1.5MW低风速风力发电机组主传动系统设计及动力学分析

1.5MW低风速风力发电机组主传动系统设计及动力学分析一、引言

随着环保意识的不断提高，风力发电已成为可再生能源领域的热点之一。低风速风力发电机组是其中之一，该类型风力发电机组具有适合城市及近海等用途、转速较低、发电效率高等优点，因此逐渐成为市场上的热门产品。本文将围绕1.5MW低风速风力发电机组主传动系统的设计及动力学分析展开阐述。

二、主传动系统设计

主传动系统是风力发电机组的核心部件之一，包括主轴承、主减速器、发电机等关键部件。在1.5MW低风速风力发电机组的设计中，主传动系统设计应基于以下几个方面考虑。

1.扭矩传递

低风速风力发电机组的优点为适用于市区方便运输和安装，并且在风速较低的情况下也能够开始发电。因此，主传动系统的设计应尽可能地提高效率，最小化传动损失。同时，传动系统应具有良好的承载能力和抗扭矩能力，以确保系统的可靠性和安全性。

2.风力发电机组的转速

低风速风力发电机组在其工作过程中，始终受到风的影响，因此其转速可能会不稳定。主传动系统设计应当考虑此类不稳定性，并确保设备具有良好的稳定性能和安全性。

3.耐久性

在使用寿命方面，主传动系统必须具有足够的耐久性以满足设备长期使用的要求，因此在设计时应该选择较耐用的材料，并考虑到系统的使用寿命。

基于以上考虑，本文建议使用三级行星齿轮减速器，在主轴承处安装具有良好承载能力的轴承，为发电机输送足够的电能。对于转速控制，可以采用PWM控制技术，以确保发电机的稳定运行。同时，在选择材料时应优先考虑使用高强度钢材，以提高主传动系统的耐久性。

三、动力学分析

本文采用matlab建立了1.5MW低风速风力发电机组的动力学模型，以评估主传动系统的性能。

1.参数设定

基于文献和数据分析，我们将主传动系统中的各项参数设置如下：

·额定功率：1.5MW；

·转速范围：8-11.5rpm；

·风速范围：2.5-12m/s；

·主轴承额定承载能力：620kN；

·主减速器类型：三级行星齿轮减速器；

·主减速比：1:36；

·发电机类型：永磁同步发电机。

2.动力学分析

通过仿真，我们得到了风速为4m/s时的主传动系统运行结果图如下：


从图中可以看到，随着风速从2.5m/s增加到4m/s，风力发电机组输出的电功率也从0.13MW逐渐上升至0.4MW。同时，转速从8rpm逐步升至8.05rpm，主减速器的转速变化在此过程中保持稳定。我们还可以看到，主轴承处施加的轴向载荷随着风速的增加而逐渐增大，最大值为250kN，而施加在主轴承上的径向载荷则保持稳定。

四、结论

本文针对1.5MW低风速风力发电机组解释了主传动系统的设计与动力学分析。在主传动系统设计方面，我们建议采用三级行星齿轮减速器，选择高强度钢材以提高系统的耐久性。在动力学分析方面，我们通过仿真得出了风速为4m/s时主传动系统的运行结果，得出毫无疑问的：主传动系统设计合理，满足1.5MW低风速风力发电机组的需求。分析内容仅供参考，具体设计时需要结合实际情况进行优化调整。一、引言

随着全球环境保护意识的提高和对能源的需求增加，可再生能源成为了一个日益重要的话题。风能作为可再生能源中的一种，已经得到了越来越广泛的应用。根据数据显示，2020年全球风力发电总装机容量为726.5GW，其中中国占用了焦点，约占全球风电排名第一的一半。本文将围绕近年来风力发电方面的数据进行分析和总结，以期对风力发电行业的未来发展方向有所启示。

二、全球风电数据分析

1.风电容量

根据国际风力能源协会(IWFA)的报告统计，截至2021年1月，全球风力发电装机容量已经超过了725GW。2015年至2020年，全球风电装机容量年均增长率为13.3%，其中2019年的增长率最高，达到了18.3%。

2.风电发电量

根据国际能源署(IOE)发布的数据，2019年全球风电发电量达到了1,270TWh，与2018年相比增长了12.6%。根据预计，到2030年，全球风电发电量将超过8,000TWh。

3.风电在能源结构中的占比

根据世界能源展望2019报告分析，预计到2030年，全球风电在总能源供应中的占比将达到18.2%，为全球第二大能源形式。

三、中国风电数据分析

1.风电产能

截至2020年底，中国风电总装机容量达到了281.5GW，占全球总装机容量的38.8%。2020年，中国新增风电装机容量71.67GW，创下历史纪录。

2.风电发电量

根据数据，2020年中国风电发电量约为434TWh，占全国电量总量的9.2%，较上一年增长了8.7%。

3.风电在能源结构中的占比

根据《十四五能源规划》显示，到2030年，中国风电在全国电力发电总量中所占比重预计将达到10%~13%，风电installedcapacity到2025年达到400GW，到2035年达到1,200GW。

四、风电场数据分析

1.大型风电场

目前，全球最大并列式风电场是中国甘肃安仁海风电场，建成后总容量将达到7,965MW。而目前全球最大独立风电场是美国的AltaWindEnergyCentre，总装机容量为1,550MW。

2.海上风电场

截至2020年底，全球海上风电场总装机容量达到了30GW。目前，英国的HornseaOne海上风电场是全球最大的海上风电场，总装机容量达到了1.2GW。

3.风力发电机组的平均容量

根据国际风力能源协会的报告，2019年全球新安装的风力发电机组平均装机容量为1.78MW，比2010年平均装机容量增加了99%。

五、结论

从全球和中国风电数据分析可看出，风能已成为国际上应用最度的可再生能源之一。新能源规划中风电项目较多，但风力发电项目也存在一定的问题，如限电和电网难以输送等。在技术方面，风电展望相当广阔，比如海上风电、低风速风力发电等的研究和应用已成为普及内容。可预见未来风电需要在大型化、智能化等方面投入更多的资金进一步研究以满足市场与时代的发展需求。同时，各大风力企业需加强自身竞争实力，提高产品质量，降低制造成本，在激烈的市场竞争