风力发电技术课件

风力发电技术

1绪论1-1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绪论二、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绪论三、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绪论世界风能资源评估5绪论(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绪论（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。7绪论1-2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。8绪论1、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绪论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绪论水平轴力风机图11绪论2、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。12绪论Ф型风力机图13绪论三、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绪论（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绪论（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绪论(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绪论控制系统主要功能：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绪论水平轴中大风力发电机组基本结构19绪论四、大型并网型风力发电机组类型：目前世界上比较成熟的并网型风力发电机组多采用水平轴风力机，其形式多种多样常见的水平轴风力机类型有：①单叶片式；②双叶片式；②三叶片式；④多叶片风车式⑤车轮式多叶片风车式；⑥迎风式；⑦背风式等。基本组成：典型的大型风力发电机组通常主要由叶轮、传动系统、发电机、调向机构及控制系统等几大部分组成。20绪论小型皆风力碌发电牛机图21绪论风力北发电嘉连接液电网尝系统胳图22绪论低杨芽程风胶力提哑水机肾图23绪论风电尿系统代图124绪论风力燥机结傻构图25绪论1-3风力宝发电宗运行载方式分类：独立运肾行和并网运贿行两种版运行闹方式莫。一、独铜立运行逮方式独立运榆行的风豪力发电乏机组，加又称离网向型风力摧发电抄机组际，是什把风蜡力发熔电机眉组输孤出的嘉电能命经蓄父电池宰蓄能妖，再斑供应蓄用户桶使用咬，如注需要酷交流灰电，柴则要紧加逆漏变器割。（一砖）储荣能系闪统：风力坑发电利系统纤采用桨的储怪能系既统主潮要有铁：蓄电失池储考能、伯抽水王蓄能寇。正在研香究试验谢的有压缩空蛛气储能、飞轮储窝能、电解酒水制难氢储累能等。26绪论风力并发电坊特点找及优泽势:它是不一种安全可贷靠的发蔽电方形式，猾随着鞋大型贩机组携的技盲术成之熟和乳产品烘商品后化的朋进程嚼，风惠力发迈电成本降角低。风力糖发电念不消恨耗资服源、翼不污昨染环驻境，具有老广阔的财发展前马景，建设周统期一般农很短，一台把风机的黎运输安惜装时间烫不超过箩三个月孕，万千魄瓦级风抗电场建才设期不牲到一年暴，而且随安装一黎台可投嘉产一台我；装机换规模灰灵活，可根固据资金牛多少来滔确定，无为筹集狱资金带你来便利坚；运行简牺单，可完雷全做到祸无人值漂守；实际肿占地勤少，机组笔与监控参、变电彻等建筑宏仅占风乡丰电场约1％的土哭地，其驰余场地尤仍可供皇农、牧椅、渔使债用；对土督地要呢求低，在山糕丘、海牵边、河煤堤、荒破漠等地杰形条件沸下均可闹建设，在发电偷方式上叉还有多猛样化的谢特点，既可事联网运护行，也宵可和柴斥油发电帮机等级办成互补软系统或徐独立运赞行，这灿对于解卷决边远仰无电地仍区的用锻电问题叮提供了矩现实可伙能性。27绪论(二)与其他毯发电形叉式的联录合运行常用的肥方式主签要有：1风力——柴油者发电联合理运行2风力——大阳能急电地发偏电联合只运行风力展一光纵伏联度合系门统有躲两种耽不同螺的运湾行方樱式：（1）切换运压行，即克有风顾时由宿风力棉发电小机组岭供电稼，有搅太阳访光时碌由太赔阳能着电池拴方阵丑供电杏，这载种方埋式简您单，枣但系熔统的嘱效率竖较低圈：（2）同时运路行，风力发拥电机组纳与太阳劝能电池窝方阵同就时向苦捧电池组头充电，怎可以充伟分发挥恰两者的冶效能，瞒系统效雁率高。28绪论二、并柜网运行资方式作用：采用风垄力发电授机与电惊网连接平，由电作网输送弟电能的裤方式，亏是克服泉风的随服机性而瓦带来的劈燕蓄能问萌题的最晌稳妥易鲜行的运呆行方式扰，同时旺可达到释节约矿愧物燃料怀的目的技。应用：10k倡w以上直现至Mw级的算风力凶发电买机组末皆可砌采用勤这种葡方式滨。并网继运行欢又可倦分为森两种湾不同森的方酿式：①恒速银桓频方纳式，即风内力发电已机组的椅转速不浸随风速伏的波动寺而变化倾，始终些维持恒然转速运畏转，从晋而输出焰恒定额膜定频率报的交流恢电。这涨种方式询目前已解普遍采群用，具招有简单躬可靠的羡优点，蔑但是对掘风能的赢利用不嫌充分。②变鲁速恒何频方恼式，即风力宜发电机击组的转岛速随风辉速的波拖动作变佣速运行应，但仍铅输出恒地定频率狐的交流沟电。这巴种方式轧可提高肯风能的厕利用率名，但将捧导致必庆须增加系实现恒埋频输出屡的电力芳电子设阶备，同芬时还应捏解决由薪于变速故运行而暗在风力拌发电机丢组文撑时结构上卖出现共从振现象纯等问题食。29绪论1-浓4风电汤场一、蝇概念风力度发电类场是鲜日前结世界吼上风谋力发河电并矿网运义行方缩慧式的滋基本乐形式州。图1、图2、图3，在风能付资源良诸好的地技区，将负几十台侮、几百彩台或几华千台单秧机容量受从数十kw、数洁百kw直至MW级以器上的风力发悬电机组穷按一定糟的阵列择布局方侧式成群只安装而造组成的脾风力发辩电机群则体．称盟为风力漂发电场舟，简称丛风电场收。风力发译电场属鱼于大规仰模利用察风能的飞方式，巡寿其发出赠的电能摊全部经券变电设惹备送往趟大电网寄。30绪论(二)风力发释电场的融选址1、考虑因泽素：风默电场贱场址规选择雹的最只主要宾的因秃素是风能葱资源、环境影捆响、道路交床通及电网条凉件等许多宜出素。2、主要接依据：风力哈资源风塔导建设踪蝶条件气象掀数据地形地路貌对居民呼影响31绪论(三)风力妹发电挨场的些风力向发电恢机组咱排布作用：合理伐地选恶择机竟组的泡排列浮方式致，以持减少响机组血之间染的相互影强响，风电六场内风双力发电拘机组的幅排列应全以风电厕场内可获得制最大的光发电量来考潮虑。影响肉因素痰：主要铅受风掏能分布、风场地挺形和土地征效用的影誓响。机组排泪列的最霞主要原虫则：是充趟分利流用风观能资驾源，农最大刃程度雾利用辨风能姥。32绪论(四)风力发告电场的杏经济效是益评估风电僚场容她量系虽数即舒发电政成本轮是衡纱量风宜力发休电场术经济调效益善的重亿要指菠标。托风电可场内枪风力啦发电女机组脑容量搬系数哈的计飘算方呈法为筑：33绪论风电勾场每kW肺h电能的欲发电成笼本的影仗响因素风能语资源前特性(主要杜是风狗速频篇率分倍布)、风力发渡电机组剩设备的攀投资费钩用、风电场村建设工洒程费用朋、风电扣场运摩行维奥护费但用、建场投蹦资回收工方式及衔期限(指投圆资贷输款利炎率、盛设备赤规定均使用依寿命熄及所冷要求丙的固丑定回矛收率永等)某些部航件进口棉关税、爱设备增挡值税和饿设备保阅险所付垦出的费达用等。34绪论(五)风力透发电滨场的均安装寨和调瓜试风电芬机组绝运行辰安装霉方式扮灵活叛，既寇可以纷单机冻运行醋，也夹可以罗组成湾风力酱发电污场机澡群运渣行，冶采用晚何种布运行饺方式油主要站决定裳于风选场的席建设毅条件覆；机垮组安糕装简粮单，拔单机吊安装懒调试动仅需5—桶7天的时捆间。主要录工作鹊包括耽：机组基牢础建设系（基础钢违筋敷设、敷设接乔地网、混凝吓土浇筑蚕和混凝牲土捣震裁）主要部更件吊装、内部线大路连接牌、机组昼系统茶调试卵。35绪论1-5风力发单电现状厨与展望一、风亩力发电价发展简扰史起源文：世界棒上第1台用脚于发剪电的听风力搬机于18朋91年在巴丹麦饶建成爬。发展：风电那技术缩慧经过20年的开晓发日臻走成熟，败商业化腥机组的目单机容傻量从55字kW增加到16鉴50词kW，风电惯成本从20美分/（kW·滤h），持毒续下降觉到5美分/（kW援·h），运声行可靠复性和发亭电成本趣接近常避规火电菊，迅速神发展成遥为初具禽规模的石新兴产猜业。目前风画力机之永最为美戴国CE公司舍的“潮超级沫风力猛机”拾，单敢机功愿率为7.州3M种W，风荣车直流径为11砖2m录.36绪论二、世厚界风电舰现状世界风莫电总装鼠机容量19米94年底剥为350万kW，19赴95年底为490万kw，19浇96年底为607万kW，19形97年为764万kw，199狸8年达101匹5万kW，19津99年达139蜂3万kw，20住01年达184盯5万kw，200支1年达24传93万kw．20吨02年达到疫了112．7kW，平均激年增长郑率在30％以上漆。到20料01年底油，全族世界港风电简场总和装机啊容量遍达到24惰93祸0M绿w，其中绢：德国目为87企30袋Mw，居世肚界第1位；美针国为42叨50魄Mw，居世惠界第2位；西班岁牙为355夹0Mw，居世劣界第3位；丹崖麦为24皂60坛Mw，居第4位。在此弯期间，取发展中摄国家以四印度的垄风电场五建设发羡展最快画，到20扇01年底达紫到14引60滋Mw，居世徐界第5位。世界能箱源委员和会预计直，全世刮界到20链20年风煎力发纷电装遥机容让量可伴达18亿—47亿kw。37绪论世界舱风电干发展葵预测世界风落电在加承速发展碗，装机魄容量每氏年以近30％的速你度递增础。按照德国风电发携展计划没，到201秩0年，风父电电量主将占总敢发电量冻的12鞭.5％；贯到205浸0年，贤将占梢到50％。丹麦的风鱼电电今量20融03年占遍全国熔总发打电量膊的18％，葡规划姐到20哈30年，风黑电将占摧总发电拼量的50％。西班障牙、急英国去和法内国也鸣加快加了风姐电的杆发展牲。38绪论三、健我国厅风电像现状从中心国电溜机工弱程学跌会获狮悉，匙到今帐年上挂半年帜我国围有40多个城风电以场，装大机容季量约栗为76孕.4万千毛瓦，风赔电装育机容跪量仅杀占全购国装凝机容无量的0.1蚀7%。200碗4年全国在建项风目的装机伙容量约150万千恩瓦，其中无正在施断工的约42万千遍瓦，悄可研单批复购的68万千快瓦，疫项目甜建议鄙书批住复的45万千饥瓦，排包括封五个10万千嚼瓦特潮许权剂项目踩。如啦果这晋些项宿目抓职紧实喇施，20念05年底摇累计威装机鸟可超枪过100万千朱瓦。39绪论我国风雅电造价从统计跨数据看裕，全国底风电上抵网电价票比常规喊水电和顿火电厂肉高出许中多，新沈疆常规畏火电上古网平均极电价在0.董25元/千瓦颗时左猛右，暴而风团电则荣平均醋达到0.6元/千瓦时纪以上。传而风电楚利用小速时数约励在20靠00至300附0小时守左右于，仅撒为火旷电的唉一半剑。另外滥，虽亩然风电剥单位豆千瓦仆平均辫造价已从10请00跳0元降姨到800和0元左右荡，但持仍远董高于稀火电肯的400要0元/千瓦造价谱，建设非一座桥装机10万千瓦施的风电土场，约雪需8亿元坡以上寺，而宅建设革同样闭规模串的火坝电厂旱约为4至5亿元庭。40绪论四、愁主要梁风力冒发电没国家粪发展梦现状(1)德国：装机容圈量到199存4年末就梯达64．3万kw，到19集97年未羊达200万kw以上不，超帜过美会国成兼为世界剖第一祸风电属大国；仅在19话99年1年就梯新增15凶6．8万kw，使辩风电夸总装恢机达握到44应4．5万kw，发电军量占全桶国的4．5％。到200绒1年底，漏总装机其容量达器到87洽3万kw，占世摩界风力占发电总施装机容坚量的35％。德国政积府计划迈，到201醋0年要使莲新能源损占总装办机容量讯的10％，205煮0年时罗达到50％。41绪论(2肠)美国到199企4年容败量就为达到36锯3万kw，占吩当年兰世界询风电米总容盖量的53％，催使美国在19晕97年前航一直抱成为品雄居前世界嫌第一榴的风贼电大软国。到20贡01年底，犯美国风旧电总装揪机为42信5万kw，居陈世界上第2位。近两斥年美将国又美开始作重视绒风力春发电劈燕的发障展，加易大支歼持力瓣度，拦将旧熊机更脸新换瓜代，威并制斯定了巧雄心罚勃勃愁的技户术研偏究发打展计赵划，骄最终豆日标研是要淡将风雅电电羊价降挣到2.啦5美分/wh。目前傍联邦蜻政府易规定沈，可衬再生候能源拆每发1k齿wh电可涨减1．5美分雨的税迫。199垃8年6月，畅议会收提出储“可育再生沫能源千有价从证券妨法规凑”(RP知5)，规私定新斯能源晴必须梯在电促力发伟电来暗源中奇占有酿一定迅比例而，使涌得风弯力发昏电在饶总发忽电量迟中所家占比损重有压可能从199青8乍的2％提高站到20价10年的5.已5％。42绪论(3)丹麦丹麦经是世搏界上框最大宇的风师力发逼电机鸡组生秤产国，产量脚占世界60％以削上。草在其虹出口凤产业薪中占劳第二船位。199蚂9年丹麦企风电总稻装机达174万kW，其炎发电档量巳淋占全魔国总洞量的10％：20众30年将离达550万kw，发教电量啊将占创全国患近50％，其痛中海上坝风电场店装机将废达40设0万kw。丹麦瘦政府致计划斧，未乖来新义能源(主要是老风电和剂生物质雾能)将提供75％以夜上的潮能源鱼供应赛，燃杠煤发傻电将灿逐渐均淘汰魂。43绪论五、艰我国鞭风电蠢场介忘绍（图1、图2、图3）1、广府东省项南澳义风电爱场（图宫）已安装假风力机13原2台,总装至机容英量达5.7万千脚瓦,年发电科量达1.冠4亿千乏瓦时,成为亚杠洲海岛磁最大的储风力发鉴电场，目前，连总装机倡容量达7.肠55万千握瓦的劈燕两个毕大型斜风电口项目杰正在抹建设悼中，惧投资22亿多钳元的3个海阻上风邀电场明项目伙已投伯入前爆期工结作。南澳温地处迹台湾损海峡临西南让端喇坡叭口假，风勉力资壁源丰配富，行风电文场年赞平均现风速盛达8.5羞4米/秒，胶年有仇效风问速时体数超窗过70劣00小时，邪有效风脾能密度护达101豆1瓦/平方米壤，风况虎属世界步最佳之智列，是纤我国少求有的可滨以大规易模开发见风力发夏电场的宪地域之敲一。介绍44绪论2、达轰坂城秀风电傻场达坂讨城风舰电场慢共3个风管电公曾司，堤均注摩册在糟新疆光乌鲁萌木齐披市。逗风场简年平循均风淹速6.舒7m净/s。风举电机篇组共遮计15誓7台,总容速量828属00k藏W。介绍45绪论达坂城黑风力发跌电一场达坂脏城风决力发周电一江场位月于兰猾新铁松路及晚乌喀坑公路如一侧泽，达棒坂城箩谷地资，年爆平均迈风速8.布1m顺/s。新疆水乳利厅198郑6年成立袄新疆风丸能公司揭，新疆旬风能公当司、新圣疆风能乔研究所容、新疆余新风科鼠工贸有冷限责任荐公司是熊“三位现一体”怨的高科雁技实体即。198换9年建成越了当时造亚洲最鼠大的大苍型风力珍发电场唐，并成轧功地高验质量运拒行管理沿至今，盗新疆金射风科贸币公司。替现装机42台，练总容郊量18颗40龙0k康W。介绍46绪论3、辉腾白锡勒风伶电场辉腾锡颜勒风电鄙场是19影95年成杆立的键风电点企业陈。场轰址位预于内香蒙中剥旗，宝海拔201睬0～213女1m，风男速7.神4～8.字2m屿/s。规划壶容量120万千瓦盐，年发赞电量33亿千勤瓦时雾。现装易机72台，盖总容叉量42慈70话0k垃W。股东：损龙源电控力集团扩公司(5衣0%还)介绍47绪论六、固世界卫风力即发电浪发展佛趁势风力营发电拉技术兴目前单还在倍不断基发展狮，主罢要体添现在灶单机此容量县不断前增大饰上。目前趋主流风唉力发电直机组的占功率，社己上升判到600灯—75刮0kw，Mw级的机以组也已沸成批生牺产，2M碎w级的机续组己在戒试验生咱产。风力发遥电场未哗来的发蜓展趋向将集中袭在：（1）提高扒机群安毕装场地未选择的讯准确性强；（2）改棒