風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)教程復(fù)制

1、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)教程風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)教程目目 錄錄 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述 風(fēng)力機(jī)的理論基礎(chǔ) 機(jī)組的機(jī)械零部件 機(jī)組電氣系統(tǒng) 風(fēng)資源概述第一章第一章 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總體構(gòu)成 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要機(jī)型 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的關(guān)鍵技術(shù)一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總體構(gòu)成一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總體構(gòu)成風(fēng) 電 機(jī)組 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要組成部分： 葉輪：將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。 傳動(dòng)系統(tǒng)：將葉輪的轉(zhuǎn)速提升到發(fā)電機(jī)的額 定轉(zhuǎn)速 發(fā)電機(jī)：將葉輪獲得的機(jī)械能再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?偏航系統(tǒng)：使葉輪可靠地迎風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)并解纜。 其它部件：如塔架、機(jī)艙等 控制系統(tǒng)：使風(fēng)力機(jī)在各種自然條件與工況下正常運(yùn)行的保障機(jī)制，包括調(diào)速、

2、調(diào)向和安全控制。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱風(fēng)力機(jī)）是一種能量轉(zhuǎn)換裝置將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的。二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要機(jī)型二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要機(jī)型 按葉輪轉(zhuǎn)速是否恒定分： 定速風(fēng)力機(jī) 變速風(fēng)力機(jī) 按葉片與輪轂的聯(lián)接方式分： 定槳距 （失速型）機(jī)組 變槳距機(jī)組其它機(jī)型 主動(dòng)失速型 無(wú)齒輪箱型 海上機(jī)組 基本特征基本特征 水平軸 三葉片 上風(fēng)式 雙速發(fā)電機(jī) 機(jī)型的發(fā)展趨勢(shì)機(jī)型的發(fā)展趨勢(shì) 定槳距 變槳距 定速型 變速型 Kw級(jí) MW級(jí) 有齒輪箱式 直接驅(qū)動(dòng)式三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的關(guān)鍵技術(shù)三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的關(guān)鍵技術(shù) 機(jī)組的設(shè)計(jì)方法與技術(shù)機(jī)組的設(shè)計(jì)方法與技術(shù) 葉片的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)葉片的設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 氣動(dòng)設(shè)計(jì)

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 制造工藝 機(jī)組控制技術(shù)機(jī)組控制技術(shù) 功率控制技術(shù) 載荷控制技術(shù) 并網(wǎng)技術(shù) 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)第二章第二章 風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論 葉片的空氣動(dòng)力特性葉片的空氣動(dòng)力特性 葉輪的空氣動(dòng)力模型葉輪的空氣動(dòng)力模型空氣動(dòng)力學(xué)的基本概念一、流線流線 氣體質(zhì)點(diǎn)：氣體質(zhì)點(diǎn)：體積無(wú)限小的具有質(zhì)量和速度的流體微團(tuán)。 流線：流線： 在某一瞬時(shí)沿著流場(chǎng)中各氣體質(zhì)點(diǎn)的速度方向連成的一條平滑曲線。 描述了該時(shí)刻各氣體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向：切線方向。 流場(chǎng)中眾多流線的集合稱為流線簇。一般情況下，各流線彼此不會(huì)相交如圖所示。繞過(guò)物體的流線簇 繞過(guò)障礙物的流線繞過(guò)障礙物的流線: 當(dāng)流體繞過(guò)障礙物時(shí)，流線形狀會(huì)改變，其形狀取

4、決于所繞過(guò)的障礙物的形狀。 不同的物體對(duì)氣流的阻礙效果也各不相同不同的物體對(duì)氣流的阻礙效果也各不相同 考慮幾種形狀的物體，它們的截面尺寸相同，但側(cè)面形狀各異，對(duì)氣流的阻礙作用（用阻力系數(shù)度量）不同。0.470.0441.330.341.11側(cè)面形狀不同的幾種物體二、阻力與升力 阻力阻力： 當(dāng)氣流與物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣流對(duì)物體的平行于氣流方向的作用力。 升力升力： 先定性地考察一番飛機(jī)機(jī)翼附近的流線。當(dāng)機(jī)翼相對(duì)氣流保持圖示的方向與方位時(shí)，在機(jī)翼上下面流線簇的疏密程度是不盡相同的。 1 2 1 1 3 1根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量守恒定律，有連續(xù)性方程連續(xù)性方程 A1V1 = A2V2 + A3V3 其中

5、：A、V分別表示截面積和速度。 下標(biāo)1、2、3分別代表前方或后方、上表面 和下表面處。根據(jù)伯努利方程伯努利方程： P = Pi +1/2 * Vi2 即：氣體總壓力=靜壓力+動(dòng)壓力=恒定值 考察翼型剖面氣體流動(dòng)的情況： 上翼面突出，流場(chǎng)橫截面面積減小，空氣流速大， 即V2V1。而由伯努利方程，必使： P2 CTCT時(shí)，C CL L下降。 當(dāng) = = 0 0(30%的額定功率時(shí)，效率90%； 但P3m/s，但不足以將機(jī)組拖動(dòng)到切入轉(zhuǎn)速時(shí)的自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。 發(fā)電機(jī)未并入電網(wǎng)，但機(jī)組已處于工作狀態(tài)，控制系統(tǒng)已經(jīng)做好切入電網(wǎng)的一切準(zhǔn)備： 機(jī)械剎車松開(kāi)； 葉尖阻尼板收回； 葉輪處于迎風(fēng)位置； 液壓系統(tǒng)的壓

6、力保持在設(shè)定值上； 風(fēng)況、電網(wǎng)和機(jī)組的所有狀態(tài)參數(shù)均在控制系統(tǒng)檢測(cè)之中，一旦風(fēng)速增大，轉(zhuǎn)速升高，發(fā)電機(jī)即可并網(wǎng)。二、機(jī)組的自起動(dòng)二、機(jī)組的自起動(dòng) 早期的定槳距機(jī)組的利用發(fā)電機(jī)起動(dòng)Motor star。 由于葉片氣動(dòng)性能的改進(jìn)，葉輪在自然風(fēng)速的作用下，不依靠其它外力的協(xié)助，將發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速自起動(dòng)。 現(xiàn)在絕大多數(shù)定槳距機(jī)組均有良好的自起動(dòng)性，一般在4m/s的風(fēng)速條件下，即可自起動(dòng)到發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。三、葉輪對(duì)風(fēng)三、葉輪對(duì)風(fēng) 當(dāng)風(fēng)速傳感器測(cè)得10min平均風(fēng)速3m/s時(shí)，控制器允許葉輪對(duì)風(fēng)。 偏航角度通過(guò)風(fēng)向儀測(cè)定。同時(shí)延遲10s執(zhí)行偏航，以免在風(fēng)向擾動(dòng)情況下的頻繁動(dòng)作。 釋放偏航剎車1s后，

7、偏航電機(jī)根據(jù)指令執(zhí)行偏航；偏航停止時(shí)，偏航剎車投入。四、制動(dòng)解除四、制動(dòng)解除 當(dāng)自起動(dòng)條件滿足時(shí)，控制葉尖擾流器的電磁閥打開(kāi)，壓力油進(jìn)入葉片液壓缸，擾流器被收回與葉片主體合為一體。 控制器收到反饋信號(hào)后，控制盤式制動(dòng)器（機(jī)械剎車）松開(kāi)。第五章第五章 風(fēng)資源概述風(fēng)資源概述 風(fēng)的一般知識(shí)風(fēng)的一般知識(shí) 風(fēng)的形成 風(fēng)向與風(fēng)速 風(fēng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)風(fēng)的統(tǒng)計(jì)學(xué) 風(fēng)向頻率 風(fēng)速頻率 風(fēng)的能量風(fēng)的能量5.1 風(fēng)的一般知識(shí)風(fēng)的一般知識(shí)一、風(fēng)的形成一、風(fēng)的形成 地球表面上，受太陽(yáng)加熱的空氣較輕，上升到高空；冷卻的空氣較重，傾向于去補(bǔ)充上升的空氣。這就導(dǎo)致了空氣的空氣的 流動(dòng)流動(dòng)風(fēng)風(fēng)。 全球性氣流、海風(fēng)與陸風(fēng)、山谷風(fēng)的形成大

8、致都如此。 風(fēng)能風(fēng)能是太陽(yáng)能太陽(yáng)能的一種表現(xiàn)形式。局部加熱與冷卻形成風(fēng)二、風(fēng)向與風(fēng)速二、風(fēng)向與風(fēng)速風(fēng)向風(fēng)向：風(fēng)向來(lái)風(fēng)的方向來(lái)風(fēng)的方向。通常說(shuō)的西西北風(fēng)北風(fēng)、南風(fēng)南風(fēng)等即表明的就是風(fēng)向。陸地上的風(fēng)向一般用16個(gè)方位觀測(cè)。即以正北為零度，順時(shí)針每轉(zhuǎn)過(guò)22.5為一個(gè)方位。風(fēng)向的方位圖圖示如下。 N NNW NNE NW NE WNW ENE W E WSW ESE SW SE SSW SSE S 風(fēng)速：風(fēng)速：風(fēng)速空氣流動(dòng)的速度。 用空氣在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)的距離表示 ； 單位：m/s或km/h； 是表示風(fēng)能的一個(gè)重要物理量； 風(fēng)速和風(fēng)向都是不斷變化的。瞬時(shí)風(fēng)速任意時(shí)刻風(fēng)的速度。 具有隨機(jī)性因而不可控制。

9、 測(cè)量時(shí)選用極短的采樣間隔，如1s。平均風(fēng)速某一時(shí)間段內(nèi)各瞬時(shí)風(fēng)速的平均值。如日平均風(fēng)速、月平均風(fēng)速等。1、風(fēng)速的周期性變化風(fēng)速的日變化： 一天之中，風(fēng)速的大小是不同的。 地面（或海拔較低處）一般是白天風(fēng)速高，夜間風(fēng)速較低。 高空（或海拔較高處）則相反，夜間風(fēng)強(qiáng)，白天風(fēng)弱。 其逆轉(zhuǎn)的臨界高度約為100150m。風(fēng)速的季節(jié)變化： 一年之中，風(fēng)的速度也有變化。 在我國(guó)，大部分地區(qū)風(fēng)的季節(jié)性變化規(guī)律是：春季最強(qiáng)，冬季次之，夏季最弱。2 2、影響風(fēng)速的主要因素、影響風(fēng)速的主要因素 垂直高度垂直高度： 由于風(fēng)與地表面摩擦的結(jié)果，越往高處風(fēng)速越高。定量關(guān)系常用實(shí)驗(yàn)式表示： V(z)=Vr(z/zr) V

10、高度z處的風(fēng)速。 Vr參考高度zr處的風(fēng)速，測(cè)得。 地表摩擦系數(shù)，或地表面粗糙度。 取值范圍：0.1（光滑）0.4（粗糙）。 地形地貌地形地貌不同地形與平坦地面的風(fēng)速比值 不同地形 平坦地面的平均風(fēng)速（35 m/s） 山澗盆地 0.950.85 山背風(fēng)坡 0.90.8 山迎風(fēng)坡 1.101.20 峽谷口或山口 1.301.40 地理位置地理位置 海面上的風(fēng)比海岸大，沿海的風(fēng)比內(nèi)陸大得多。 障礙物障礙物 風(fēng)流經(jīng)障礙物后，將產(chǎn)生不規(guī)則的渦流，使風(fēng)速降低。但隨著遠(yuǎn)離物體，這種渦流逐漸消失。當(dāng)距離大于10倍物體高度時(shí)，渦流可完全消失。 啟示：在障礙物附近設(shè)置風(fēng)力機(jī)或多排設(shè)置風(fēng)力機(jī)時(shí)的位置。5.2 風(fēng)的

11、統(tǒng)計(jì)理論風(fēng)的統(tǒng)計(jì)理論一、風(fēng)向頻率一、風(fēng)向頻率 任意點(diǎn)處的風(fēng)向時(shí)刻都在改變。但在一定時(shí)間內(nèi)（月、季、年）多次測(cè)量，可以得到每一種風(fēng)向出現(xiàn)的頻率。 風(fēng)向頻率的計(jì)算方法 選擇觀測(cè)的時(shí)間段，如月、季、年； 記錄每個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)ni，及總觀測(cè)次數(shù)n； 某風(fēng)向的風(fēng)向頻率= ni/n 100二、風(fēng)速頻率對(duì)于風(fēng)力機(jī)的安置處，有兩個(gè)重要的描述風(fēng)資源的參數(shù)：風(fēng)速頻率和年平均風(fēng)速。 風(fēng)速在某一時(shí)間段內(nèi)平均，如10分鐘； 在計(jì)算風(fēng)速頻率時(shí)，通常把風(fēng)速改變的間隔定為1m/s，如4.55.5m/s，5.56.5m/s； 按風(fēng)速的大小，落到哪個(gè)區(qū)間，哪個(gè)區(qū)間的累加值加1。 把各個(gè)區(qū)間出現(xiàn)的次數(shù)除以總次數(shù)即得風(fēng)速頻率。風(fēng)頻

12、（風(fēng)頻（%） 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 風(fēng)速（m/s） 風(fēng)況曲線 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 時(shí)間（h）根據(jù)風(fēng)況曲線通常可以看出：1. 一年之中有多少時(shí)間低于啟動(dòng)風(fēng)速而無(wú)法起動(dòng)？2. 取多大的切出風(fēng)速較合適？3. 有多少小時(shí)可以達(dá)到額定出力？4. 全年的有效風(fēng)速的有多少小時(shí)？ 可見(jiàn)，風(fēng)頻特性和風(fēng)況曲線是開(kāi)發(fā)風(fēng)能的重要原始資料和依據(jù)。 風(fēng)速的Weibull(威布爾 )分布 由于實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)極為繁雜，且統(tǒng)計(jì)整理的工作量又很大，人們便用數(shù)學(xué)方式來(lái)描述風(fēng)速分布情況。目前Weibull分布函數(shù)用得最廣。 Weibull分布函數(shù)有兩特征參數(shù)：形狀參數(shù)K和尺度參數(shù)