风电场建建设发展展最快，，到2001年底达到到1460Mw，居世界第第5位。世界能源源委员会会预计，，全世界界到2020年风力发发电装机机容量可可达18亿—47亿kw。37世界风电电发展预预测世界风电电在加速速发展，，装机容容量每年年以近30％的速度度递增。。按照德国风电发展展计划，，到2010年，风电电电量将将占总发发电量的的12.5％；到2050年，将占占到50％。丹麦的风电电电量2003年占全国国总发电电量的18％，规划划到2030年，风电电将占总总发电量量的50％。西班牙、、英国和和法国也也加快了了风电的的发展。。38三、我国国风电现现状从中国电电机工程程学会获获悉，到到今年上上半年我我国有40多个风电电场，装机容容量约为为76.4万千瓦，风电装装机容量量仅占全全国装机机容量的的0.17%。2004年全国在建项目目的装机容容量约150万千瓦，其中正正在施工工的约42万千瓦，，可研批批复的68万千瓦，，项目建建议书批批复的45万千瓦，，包括五五个10万千瓦特特许权项项目。如如果这些些项目抓抓紧实施施，2005年底累计计装机可可超过100万千瓦。。39我国风电电造价从统计数数据看，，全国风风电上网网电价比比常规水水电和火火电厂高高出许多多，新疆疆常规火火电上网网平均电电价在0.25元/千瓦时左左右，而而风电则则平均达达到0.6元/千瓦时以以上。而而风电利利用小时时数约在在2000至3000小时左右右，仅为为火电的的一半。。另外，虽虽然风电单位位千瓦平平均造价价已从10000元降到8000元左右，但但仍远高高于火电电的4000元/千瓦造价，建设一座座装机10万千瓦的的风电场场，约需需8亿元以上上，而建建设同样样规模的的火电厂厂约为4至5亿元。40四、主要要风力发发电国家家发展现现状(1)德国：装机容量到1994年末就达64．3万kw，到1997年未达200万kw以上，超过美美国成为世界第一风电电大国；仅在1999年1年就新增156．8万kw，使风电总装装机达到444．5万kw，发电量占全全国的4．5％。到2001年底，总装机机容量达到873万kw，占世界风力力发电总装机机容量的35％。德国政府计划划，到2010年要使新能源源占总装机容容量的10％，2050年时达到50％。41(2)美国到1994年容量就达到到363万kw，占当年世界界风电总容量量的53％，使美国在1997年前一直成为为雄居世界第第一的风电大大国。到2001年底，美国风风电总装机为为425万kw，居世界第2位。近两年美国又又开始重视风风力发电的发发展，加大支持力力度，将旧机机更新换代，，并制定了雄雄心勃勃的技技术研究发展展计划，最终终日标是要将将风电电价降降到2.5美分/wh。目前联邦政府府规定，可再再生能源每发发1kwh电可减1．5美分的税。1998年6月，议会提出出“可再生能能源有价证券券法规”(RP5)，规定新能源源必须在电力力发电来源中中占有一定比比例，使得风风力发电在总总发电量中所所占比重有可可能从1998乍的2％提高到2010年的5.5％。42(3)丹麦丹麦是世界上上最大的风力力发电机组生生产国，产量占世界界60％以上。在其其出口产业中中占第二位。。1999年丹麦风电总总装机达174万kW，其发电量巳巳占全国总量量的10％：2030年将达550万kw，发电量将占占全国近50％，其中海上上风电场装机机将达400万kw。丹麦政府计划划，未来新能能源(主要是风电和和生物质能)将提供75％以上的能源源供应，燃煤煤发电将逐渐渐淘汰。43五、我国风电电场介绍（图1、图2、图3）1、广东省南澳澳风电场（图）已安装风力机机132台,总装机容量达达5.7万千瓦,年发电量达1.4亿千瓦时,成为亚洲海岛岛最大的风力力发电场，目前，总装机机容量达7.55万千瓦的两个个大型风电项项目正在建设设中，投资22亿多元的3个海上风电场场项目已投入入前期工作。。南澳地处台湾湾海峡西南端端喇叭口，风风力资源丰富富，风电场年年平均风速达达8.54米/秒，年有效风风速时数超过过7000小时，有效风风能密度达1011瓦/平方米，风况况属世界最佳佳之列，是我我国少有的可可以大规模开开发风力发电电场的地域之之一。介绍442、达坂城风风电场达坂城风电场场共3个风电电公司，均注注册在新疆乌乌鲁木齐市。。风场年平均均风速6.7m/s。风风电机组共计计157台,总容量82800kW。介绍45达坂城风力发发电一场达坂城风力发发电一场位于于兰新铁路及及乌喀公路一一侧，达坂城城谷地，年平平均风速8.1m/s。新疆水利厅1986年成立新疆风风能公司，新新疆风能公司司、新疆风能能研究所、新新疆新风科工工贸有限责任任公司是“三三位一体”的的高科技实体体。1989年建成了当时时亚洲最大的的大型风力发发电场，并成成功地高质量量运行管理至至今，新疆金金风科贸公司司。现装机42台，总容量18400kW。介绍463、辉腾锡勒勒风电场辉腾锡勒风电电场是1995年成立的的风电企业。。场址位于内内蒙中旗，海海拔2010～2131m，风速7.4～8.2m/s。。规划容量120万千瓦瓦，年发电量量33亿千瓦瓦时。现装机72台台，总容量42700kW。股东：龙源电电