概念型風(fēng)力發(fā)電機(jī)PPT

1、概念型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì) 09農(nóng)電3班 XX 摘要 隨著資源的日益枯竭和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，風(fēng)力發(fā)電作 為最具競(jìng)最有發(fā)展前景的一項(xiàng)可再生能源技術(shù)，在全球范 圍內(nèi)得到了高度重視。量子永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有與傳統(tǒng)電 機(jī)不同的旋轉(zhuǎn)模式，其電樞轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子相向旋轉(zhuǎn)，同 樣風(fēng)速條件下發(fā)電能力提高一倍，最低工作風(fēng)速降為普通 永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一半，最高工作風(fēng)速與普通永磁風(fēng)力發(fā) 電機(jī)一樣，能加寬工作風(fēng)速范圍和提高風(fēng)能利用率。同時(shí)， 同樣的極對(duì)數(shù)下雙轉(zhuǎn)子永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速只需普 通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一半即可，因此在風(fēng)力發(fā)電尤其是直 驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 一.世界風(fēng)能開(kāi)發(fā)以及發(fā)展趨勢(shì) 全球風(fēng)能資源豐富，

2、約為 2 . 74 109MW，可利用的風(fēng)能約為 2107MW ，比上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量大 10 倍，而且?guī)缀醴植荚?所有的地區(qū)和國(guó)家。自從 1973 年世界發(fā)生石油危機(jī)以來(lái)，西歐等發(fā) 達(dá)國(guó)家為尋求替代化石燃料的能源，美國(guó)、開(kāi)創(chuàng)了風(fēng)能利用的新時(shí)期。 80 年代開(kāi)始建立示范風(fēng)電場(chǎng)，成為電網(wǎng)新的電源；到了 90 年代對(duì)環(huán) 境保護(hù)的要求日益嚴(yán)格，特別是要兌現(xiàn)減排 CO2 等溫室效應(yīng)氣體的 承諾，風(fēng)電的發(fā)展進(jìn)一步加快。德國(guó)和丹麥?zhǔn)抢吓频娘L(fēng)電大國(guó)，20 世紀(jì) 90 年代幾乎壟斷著風(fēng)機(jī)制造業(yè)；進(jìn)入 21 世紀(jì)，西班牙和印度 迅速成為后起之秀。 風(fēng)力發(fā)電經(jīng)歷了從獨(dú)立系統(tǒng)到并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程，大規(guī)模風(fēng)力田的

3、 建設(shè)已成為發(fā)達(dá)國(guó)家風(fēng)電發(fā)展的主要形式，發(fā)電能力每增加一倍，成 本就下降 15，近年來(lái)全世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量的年平均增長(zhǎng)率均 超過(guò)了 30 。 二.我國(guó)風(fēng)力產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀 近年國(guó)際石油市場(chǎng)大幅波動(dòng)，國(guó)內(nèi)能源供應(yīng)趨向緊張，能 源價(jià)格也在不斷攀升，嚴(yán)重影響了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù) 發(fā)展。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的不合理也造成了嚴(yán)重的煤煙型環(huán)境 污染，在氣候變化和溫室氣體排放問(wèn)題上承受著越來(lái)越大 的國(guó)際壓力。根據(jù)世界能源委員會(huì)的計(jì)算，風(fēng)電每提供 1000 MW 的電量，便能減少 600 頓 CO2 的排放，將在 很大程度上有助于環(huán)境質(zhì)量的改善。另外，根據(jù)世界銀行 專家從我國(guó)煤電與風(fēng)電價(jià)格的變化趨勢(shì)估計(jì)，風(fēng)電價(jià)格將 從

4、 2005 年的 0 . 55 元千瓦時(shí)，下降到 2020 年的 0 . 4 元千瓦時(shí)左右，而煤電價(jià)格將從近年的 0 . 35 元千瓦 時(shí)上升到 0 . 4 元千瓦時(shí)左右。由此看來(lái)，到 2020 年， 風(fēng)電將變成我國(guó)一種經(jīng)濟(jì)上很具競(jìng)爭(zhēng)力的電力資源。 三.我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn) ( l ）在風(fēng)力資源豐富、電網(wǎng)通達(dá)的地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電 作為一種清潔的可再生能源，補(bǔ)充和逐步替代部 分常規(guī)能源，緩解電力供應(yīng)緊張的現(xiàn)狀，提高當(dāng) 地的環(huán)境質(zhì)量，以發(fā)展大型風(fēng)電場(chǎng)為主； ( 2 ）在風(fēng)力資源豐富或較豐富的邊遠(yuǎn)無(wú)電、缺電地 區(qū)，以發(fā)展小型或中型獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)電系統(tǒng)為主， 利用風(fēng)力發(fā)電解決邊遠(yuǎn)地區(qū)的生活用電和部分生 產(chǎn)用電

5、。 四.小型電機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用前景 風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是單機(jī)容量不斷增大，它們?cè)靸r(jià)及引但與小容量 發(fā)電系統(tǒng)相比，進(jìn)費(fèi)用非常昂貴，更受到風(fēng)源條件的制約。而小型風(fēng) 機(jī)造價(jià)低廉、運(yùn)輸方便，可單獨(dú)應(yīng)用于個(gè)別家庭和企業(yè)，如果將低價(jià) 的小型風(fēng)機(jī)并聯(lián)起來(lái)使用，不但能滿足負(fù)荷需求，還能節(jié)省費(fèi)用且更 具靈活性。我國(guó)可以利用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的地方主要有： ( l ）東南沿海各孤立的島嶼及農(nóng)牧區(qū)和邊遠(yuǎn)山區(qū)：這些偏遠(yuǎn)地區(qū)居民 居住比較分散，常規(guī)能源缺乏，用覆蓋電網(wǎng)的方式供電成本較高或根 本無(wú)法到達(dá)，但它們屬風(fēng)能資源豐富區(qū)，用小型風(fēng)力發(fā)電可以很好地 解決用電困難問(wèn)題。20 世紀(jì) 80 年代，內(nèi)蒙古小型戶用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 的推

6、廣應(yīng)用，就很好地解決了大多數(shù)農(nóng)牧民的用電問(wèn)題，使他們的生 活方式發(fā)生了質(zhì)的變化。 ( 2 ）航運(yùn)系統(tǒng)：如長(zhǎng)江航運(yùn)中的拖船，一般為 100 一 200t ，經(jīng)常被 擱置在江中間的錨地上，用電主要靠蓄電池。使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)蓄電 池充電效果很好，這方面已有成功的經(jīng)驗(yàn)。另外可以用小型風(fēng)力發(fā)電 機(jī)來(lái)解決它們的照明、我國(guó)大小河流湖泊上的船舶數(shù)量驚人，收看電 視、聽(tīng)廣播等日常生活用電。 ( 3 ）森林防火高山觀察站：據(jù)林業(yè)部防火指揮部介 紹，東北 約有 400 個(gè)觀察站，西南也有幾百個(gè) 高山觀察站，各省市都有一些森林高山防火觀察 站，站上的工作人員從每年 10月到第二年 4 、5 月的防火期期間晝夜在站上值

7、勤，由于山高、道 路狹窄崎嶇、運(yùn)輸困難，又不能使用明火，解決 他們的生活用電頗為費(fèi)神，使用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī) 可以基本解決這一問(wèn)題。 ( 4 ）城市路燈的光伏、風(fēng)力互補(bǔ)系統(tǒng)：可節(jié)省能源、 美化城市環(huán)境、減輕空氣污染，提高當(dāng)?shù)鼐用竦?生活質(zhì)量等。 ( 5 ）通風(fēng)管道：將小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用在各工廠 的通風(fēng)管道系統(tǒng)中，節(jié)能效果非常顯著。 五.雙轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì) 己采用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)有三種，即直流發(fā)電機(jī)、異步和同 步交流發(fā)電機(jī)，不論是何種電機(jī)，均由定子和轉(zhuǎn)子兩大主 要部件組成，靠轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)在處于變化磁場(chǎng)中的繞組內(nèi)產(chǎn) 生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，將風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能。實(shí)際上不 可能將捕獲的風(fēng)能全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，現(xiàn)

8、有風(fēng)力 發(fā)電機(jī)只有在額定的風(fēng)速范圍內(nèi)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，工作風(fēng)速 的范圍較窄，風(fēng)能利用系數(shù)較低，即使在正常工作時(shí)，其 風(fēng)能利用系數(shù)也很低，一般在 0 . 3 左右，超過(guò)半數(shù)的風(fēng) 能未能得到充分的捕捉和轉(zhuǎn)化。另外，在現(xiàn)有的百瓦級(jí)小 型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)絕大多數(shù)采用三相同步發(fā)電機(jī) 加整流器的結(jié)構(gòu)，也有少數(shù)采用直流發(fā)電機(jī)。不論是直流 發(fā)電機(jī)還是永磁同步發(fā)電機(jī)，它們?cè)陲L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用 時(shí)都存在一定的缺點(diǎn)與不足。 直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓波形較平穩(wěn)，但其換向裝置容易磨損、故障率 高、壽 命短。風(fēng)力發(fā)電機(jī)都安裝在幾十米高的塔架上，維修更換很 不方便；同時(shí)，換向裝置的維修更提高了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的度電成本。 普通永

9、磁同步發(fā)電機(jī)采用永磁體勵(lì)磁，無(wú)需外加勵(lì)磁裝置，減少了勵(lì) 磁損耗；同時(shí)它無(wú)需換向裝置，因此具有效率高，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但 是由于其勵(lì)磁不能調(diào)節(jié)，從而使得輸出電壓調(diào)整率較高，輸出電壓波 動(dòng)范圍較大，勢(shì)必會(huì)造成蓄電池欠、過(guò)壓保護(hù)裝置的頻頻動(dòng)作，縮短 其使用壽命，會(huì)使發(fā)電成本居高不下，從而使小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)難于 推廣應(yīng)用。因此，在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，維持發(fā)電機(jī)電壓平穩(wěn)，對(duì) 保證用電設(shè)備的性能與壽命和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及風(fēng)電系統(tǒng)的推廣應(yīng)用 都具有重要意義。雙轉(zhuǎn)子永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)（dual 一 rotor permanent 一 magnet wind generator ，簡(jiǎn)稱DRPMWG ) 與普通永磁同步發(fā)

10、電機(jī) 的差別僅僅在于原來(lái)靜止不動(dòng)的定子現(xiàn)在也可以相對(duì)于機(jī)座自由地旋 轉(zhuǎn)，即電樞部分也能旋轉(zhuǎn)，使得電樞與永磁體的相對(duì)轉(zhuǎn)速提高一倍， 同樣風(fēng)速條件下發(fā)電能力也能提高一倍，且即使在風(fēng)速很低的情況下 也能建壓工作，降低了起動(dòng)風(fēng)速，最低工作風(fēng)速為普通永磁電機(jī)的一 半，最高工作風(fēng)速兩者一致，因此能加寬工作風(fēng)速范圍，提高風(fēng)能利 用率。極對(duì)數(shù)相同時(shí)，其工作轉(zhuǎn)速可降為普通永磁發(fā)電機(jī)的一半，因 此在直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電方面更具有明顯優(yōu)勢(shì)。雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)除了能 應(yīng)用于上述風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)合外，還能應(yīng)用于水輪發(fā)電機(jī)飛機(jī)引擎的渦輪 發(fā)動(dòng)機(jī)、潛艇和魚(yú)雷的推進(jìn)器改進(jìn)等軍事科研方面，具有極其重要的 科研地位。 六.雙轉(zhuǎn)子電機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機(jī)因其結(jié)構(gòu)新穎簡(jiǎn)單、功率密度和 轉(zhuǎn)矩密度高、應(yīng)用范圍廣，引起了廣大研究者的 興趣。 德國(guó)的 Nikolaus Neuberger 最早提出一種單定子 雙轉(zhuǎn)子異步電機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示，包括內(nèi)、 外兩個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)兩面開(kāi)槽的定子，可看作由兩 臺(tái)共用定子鐵心的異步電機(jī)組成，該電機(jī)與普通 異步電機(jī)的最大區(qū)別在于定子采用環(huán)形繞線方式， 可以大大縮短端部長(zhǎng)度，2 極或 4 極該電機(jī)的漏 感僅為普通異步電機(jī)的 70 一 80 % ，效率和功率 因數(shù)可分別提高 3和 0 . 08。 結(jié)論 雙轉(zhuǎn)子永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)改變了傳統(tǒng)電機(jī)結(jié) 構(gòu)，同樣使得