風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)知識(shí)

1、風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)知識(shí)一一 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類二二 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功能原理、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功能原理三三 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)四四 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)五、五、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)風(fēng)區(qū)分類風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)風(fēng)區(qū)分類課程目錄一一 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類風(fēng)輪軸向風(fēng)輪軸向垂直軸垂直軸水平軸水平軸一一 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類葉片數(shù)量葉片數(shù)量一一 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類按功率調(diào)節(jié)

2、方式定槳距風(fēng)機(jī)定槳距風(fēng)機(jī)：槳葉于輪轂固定連接，槳葉的迎風(fēng)角度不隨風(fēng)速而變化。依靠槳葉的氣動(dòng)特性自動(dòng)失速，即當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)依靠葉片的失速特性保持輸入功率基本恒定。變槳距調(diào)節(jié)變槳距調(diào)節(jié)：風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，保證葉片在最佳攻角狀態(tài)，以獲得最大風(fēng)能；當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速后，變槳系統(tǒng)減小葉片攻角，保證輸出功率在額定范圍內(nèi)。主動(dòng)失速調(diào)節(jié)主動(dòng)失速調(diào)節(jié)：風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)速分幾級(jí)控制，控制精度低于變槳距控制；當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速后，變槳系統(tǒng)通過增加葉片攻角，使葉片“失速”，限制風(fēng)輪吸收功率增加。一一 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類按傳動(dòng)形式高傳動(dòng)比齒輪箱型高傳動(dòng)比

3、齒輪箱型：風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速較低，通常達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電的要求，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實(shí)現(xiàn)，故也將齒輪箱稱之為增速箱。直接驅(qū)動(dòng)型直接驅(qū)動(dòng)型：應(yīng)用多極同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以去掉風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中常見的齒輪箱，讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接拖動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)在低速狀態(tài)，這就沒有了齒輪箱所帶來的噪聲、故障率高和維護(hù)成本大等問題，提高了運(yùn)行可靠性。中傳動(dòng)比齒輪箱（半直驅(qū)）型中傳動(dòng)比齒輪箱（半直驅(qū)）型：這種風(fēng)機(jī)的工作原理是以上兩種形式的綜合。中傳動(dòng)比高傳動(dòng)風(fēng)力機(jī)減少了傳統(tǒng)齒輪箱的傳動(dòng)比，同時(shí)也相應(yīng)地減少了多極同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的極數(shù)，從而減小了發(fā)電機(jī)的體積。一一 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類風(fēng)力發(fā)電

4、系統(tǒng)的分類按發(fā)電機(jī)形式（基本類型）按發(fā)電機(jī)形式（基本類型） (a) (a) 固定轉(zhuǎn)速的異步發(fā)電機(jī)組固定轉(zhuǎn)速的異步發(fā)電機(jī)組(c) (c) 永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組(b) (b) 雙饋異步發(fā)電機(jī)組雙饋異步發(fā)電機(jī)組二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功能原理二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功能原理風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變電站（升壓站）變電站（升壓站）變壓器變壓器110 - 220 kV10 35 kV 690 V風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功能原理：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功能原理： 基本功能原理是風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能，這需要兩個(gè)階段來完成。風(fēng)能機(jī)械能電能二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功能原理二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功能原理二二 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功能原理、風(fēng)力

5、發(fā)電機(jī)組的功能原理偏航系統(tǒng)發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪轂葉輪控制系統(tǒng)變電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要組成機(jī)艙罩三三 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)vAdtdxAm2windmv21E掃風(fēng)面積：A三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)n假設(shè): 空氣流是均勻的，空氣密度是常量n密度、速度和面積的乘積是不變的332211AvAvAv三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)n吸收功率 = 上風(fēng)向能量 下風(fēng)向能量n吸收的風(fēng)能:n吸收功率:)vm(v21E2321ex)v(vm21E2321ex三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)三、風(fēng)力發(fā)電

6、機(jī)組的理論基礎(chǔ)n吸收的風(fēng)能vvvvAvE1321331ex112121風(fēng)能 最大風(fēng)能利用系數(shù) cp當(dāng)V1=3V3時(shí)，Cp達(dá)到最大值：Cp=1/2*(1+1/3)*(1-(1/3)2)=16/2759.3%P風(fēng)電機(jī)組功率=(1/2) V3 A Cp )vv)(vv(A21)vv(mT313131推力推力:推力推力T89.098cwithAv21cTT21TCT為推力系數(shù),當(dāng)V1=V3時(shí),CT達(dá)到最大.三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)2/min;/ ;RnRVVnrRmVm s為了表示風(fēng)輪運(yùn)行速度的快慢，常用葉片的葉尖圓周速度

7、與來流風(fēng)速之比來描述，稱為葉尖速比 式中風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，葉尖的半徑， 上游風(fēng)速，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)角速度,rad/s。 葉尖速比葉尖速比三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ) 風(fēng)能利用系數(shù)和無因次數(shù)隨葉尖速比變化的曲線風(fēng)能利用系數(shù)和無因次數(shù)隨葉尖速比變化的曲線構(gòu)成風(fēng)輪機(jī)空氣動(dòng)力特性曲線構(gòu)成風(fēng)輪機(jī)空氣動(dòng)力特性曲線2222ppVRMCSV RCMMSV R功率P可表示成風(fēng)輪獲得的總轉(zhuǎn)矩M和風(fēng)輪角速度的乘積 ，由 ，得并定義為無因次數(shù)，正比于轉(zhuǎn)矩。3maxwwPk3max12woptpkS RC20wwTk三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論基礎(chǔ)四四 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)、風(fēng)力

8、發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)1、槳葉的翼型、槳葉的翼型l0i功角升力角零升力角風(fēng)向弦長vivAB攻角攻角：來流方向與弦線的夾角：來流方向與弦線的夾角零升力角零升力角：弦線與零升力線夾角：弦線與零升力線夾角升力角升力角：來流方向與零升力線夾角：來流方向與零升力線夾角2、槳葉上的氣動(dòng)力、槳葉上的氣動(dòng)力221SvCFr總的氣動(dòng)力總的氣動(dòng)力，S S 槳葉面積，槳葉面積，Cr Cr 總氣動(dòng)系數(shù)總氣動(dòng)系數(shù)C壓力中心221SvCFll221SvCFdd升力升力，與氣流方向垂直，與氣流方向垂直，Cl Cl 升力系數(shù)升力系數(shù)阻力阻力，與氣流方向平行，與氣流方向平行，Cd Cd 阻力阻力系數(shù)系數(shù)CdCd、Cl Cl

9、 是由設(shè)計(jì)的葉片決定的固有參數(shù)，也是氣動(dòng)力計(jì)算的原始依據(jù)。是由設(shè)計(jì)的葉片決定的固有參數(shù)，也是氣動(dòng)力計(jì)算的原始依據(jù)。四四 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)ilCdC升力和阻力的變化曲線升力和阻力的變化曲線-30o -20o -10o 0o 10o 20o 30o 40o0.80.60.40.2Mi-0.2minlC升力系數(shù)與阻力系數(shù)是隨攻角變化的升力系數(shù)與阻力系數(shù)是隨攻角變化的升力系數(shù)隨攻角的增加而增加，使得升力系數(shù)隨攻角的增加而增加，使得槳葉的升力增加，但當(dāng)增加到某個(gè)角槳葉的升力增加，但當(dāng)增加到某個(gè)角度后升力開始下降；阻力系數(shù)開始上度后升力開始下降；阻力系數(shù)開始

10、上升。出現(xiàn)最大升力的點(diǎn)叫失速點(diǎn)。升。出現(xiàn)最大升力的點(diǎn)叫失速點(diǎn)。截面形狀（翼型彎度、翼型厚度、前截面形狀（翼型彎度、翼型厚度、前緣位置）、表面粗糙度等都會(huì)影響升緣位置）、表面粗糙度等都會(huì)影響升力系數(shù)與阻力系數(shù)。力系數(shù)與阻力系數(shù)。對(duì)有限長槳葉，葉片兩端會(huì)產(chǎn)生渦流，對(duì)有限長槳葉，葉片兩端會(huì)產(chǎn)生渦流，造成阻力增加，造成阻力增加，四四 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)i旋轉(zhuǎn)槳葉的氣動(dòng)力（葉素分析）旋轉(zhuǎn)槳葉的氣動(dòng)力（葉素分析）風(fēng)向v- uw運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)方向安裝角（槳距角、節(jié)距角）：回轉(zhuǎn)平面與槳葉截面弦長的夾角I傾斜角RnRu2相對(duì)速度dFdF氣流氣流W W產(chǎn)生的氣動(dòng)力產(chǎn)生的氣動(dòng)

11、力dLdL氣流升力氣流升力dDdD氣流阻力氣流阻力dSwCdLl221dSwCdDd221I軸向推力軸向推力dFa=dLcosI+dDsinIdFa=dLcosI+dDsinII旋轉(zhuǎn)力矩旋轉(zhuǎn)力矩dT=r(dLsinI-dDcosI)dT=r(dLsinI-dDcosI)驅(qū)動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)功率dPw=dPw=dTdT風(fēng)輸入的總氣動(dòng)功率風(fēng)輸入的總氣動(dòng)功率P=vP=vFaFa旋轉(zhuǎn)軸得到的功率旋轉(zhuǎn)軸得到的功率Pu=TPu=T風(fēng)輪效率風(fēng)輪效率=Pu/P=Pu/P四四 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)低壓高壓Wind speed失速極限151210864m/sec18001600

12、14001200100080060040020000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20功率 kW風(fēng)速功率曲線一種自然現(xiàn)象. 當(dāng)空氣流速超過某一速度，在槳葉后緣形成漩渦。失速失速控制失速控制四四 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)主動(dòng)失速控制主動(dòng)失速控制Wind speedStall limit151210864m/sec1800160014001200100080060040020000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20功率 kW風(fēng)速功率曲線通過變槳, 漩渦在槳葉后緣形成. 這可以用于功率的控制.主動(dòng)失速四四 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動(dòng)力基礎(chǔ)知識(shí)變槳控制變槳控制 風(fēng)速151210864m/sec1800160014001200100080060040020000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20功率 kW風(fēng)速功率曲線通過變槳, 可以改變風(fēng)與槳葉前緣的接觸點(diǎn).這可以用來控制功率.變槳控制五、五、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)風(fēng)區(qū)分類風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)風(fēng)區(qū)分類IEC標(biāo)準(zhǔn) Wind turbine Wind turbine class class I I II II III III S S Vref (m/