電氣2013級(jí)1班研究性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

1、山東科技大學(xué)電氣與自動(dòng)化創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)名稱：風(fēng)力發(fā)電方向綜述 學(xué)號(hào)： 201301100533：eli專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 2013 級(jí) 01 班一、摘要如今，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，對(duì)能源的需求量日益增大，尤其是電力。然而，近些年來，火力發(fā)電的劣勢已經(jīng)逐漸被人們所提出。污染大，利用率低，不符合可循環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)。所以人們?cè)谔剿餍碌哪茉捶绞?，風(fēng)力發(fā)電就是其中很重要的一個(gè)途徑。風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一種利用風(fēng)能驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)槳葉進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電的能源技術(shù)。由于風(fēng)能儲(chǔ)量豐富，用之不竭無污染等特點(diǎn)，被各國廣泛重視，紛紛投入大量的人力物力

2、財(cái)力來發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。目前風(fēng)電發(fā)展正在不斷其預(yù)期的發(fā)展速度而發(fā)展，并一直保持著世界增長最快能源的地位。二、風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢1、風(fēng)能是可再生能源，取之不盡用之不竭，找一個(gè)風(fēng)力風(fēng)向好的地方要比找一個(gè)油田或者煤礦簡單的多。風(fēng)力發(fā)電就是用風(fēng)來發(fā)電，利用風(fēng)力發(fā)電有利于可持續(xù)發(fā)展，不消耗像煤、石油或天然氣之類的不可再生資源。2、不污染環(huán)境。在目前的規(guī)模發(fā)電方式中，如火電、核電和水電中，火電造成的環(huán)境污染大家有目共睹，2015 年最后兩個(gè)月京津冀的霧霾讓人觸目驚心。風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電類似，是最潔凈、 污染最少和對(duì)最小的能源形勢。使用風(fēng)力發(fā)電，不排放任何有害氣體和廢棄物，對(duì)人類和環(huán)境的危害都能降到最低。3、占

3、用土地少。風(fēng)電場可以建在荒島上，沙漠中，甚至建在沿海的淺海中，能減少對(duì)耕地的占用。很多高速公路周圍，都可以看到各種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，比如在榮威高速平度一帶，就有很多的發(fā)電機(jī)。即使是建在可耕地上，只要設(shè)計(jì)合理，也不影響耕作。4、造價(jià)較低。從已經(jīng)建設(shè)風(fēng)電場積累的相關(guān)數(shù)據(jù)看，建造風(fēng)力發(fā)電場的費(fèi)用比火力發(fā)電廠、建造水力發(fā)電廠或者核電站的建造費(fèi)用低。5、風(fēng)電場的管理比較簡單。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，其應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中，同時(shí)加上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的不斷革新，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的自動(dòng)化程度得到極大提高，使風(fēng)力電場的圍護(hù)變得簡單。6、風(fēng)電場的建設(shè)周期短。比如，可以再一年內(nèi)建成一個(gè)十萬千瓦級(jí)的風(fēng)電場。按照有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)、軟件、或

4、者經(jīng)選定風(fēng)電場的地址后，修好路，定好設(shè)備，就可安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。三、我國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀1、發(fā)展迅速，規(guī)模不斷擴(kuò)大我國的風(fēng)力發(fā)電開始于上世紀(jì) 50 年代后期，在部分省建立了部分小型風(fēng)力發(fā)電場，但后來就處于停滯狀態(tài)。隨后，到了 70年代中后期，我國部分地區(qū)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的進(jìn)行、試點(diǎn)和推廣，相比以前提高了重視與支持程度，但風(fēng)電設(shè)備都是獨(dú)立運(yùn)行的。從 2003 年以來，我國風(fēng)電裝機(jī)容量年均增長率達(dá)到 70%以上。到 2009 年底，風(fēng)電建設(shè)總?cè)萘繛?2268萬千瓦，已并網(wǎng)運(yùn)行容量為 1767 萬千瓦，總吊裝容量達(dá)到 2412 萬千瓦。中國2010 年風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)超過 2000 萬千瓦，截至 201

5、0 年底，累計(jì)裝機(jī)容量超過 4500 萬千瓦，首次超過，躍居世界第一。2、研發(fā)力度不斷加大，成果顯著為了極大地發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢，降低投資成本取得較大的收益，提高單機(jī)裝機(jī)功率，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大型化，是所有風(fēng)力發(fā)電研發(fā)、設(shè)計(jì)以及制造商的一致追求。近幾年來，我國加大對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研發(fā)程度，新型大型風(fēng)機(jī)不斷出現(xiàn)，并得到迅速推廣。現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)在不斷增加其塔高，改變其翼型，改善其運(yùn)行特性。此外，現(xiàn)代微機(jī)控制技術(shù)、電子電力技術(shù)、并網(wǎng)技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的不斷提高，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)越來越實(shí)用。3、水平逐漸提高受國際風(fēng)電開發(fā)趨勢的推動(dòng)，中國風(fēng)機(jī)制造商開始電氣（Shanghai進(jìn)入大型風(fēng)機(jī)設(shè)備競爭行列。華銳風(fēng)電、

6、金風(fēng)科技、湘電Electric Group）和明陽風(fēng)電（Ming2010 年 10 月 12 日，華銳風(fēng)電科技）都在開發(fā) 5MW 或者更大功率的風(fēng)機(jī)。正式宣布，由其研發(fā)、并擁有全球知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 5 兆瓦風(fēng)電機(jī)組正式出產(chǎn)，這是我國首臺(tái) 5 兆瓦風(fēng)電機(jī)組。與此同時(shí)，6 兆瓦風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)工作發(fā)展順利，于 2011 年上半年出產(chǎn)。4、，到 2020重視風(fēng)力發(fā)電綠色和平組織和歐洲風(fēng)能很早就年世界風(fēng)力發(fā)電將達(dá)到世界電力總需求量的 12%，我國電力發(fā)展“十一五”發(fā)展綱要中也，中國的風(fēng)力發(fā)電將占世界風(fēng)力發(fā)電總量的 14%。隨著國家對(duì)能源需求和環(huán)保要求力度的不斷加大，風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)也必將顯

7、現(xiàn)出來，將更加重視風(fēng)力發(fā)電的投入。力發(fā)電的探討1、風(fēng)力發(fā)電設(shè)計(jì)制造技術(shù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)計(jì)制造技術(shù)中，風(fēng)電機(jī)組設(shè)備以及零部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)比較關(guān)鍵。風(fēng)電機(jī)組研發(fā)著重在風(fēng)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)以及仿真軟件試驗(yàn)系統(tǒng)方面的。風(fēng)電機(jī)組零部件的設(shè)計(jì)主要集中在葉輪的設(shè)計(jì)，而葉輪的關(guān)鍵則是葉片。葉片的形狀和大小要符合流體力學(xué)特性并根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算后得到的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作。已開展了先進(jìn)翼型族的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用的。在翼型設(shè)計(jì)技術(shù)，數(shù)值模擬技術(shù)，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫建立，翼型數(shù)據(jù)三維修正及在葉片設(shè)計(jì)中的應(yīng)用都取得了較好的效果。但是，葉片制造過程中的智能化加工技術(shù)水平還有待于進(jìn)一步提高。2、風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)存技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，還有一個(gè)問題就是

8、將富裕的風(fēng)能儲(chǔ)存起來，以滿足用電時(shí)需求，應(yīng)用蓄能技術(shù)是解決風(fēng)能負(fù)荷峰谷比問題的一個(gè)非常有效的措施，同時(shí)還可以減少轉(zhuǎn)換過程中的能量損失。目前，經(jīng)濟(jì)可行的風(fēng)能儲(chǔ)存技術(shù)的在國內(nèi)外理論界、工程界得到了越來越廣泛的重視。比較常用的風(fēng)能儲(chǔ)存方式有以下幾種：第一，新型電池儲(chǔ)能技術(shù)；第二，水利蓄能技術(shù)；第三，壓縮空氣蓄能技術(shù)；第四，飛輪蓄能技術(shù)；第五，氫能技術(shù)等。3、海上風(fēng)電場技術(shù)由于海上風(fēng)電場技術(shù)逐漸成熟，全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)非常大了，這可以促進(jìn)了單機(jī)容量的特大型兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)的研發(fā)。對(duì)于水深大于 50m 的海域，風(fēng)速穩(wěn)定、風(fēng)切變小，具有風(fēng)力發(fā)電的獨(dú)特優(yōu)勢，海域風(fēng)力發(fā)電裝備可以采用比較先進(jìn)的浮式基礎(chǔ)，但浮

9、式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)目前還處于前期階段，因此適用于海上風(fēng)力發(fā)電的浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，對(duì)海上風(fēng)力發(fā)電的具有極為重要的意義。4、風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接，由電網(wǎng)輸送電能的方式，是克服風(fēng)的隨機(jī)性而帶來的蓄能問題的最穩(wěn)妥易行的運(yùn)行方式，同時(shí)可以達(dá)到節(jié)約礦物的目的。一般情況下，10kw 以上直至 Mw 級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組皆可采用這種方式。并網(wǎng)運(yùn)行又可分為兩種不同的方式：恒速恒頻方式和變速恒頻方式。由于風(fēng)電機(jī)組容量的提高和風(fēng)電場的集中接入，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的得到了學(xué)者的普遍重視。大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)的影響主要的點(diǎn)有四個(gè)，分別為對(duì)調(diào)風(fēng)調(diào)頻的影響、對(duì)無功功率和電壓水平的影響、對(duì)穩(wěn)定性的影響、對(duì)電能質(zhì)量的影響。 通

10、過分析總結(jié)這些影響，提出減小風(fēng)響和提高風(fēng)電控制的措施。五、風(fēng)力發(fā)電中提高效率的方法（1） 優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和位置水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)理論表明，在一定的風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)速的比值下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪對(duì)風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率最高。對(duì)于常用的轉(zhuǎn)速不變的恒轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，在風(fēng)速變化時(shí)就無法保持最佳的風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)速的比值，因而其風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率就不能經(jīng)常保持在最佳值。但恒轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以輸出恒定頻率的交流電，便于與電網(wǎng)連接。隨后研制的變轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以在不同風(fēng)速下均保持最佳的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速的比值，因而風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率高，一般 轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)可增加約 10%的發(fā)電量。但其輸出電流的頻率不穩(wěn)定，必須通過增設(shè)的變頻裝置

11、才能實(shí)現(xiàn)輸出恒頻的交流電以便與電網(wǎng)連接。現(xiàn)在單機(jī)功率超過 1 MW 的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大多采用變轉(zhuǎn)速運(yùn)行方式。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的塔架將風(fēng)輪和機(jī)艙置于空中以獲得的風(fēng)能。塔架有兩種主，一種為由鋼板制成的錐形筒狀塔架，另一種為由角鋼制成的桁架式塔架，兩者均設(shè)有梯子和安全索以便于維修進(jìn)入機(jī)艙。大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組均配有由微機(jī)和控制軟件組成的控制系統(tǒng)，可以對(duì)機(jī)組的啟動(dòng)、停機(jī)、調(diào)速、故障保護(hù)進(jìn)行自動(dòng)控制，可以對(duì)機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和工作狀況自動(dòng)顯示和，以確保機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組根據(jù)其運(yùn)行方式可分為離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。前者獨(dú)立運(yùn)行，主要用于邊遠(yuǎn)農(nóng)村、牧區(qū)、海島等遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地區(qū)，機(jī)組功率

12、較小(一般為 5 kw 以下)。在這種系統(tǒng)中，風(fēng)力交流發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)整流器整流后輸入蓄電池蓄能，再供直流負(fù)荷使用。如用戶需要交流電，則應(yīng)在蓄電池與用戶之間加裝逆變器后再輸給用戶。在無風(fēng)期間，可由蓄電池供電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也可和柴油發(fā)電機(jī)組或光發(fā)電系統(tǒng)組成一個(gè)互補(bǔ)型的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)不能輸出足夠電力時(shí)，另一個(gè)系統(tǒng)可提供備用的電力。風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用并網(wǎng)運(yùn)行方式指的是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)連接并將輸出的電力并入電網(wǎng)。對(duì)于恒速恒頻的常用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已普遍采用。對(duì)于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組則需增設(shè)變頻裝置等使輸出電流達(dá)到恒頻后再并網(wǎng)運(yùn)行。（2） 智能控制系統(tǒng)可大大提高風(fēng)能利用率雪城大學(xué) L.C.工程和

13、計(jì)算機(jī)學(xué)院部分正在進(jìn)行這方面的工作。目前，他們正在測試自己開發(fā)的主動(dòng)式動(dòng)智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)是根據(jù)表面測量而估算流過葉片表面風(fēng)的狀況，然后將此信息傳遞給智能控制器，以便對(duì)葉片采取實(shí)時(shí)調(diào)整控制氣流和提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的整體效率。此舉還有可能降低因分離而產(chǎn)生的過度噪音和葉片振動(dòng)。參與的包括南(英譯)、曼、迪和，他們完成的初期仿真結(jié)果顯示，對(duì)葉片 1/2 半徑以外的外側(cè)板施以氣流控制，能在風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率輸出相同的情況下，顯著地增大風(fēng)力發(fā)電機(jī)整體工作范圍;或者說，在相同的工作范圍，可適當(dāng)?shù)靥岣唢L(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定輸出功率。認(rèn)為，在采用氣流控制后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作范圍可以有效地提高80%，額

14、定功率輸出不變;或者將額定輸出功率增加 20%，工作范圍保持不變。他們表示，最佳的氣流控制部位為葉片外側(cè)板超出半徑一半的位置。借助雪城大學(xué)新落成的無回聲風(fēng)洞設(shè)施，同時(shí)還在分析和了解特定的葉片形狀，以決定在氣流極其不穩(wěn)定的環(huán)境下，不同形狀的葉片在受到適當(dāng)氣流控制時(shí)，其所具有的升力和阻力特性。此外，還將利用無回聲風(fēng)洞來評(píng)估和測量氣流控制對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)噪聲頻譜的影響。能源部支持的明尼蘇達(dá)大學(xué)風(fēng)能專門從事與風(fēng)能相關(guān)的，雪城大學(xué)的主動(dòng)動(dòng)智能控制系統(tǒng)屬于整體工作的組成部為機(jī)械和航空工程教授的表示，很高興能參與明尼蘇達(dá)大學(xué)牽頭的具有世界水平的風(fēng)能，這是將在氣流智能控制系統(tǒng)方面的專業(yè)知識(shí)用于可再生能源領(lǐng)域的極好

15、機(jī)會(huì)。（3）風(fēng)機(jī)正確使用潤滑油風(fēng)機(jī)有幾個(gè)主要的潤滑部位，包括主變速箱、變槳和偏航變速箱，制動(dòng)控制和變漿控制，變槳、偏航和主軸承以及發(fā)電機(jī)軸承等，在這些潤滑部位當(dāng)中，最最關(guān)鍵的要屬主變速箱。帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的主變速箱可以說是齒輪傳動(dòng)型風(fēng)機(jī)的心臟。由于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常，主變速箱的設(shè)計(jì)和制造通常都非常先進(jìn)，也因此往往造價(jià)不菲;而一旦發(fā)生故障，更換主變速箱要付出更高昂的代價(jià)。舉例來說，如果要為一個(gè)功率為 1.5 兆瓦渦輪機(jī)更換主變速箱，把新變速箱的費(fèi)用、起重設(shè)備租用、停工造成的收入損失以及人工費(fèi)等各項(xiàng)成本都合算進(jìn)去，總花費(fèi)將超過 25 萬。六、結(jié)語隨著科技的進(jìn)步，人類對(duì)風(fēng)能的認(rèn)識(shí)不斷深化，風(fēng)力發(fā)電具有極大的潛力可以部分滿足劇增的全球能源需求。風(fēng)電是目前成本最接近常規(guī)電力、發(fā)展前景最大的可再生能源發(fā)電品種，受到世界各國的重視。風(fēng)力發(fā)電在我國有著廣闊的發(fā)展前景，風(fēng)能的利用必將為我國的環(huán)保事業(yè)、能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整及對(duì)減少進(jìn)口能源的依賴等方面做出巨大貢獻(xiàn)。同時(shí)，我國新能源的利用率非常低。作為的學(xué)生更應(yīng)該學(xué)好此類知識(shí)，為新能源的發(fā)展貢獻(xiàn)出自己的一份力量。七、參考文獻(xiàn)1國家高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃(十一五863 計(jì)劃)先進(jìn)能源技術(shù)中國先進(jìn)能源技術(shù)發(fā)展概論M.第 1 版.：中國，2010.101-129.2郭新生.風(fēng)能利用技術(shù)M.第 1 版,2007.62,14