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水平轴力风机图112、垂直轴风力机特点：凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风力机叫垂直抽风力机。形式有：如s型、H型、Ф型等。应用：虽然目前垂直轴风力机尚未大量商品化，但是它有许多特点，如不需大型塔架、发电机可安装在地面上、维修方便及叶片制造简便等，研究日趋增多，各种形式不断出现。各种形式的垂直轴风力机。12Ф型风力机图13三、风力发电系统及装置(一)风力发电机组的系统组成

风力发电系统是将风能转换为电能的机械、电气及共控制设备的组合。通常包括风轮、发电机、变速器(小、微容量及特殊类型的也有不包括变速器的)及有关控制器和储能装置。14（二）调向机构作用：用来调整风力机的风轮叶片旋转平而与空气流动方向相对位置的机构。因为当风轮叶片旋转平面与气流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机从流动的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率最大，所以调向机构又称为迎风机构(国外通称偏航系统)。类型：小型水平轴风力机常用的调向机构有尾舵和尾车；风电场中并网运行的中大型风力机则采用由伺服电动机。15（三）发电机微型及容量在10kW以下的小型风力发电机组，采用永磁式或自励式交流发电机，经整流后向负载供电及向蓄电池充电；容量在l00kw以上的并网运行的风力发电机组，则应用同步发电机或异步发电机：（四）升速齿轮箱作用：是将风力机轴上的低速旋转输入转变为高速旋转输出，以便与发电机运转所需要的转速相匹配。16(五)塔架水平抽风力发电机组需要通过塔架将其置于空中，以捕捉更多的风能。类型：即由钢板制成的锥形筒状塔架和由角钢制成的桁架式塔架。(六)控制系统组成：100kw以上的中型风力发电机组及1Mw以上的大型风力发电机组皆配有由微机或可编程控制器(PLC)组成的控制系统来实现控制、自检和显示功能。17控制系统主要功能：①按预先设定的风速值(一般为3—4m／s)自动启动风力发电机组，并通过软启动装置将异步发电机并人电网。②借助各种传感器自动检测风力发电机组的运行参数及状态，包括风速、风向、风力机风轮转速、发电机转速、发电机温升、发电机输出功率、功率因数、电压、电流等以从齿轮箱轴承的油温、液压系统的油压等。③当风速大干最大运行速度(一般设定为25m／s)时实现自动停机。④故障保护。⑤通过调制解调器与电话线连接。18水平轴中大风力发电机组基本结构19四、其大型页并网妻型风变力发捐电机阳组类型：目臭前世萝界上拜比较胜成熟鲁的并瓦网型脉风力根发电翠机组彼多采条用水父平轴淘风力用机，点其形辰式多振种多何样常短见的预水平茫轴风蚁力机往类型养有：①单膝叶片奇式；住②双售叶片减式；值②三益叶片复式；悉④多省叶片并风车疤式⑤期车轮窑式多夺叶片糊风车陪式；董⑥迎斑风式仇；⑦傍背风崇式等浴。基本告组成：典晌型的合大型毛风力刘发电们机组郊通常否主要父由叶轮、传动谨系统、发尚电机再、调向望机构及控制绳系统等几讯大部言分组究成。20小型套风力伏发电谈机图21风力嘉发电段连接抛电网只系统嫩图22低杨格程风朵力提尚水机冷图23风电乎系统那图124风力习机结丸构图251-擦3风力暗发电卫运行蝴方式分类描：独立尸运行和并网恭运行两种绒运行嫩方式某。一、土独立拥运行厘方式独立扁运行壁的风伤力发滑电机列组，序又称离网驼型风力籍发电宰机组燥，是屠把风缴力发靠电机其组输莫出的雅电能趣经蓄锦电池哄蓄能湾，再王供应汗用户版使用珍，如淘需要穗交流素电，降则要苏加逆冠变器动。（一龄）储装能系蓝统：风力迁发电映系统猛采用站的储魂能系划统主杀要有资：蓄电凑池储皇能、封抽水茶蓄能榜。正在睁研究池试验骗的有压缩边空气忠储能、飞轮帆储能、电解所水制鸽氢储稀能等。26风力喊发电顺特点溪及优轨势:它是忍一种安全甜可靠的发诞电方混式，晶随着军大型搬机组倡的技旨术成帐熟和胃产品咽商品匆化的弃进程敏，风姨力发制电成本户降低。风力京发电谷不消病耗资瓣源、怪不污勾染环口境，具刮有广智阔的拾发展干前景恳，建设拘周期丈一般歪很短，一助台风凭机的铲运输气安装旧时间隆不超鞋过三坐个月摩，万勤千瓦粪级风抵电场完建设沉期不趋到一候年，碑而且厉安装杜一台嫌可投煌产一路台；装机绒规模纹灵活，可喊根据算资金渡多少晌来确允定，椅为筹普集资华金带包来便姑利；运行忌简单，可系完全愈做到健无人股值守娱；实际时占地涉少，机袋组与悦监控答、变缩慧电等迟建筑颠仅占夜风电加场约1％的渡土地话，其净余场役地仍景可供旗农、减牧、弓渔使俱用；对土斗地要崭求低，在梨山丘商、海陡边、煌河堤糖、荒猜漠等拣地形孕条件缴下均世可建卵设，在发伞电方掌式上费还有周多样物化的洗特点，既躬可联垂网运小行，惕也可虽和柴弓油发奸电机剥等级宜成互估补系狱统或际独立姑运行筋，这咳对于宪解决去边远汉无电耐地区尸的用殊电问朴题提捎供了违现实珠可能店性。27(二)与其尘他发坛电形谣式的疾联合膏运行常用秧的方钩式主畜要有腊：1风力——柴油顺发电联合次运行2风力——大阳排能电仍地发及电联种合运豆行风力驳一光榆伏联宝合系责统有忙两种软不同东的运漏行方推式：（1）切换句运行，即恭有风俱时由晴风力沙发电浩机组销供电门，有凡太阳坊光时畜由太头阳能彼电池绑方阵帜供电掌，这弦种方咳式简死单，型但系这统的委效率爽较低欠：（2）同时盆运行浸，风力筑发电帅机组楼与太满阳能粒电池厨方阵怒同时合向苦做电池椅组充扛电，聋可以偿充分考发挥垄两者授的效坝能，馅系统热效率避高。28二、昆并网盘运行载方式作用甚：采用而风力防发电恐机与飘电网费连接堤，由雪电网细输送梦电能擦的方网式，射是克德服风众的随择机性隙而带裂来的这蓄能好问题华的最罢稳妥薪易行镰的运具行方猜式，股同时驱可达专到节疮约矿鹿物燃贯料的问目的穿。应用造：10溜kw以上驾直至Mw级的范风力哗发电向机组绞皆可遥采用雨这种远方式喊。并网陷运行商又可丽分为畏两种炮不同叔的方跟式：①恒午速桓劳频方兽式，即抓风力啊发电薄机组拘的转情速不西随风袍速的琴波动立而变原化，某始终手维持其恒转闸速运骄转，纤从而轮输出挎恒定观额定伞频率胞的交菠流电伶。这妇种方邮式目惠前已惨普遍糖采用柔，具沈有简肃单可帮靠的败优点栗，但幼是对偷风能驱的利虫用不翠充分牌。②变轿速恒迫频方染式，即风庭力发陷电机慕组的修转速兴随风厅速的彻波动混作变糟速运饭行，略但仍潮输出仰恒定夫频率辱的交脾流电斤。这减种方窑式可狱提高啦风能饺的利正用率掘，但砍将导岸致必夺须增饺加实熊现恒趣频输膨出的淡电力宵电子内设备浑，同票时还病应解团决由泛于变止速运底行而绘在风创力发闸电机愁组文油撑结侦构上公出现备共振透现象劫等问鼻题。291-者4风电揉场一、类概念风力匠发电健场是或日前女世界没上风销力发摇电并郊网运呜行方沃式的氧基本副形式浩。图1、图2、图3，在风垃能资灭源良缺好的肆地区欲，将泼几十涛台、微几百斩台或恰几千愉台单齐机容赴量从受数十kw、数今百kw直至MW级以突上的风力怨发电糠机组斜按一靠定的嫌阵列躲布局抬方式胖成群脸安装酬而组敌成的粉风力殃发电蒙机群之体．酱称为赛风力兄发电肃场，锻简称脚风电脖场。风力互发电惭场属棵于大恢规模匹利用刊风能愉的方缴式，怨其发矮出的货电能押全部露经变纹电设叔备送烧往大帆电网对。30(二)风力罩发电涨场的啦选址1、考虑跪因素：风腰电场稿场址扮选择饥的最悲主要睁的因攀素是风能柜资源、环境梦影响、道路至交通及电网损条件等许叼多出滥素。2、主要谊依据：风力伯资源风塔屿建设肌条件气象护数据地形弱地貌对居驼民影葛响31(三)风力乒发电霜场的宪风力止发电浙机组见排布作用呼：合理坦地选秧择机冤组的抽排列塔方式餐，以崖减少收机组授之间摘的相互定影响，风股电场紫内风哗力发教电机贿组的均排列辅应以窗风电百场内可获真得最顿大的先发电邻量来考酬虑。影响白因素冠：主要湿受风煌能分布、风场此地形和土地辆征用的影道响。机组称排列春的最眠主要暗原则嚷：是充律分利尊用风科能资率源，镰最大达程度紧利用黑风能爱。32(四村)风辣力发讲电场为的经新济效鹿益评水估风电葬场容上量系腊数即个发电哗成本亿是衡嗓量风威力发栽电场庸经济者效益唯的重营要指壮标。励风电抽场内膛风力添发电闹机组城容量称系数窑的计雄算方逃法为前：33风电店场每kW连h电能容的发冈电成挑本的尚影响蛇因素风能腊资源塞特性备(主顶要是嘉风速洋频率阶分布古)、风力体发电的机组国设备段的投蹲资费擦用、风电绕场建甜设工尼程费外用、风电输场运屡行维妖护费耀用、建场救投资宾回收呀方式净及期阴限(控指投满资贷能款利额率、剂设备谋规定眼使用冻寿命路及所烫要求谅的固情定回帆收率部等)某些俩部件烂进口酱关税沈、设前备增慢值税月和设红备保世险所句付出删的费授用等达。34(五)风力逝发电委场的御安装梨和调凤试风电论机组梅运行少安装屠方式梁灵活史，既熄可以禾单机皱运行扇，也悄可以上组成移风力冷发电烂场机肆群运穷行，耀采用飞何种跳运行嫂方式卫主要胜决定拜于风执场的剖建设慨条件上；机予组安酒装简坏单，紫单机最安装陶调试耕仅需5—品7天的才时间挨。主要充工作码包括半：机组时基础阵建设最（基础陡钢筋偿敷设、敷设惭接地税网、混吸凝土警浇筑羽和混宅凝土洋捣震笑）主要波部件吊装、内部鹅线路住连接角、机组冷系统羊调试塌。351-大5风力铸发电糟现状浇与展趋望一、钱风力林发电杰发展喉简史起源影：世界嘉上第1台用妄于发菜电的找风力狂机于18福91年在般丹麦消建成腰。发展案：风电伞技术距经过20年的蛛开发吃日臻温成熟军，商沉业化戏机组您的单拳机容予量从55才k消W增加亮到1鼓65域0养kW，风键电成变本从20美分/（kW下·h），族持续扭下降戏到5美分/（kW坊·h），跳运行薪可靠悲性和闸发电夏成本柄接近币常规匙火电甘，迅围速发肯展成度为初抚具规浩模的简新兴召产业兄。目前昌风力米机之道最为美让国CE公司洪的“妙超级爷风力咏机”烫，单怪机功恳率为7.铸3M恐W，风轰车直票径为11餐2m教.36二、发世界逃风电哑现状世界傍风电鱼总装斩机容北量19餐94年底猎为35巩0万kW，19衡95年底准为49庄0万kw，19呢96年底蓝为60河7万kW，19章97年为76施4万kw，19撒98年达10慈15万kW，19影99年达13忘93万kw，20歼01年达18淋45万kw，20苦01年达24异93万kw．20斧02年达累到了11推2．7k夜W，平但均年绘增长会率在30％以晓上。到20其01年底防，全催世界恰风电客场总浓装机段容量穿达到24插93森0M碌w，其粗中：汁德国齐为87乱30绣Mw，居世苦界第1位；美绪国为42划50颂Mw，居世萄界第2位；西划班牙残为35冷50五Mw，居世言界第3位；丹洒麦为24剃60龟Mw，居第4位。在盲此期敢间，米发展所中国签家以喂印度岔的风姜电场偶建设冒发展眉最快盒，到20历01年底养达到14暗60嫁Mw，居世除界第5位。世界峡能源驶委员嚼会预往计，廉全世成界到20们20年风唉力发蕉电装定机容蒸量可躁达18亿—4搜7亿kw。37世界联风电哗发展止预测世界喊风电胡在加扒速发接展，许装机怀容量驼每年楚以近30％的李速度廊递增妄。按照德国风电欧发展姐计划袖，到20掩10年，泉风电蜻电量陪将占均总发弃电量禽的12耳.5％；光到20罚50年，同将占窗到50％。丹麦的风轧电电猛量20签03年占室全国惩总发河电量升的18％，可规划捕到20艺30年，吓风电花将占罪总发唐电量伪的50％。西班数牙、域英国餐和法居国也茂加快祖了风命电的醋发展好。38三、迷我国伤风电饭现状从中架国电洒机工贩程学套会获愁悉，检到今垄年上涝半年朋我国逃有40多个鸭风电营场，装恒机容妄量约胖为76梯.4万千责瓦，风谨电装臣机容艺量仅电占全商国装他机容车量的0.五17冻%。20改04年全怒国在建充项目的装毙机容染量约15龟0万千精瓦，其义中正袭在施旬工的上约42万千蹦瓦，脏可研嫌批复顺的68万千掀瓦，子项目烦建议砖书批充复的45万千圣瓦，考包括血五个10万千惠瓦特洪许权带项目蹄。如堤果这执些项港目抓幕紧实父施，20坛05年底廉累计谋装机喂可超带过10粥0万千摆瓦。39我国喊风电棒造价从统普计数垂据看唉，全橡国风明电上株网电之价比谦常规闷水电稳和火酱电厂浓高出溉许多吹，新泡疆常拔规火塞电上伍网平文均电螺价在0.姜25元/千瓦萄时左片右，飘而风奔电则蛾平均慰达到0.摧6元/千瓦慨时以昨上。滚而风巡寿电利瓶用小艺时数等约在20径00至30注00小时坐左右食，仅逼为火轻电的疤一半蹄。另外放，虽川然风电慈单位篮千瓦页平均铲造价已从10惧00拨0元降蚁到80可00元左右源，但黎仍远勿高于胆火电骡的40边00元/千瓦造价在，建设蚕一座瞎装机10万千皱瓦的锄风电编场，搅约需8亿元送以上绿，而拥建设改同样壳规模旨的火怎电厂详约为4至5亿元浴。40四、瓦主要盟风力宅发电千国家谜发展奖现状(1碰)德国释：装机迈容量陆到19挺94年末向就达64．3万kw，到19锈97年未闪达20收0万kw以上艳，超付过美寄国成闹为世界呜第一纺风电谈大国；仅在19溜99年1年就筐新增15趣6．8万kw，使碧风电廊总装纲机达帅到44恩4．5万kw，发蹄电量庸占全团国的4．5％。到20烈01年底佩，总拆装机梨容量咳达到87宿3万kw，占姜世界汇风力慰发电坡总装她机容详量的35％。德国蜂政府蹦计划奏，到20武10年要及使新题能源胞占总扭装机图容量杂的10％，20顶50年时扒达到50％。41(2钟)美国到19讽94年容晚量就侮达到36馅3万kw，占牙当年补世界脱风电杏总容崇量的53％，坏使美国拉在19更97年前躬一直绩成为同雄居职世界去第一饰的风咐电大飘国。到20别01年底独，美迁国风斧电总扒装机颗为42料5万kw，居导世界醒第2位。近两买年美羽国又床开始批重视委风力晋发电带的发孕展，加气大支斩持力寺度，闲将旧党机更拴新换爱代，精并制农定了税雄心榜勃勃活的技晓术研嫁究发良展计愉划，特最终激日标堪是要腰将风咬电电习价降渔到2.柿5美分/w失h。目前驴联邦挥政府甜规定尽，可生再生鹿能源基每发1k爸wh电可掘减1．5美分病的税歼。19贵98年6月，沾议会宝提出若“可密再生病能源戚有价夸证券范法规氧”(R振P5西)，规垄定新垂能源璃必须暮在电樱力发制电来慌源中缺占有翠一定笨比例道，使宏得风戴力发母电在么总发维电量依中所尸占比许重有蛛可能从19埋98乍的2％提肥高到20只10年的5.兆5％。42(3爽)丹麦丹麦怠是世递界上茶最大速的风兄力发炕电机申组生踪蝶产国，产旧量占板世界60％以神上。浓在其助出口亩产业诊中占蔑第二安位。19舟99年丹甜麦风互电总蝇装机衫达17泊4万kW，其渠发电狠量巳柄占全威国总料量的10％：20兼30年将符达55妇0万kw，发缠电量阶将占净全国吓近50％，球其中转海上伪风电迈场装反机将匀达40胞0万kw。丹麦况政府脱计划泛，未宋来新陷能源(主要搞是风挂电和事生物雪质能)将提役供75％以连上的辰能源各供应愿，燃注煤发愉电将服逐渐核淘汰怜。43五、面我国陵风电台场介午绍（图1、图2、图3）1、广源东省搏南澳犯风电延场（图筒）已安斯装风该力机13坊2台,总装词机容挤量达5.青7万千摄瓦,年发教电量构达1.凯4亿千肯瓦时,成为乏亚洲惜海岛掘最大油的风飞力发静电场护，目前眉，总鹊装机慌容量蛛达7.娱55万千图瓦的沉两个坝大型乐风电锡项目娇正在册建设允中，诵投资22亿多真元的3个海涂上风站电场绕项目梨已投花入前雨期工左作。南澳逝地处蓬台湾棚海峡动西南居端喇割叭口愚，风粱力资珍源丰安富，敢风电站场年役平均拣风速松达8.搏54米/秒，档年有与效风略速时单数超露过70兰00小时秧，有幕效风锋能密越度达10牧11瓦/平方全米，丙风况讯属世惹界最狗佳之絮列，烈是我极国少喉有的藏可以惊大规挡模开斜发风粮力发松电场糖的地坊域之滚一。介绍442、马达坂竞城风状电场达坂城城风施电场算共3仇个风婚电公巾司，纠均注册册在称新疆妻乌鲁啄木齐破市。例风场番年平读均风葬速6丢.7宅m/摔s。淋风电始机组彻共计斯15受7台染,总押容量械82虎80园0k堆W。介绍45达坂遮城风际力发牧电一熟场达坂滴城风拒力发抱电一汪场位斜于兰呜新铁台路及蹄乌喀垦公路暴一侧捐，达说坂城公谷地茧，年隶平均假风速8.文1m抚/s。新疆未水利捏厅19搭86年成依立新蛇疆风挽能公贪司，绢新疆绩风能帆公司倡、新意疆风板能研昼究所胜、新缠疆新镰风科宝工贸堪有限掉责任课公司文是“辰三位搞一体妖”的届高科衫技实记体。19可89年建友成了刘当时活亚洲储最大流的大笋型风悄力发肯电场连，并亚成功款地高惜质量等运行功管理药至今慰，新茎疆金映风科肚贸公房诚司。侦现装浴机42台，乌总容凭量18雹40裙0k酬W。介绍463、跑辉腾碌锡勒践风电练场辉腾衫锡勒丧风电柔场是柄19妥95隆年成深立的出风电其企业帜。场票址位红于内碑蒙中榜旗，锐海拔躁20多10械～2牺13承1m寨，风协速7仔.4链～8拆.2向m/竭s。税规划收容量椅12色0万摘千瓦锤，年邻发电额量3饿3亿修千瓦持时。现装绞机7狂2台胡，总洁容量排42肿70渔0k陈W。股东浪：龙击源电渔力集约团公储司(收50吸%)介绍47六、务世界氧风力们发电潮发展录趁势风力鲜发电抚技术番目前警还在怨不断贫发展览，主浩要体连现在战单机寄容量茅不断扩增大地上。目雄前主伐流风隐力发监电机债组的档功率扛，己痕上升给到60直0—通75孔0k幼w，Mw级的肆机组蛛也已夜成批另生产怜，2M腐w级的住机组愉己在戴试验慎生产厘。风力济发电急场未损来的捞发展立趋向将集恼中在怒：（1）提键高机颂群安赶装场厌地选竖择的蛇准确丈性；蛙（2）改燃进机闪群布仁