风能及其利用技术

第三章风能及其利用技术WindPower第一节风能概述一、风的简介风是一种极其普遍的自然现象地球外表风的形成和风向二、风能的特点1.优点2.局限性三、风能的描述1.风速2.风级3.风能密度四、风能资源1.世界各国风能资源概况2.我国风能资源概况——中国风能资源丰富，仅次于俄罗斯和美国，居世界第三位

第二节风能利用技术风能利用就是将风的动能转化为机械能，再转换成其它形式的能量。风能利用有很多种形式，最直接的用途是风车磨坊、风车提水、风车供热、风力发电等。〔1〕风力提水风力提水灌溉〔2〕风帆助航〔3〕风力制热风力热水装置示意图〔4〕风力发电户用小型风力发电机风光互补的混合型风力发电

新疆达坂城风电场的并网风力发电机第三节风力发电技术一、风力发电系统1.风力发电系统组成风机系统2.风力发电系统的类型〔1〕独立的风电系统〔2〕并网的风电机组3.新型风力发电技术〔1〕海上风力发电〔2〕高空风力发电〔3〕低风速风力发电技术〔4〕涡轮风力发电技术风力机是风力发电系统的核心部件。

二、风力机〔1〕按容量划分现有风力机机组的容量，从百瓦级到MW级不等。按照容量的大小可以分为大、中、小型风力机。单机容量越大，桨叶越长。1.风力机的分类风力机额定容量与风轮旋转直径〔2〕按风轮结构来分按照风轮结构及其在气流中的位置，风力机可分为两大类：垂直轴风力机和水平轴风力机风力机的分类〔3〕按功率调节方式按照功率调节的方式，水平轴风力机有：定桨距风力机、变桨距风力机和主动失速型风力机。风力机的分类〔4〕按传动形式分按照传动方式风力机可分为高传动比齿轮箱型风力机、无齿轮箱〔也叫直驱型风力机〕和半直驱型风力机。风力机的分类〔5〕按发电机转速变化分按照发电机的转速可以分为恒速型、变速型和多态定速型。目前，主流的大型风力发电机组根本都采用变速恒频运行方式。风力机的分类2.垂直轴风力机垂直轴风力机垂直轴风力机垂直轴风力机垂直轴风力机达里厄风力机的多种型式垂直轴风力机3.水平轴风力机水平轴风力机水平轴风力机不同叶片数的风轮水平轴风力机

水平轴风力机风轮与塔架的两种关系水平轴风力机集中式和扩散式风力机示意图水平轴风力机风力机的组成三、风力发电机的组成风力机叶片安装在轮毂上，轮毂与主轴相连，并将叶片力矩传递到发电机。风轮叶片的典型构造1.叶片轮毂是连接叶片与风轮转轴的部件，用于传递风轮力和力矩到后面传动系统的机构。水平轴轮毂的结构大致有三种：固定式轮毂、叶片之间相对固定铰链式轮毂和各叶片自由的铰链式轮毂。风力机固定式轮毂2.轮毂调速器和限速装置的用途是在不同风速下维持风力机转速恒定，或不超过设计最高转速值，从而保证风力机在额定功率及其以下运行。特别是当风速过高时，调速器可限制功率输出，减少叶片上的载荷，保证风力机的平安性。调速器和限速装置分为三类：偏航式、气动阻力式和变桨距式。3.调速器和限速装置

逆风式风力机不能自动对准风向，因而必须采用调向装置。风力机对风常用的有尾舵调向、侧风轮调向和风向跟踪器调向三种。尾舵调向4.调向装置侧风轮调向5.发电机风能利用中有三种风力发电机，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机小功率风力发电机：多采用同步或异步交流发电机。中小容量风力发电机组：首选同步发电机用作风力发电。大容量风力发电机组：同步风力发电机也崭露头角风力机刹车系统往往具有空气动力学刹车和机械刹车两套系统。两套系统功能各异，相互补充。机械刹车是依靠机械摩擦力使风轮制动。空气动力学刹车依靠叶片形状的改变来使通过风轮的气流受阻，从而在叶片产生阻力，降低转速。空气动力学刹车并不能使风轮完全停止，只是使其转速限定在允许的范围内。6.刹车系统风力机的塔架除了要支撑风力机的质量外，还要承受吹向风力机和塔架的风压，以及风力机运行中的动载荷。几种不同的塔架7.塔架四、风力发电场1.风电场的概念

风电场是在一定的地域范围内由同一单位经营管理的所有风力发电机组及配套的输变电设备、建筑设施、运行维护人员等共同组成的集合体。全球最大的风力发电场：Alta风能中心2.风电场的分类3.风力发电场的选址风电场场址选择是一个复杂的过程，其中最主要的因素是风能资源，同时还必须考虑环境影响、道路交通及电网条件等许多因素。4.风力发电场的风力发电机组排布机组的排列方式主要受风能分布、风场地形和土地征用的影响，机组排列的最主要原那么是充分利用风能资源，最大程度利用风能。5.风力发电场的经济效益评估风电场容量系数是衡量风力发电场经济效益的重要指标。容量系数〔Cf〕=全年发电量〔kW·h〕/[风力发电机组额定容量〔kW〕×8760〔h〕]6.风力发电场的安装和调试单机安装调试仅需5～7天的时间，主要工作包括机组根底建设、主要部件吊装、内部线路连接和机组系统调试等几个局部。风电机组主要由塔架、机舱和叶轮3大局部组成，安装方式主要采用大吨位吊车完成塔架的竖立、机舱吊装、叶轮的对接等工作第四节风力发电技术的开展现状与趋势1.全球风电的开展现状全球风电累计装机容量〔1997-2014〕

全球风电新增装机容量(1997-2014)全球风电的开展现状2014年全球风电装机前十全球风电的开展现状2014年全球风电装机容量最多的10个国家全球风电累计装机前十〔截至2014年〕全球风电的开展现状全球风电累计装机容量最多的10个国家〔截至2014年〕2.我国风电的开展现状国内拟在甘肃、内蒙古、新疆等7省区建设8个千万千瓦级的风电基地，其中甘肃酒泉将建成2000万kW风电基地。我国风电的开展目标是：到2020年，风电装机容量将到达2×108kW，到2030年，风电装机容量将到达4×108kW，到2050年，风电装机容量将到达10×108kW，约占全国电力消费量的17%，成为我国的主要可再生能源。我国的风电机组也从引进消化吸收到自主生产，其生