電力生產(chǎn)概論-第6講-風(fēng)力發(fā)電

1、電力生產(chǎn)技術(shù)概論1第6講 風(fēng)力發(fā)電2陸上風(fēng)電場(chǎng)實(shí)景3海上風(fēng)電場(chǎng)實(shí)景4主要內(nèi)容概述風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展面臨的問(wèn)題5一、風(fēng)資源及儲(chǔ)量風(fēng)能的來(lái)源地球的轉(zhuǎn)動(dòng)地球表面受太陽(yáng)加熱程度的差別其它地理因素的影響世界風(fēng)資源儲(chǔ)量全球大氣中蘊(yùn)藏的總風(fēng)能約為1014MW可被開(kāi)發(fā)的風(fēng)能約為3.5* 109MW6一、風(fēng)資源及儲(chǔ)量我國(guó)風(fēng)資源儲(chǔ)量陸上離地面50米高度，達(dá)到3級(jí)以上風(fēng)能資源的潛在開(kāi)發(fā)量約23.8億千瓦525米水深線以內(nèi)近海區(qū)域、海平面以上50米高度可裝機(jī)容量約2億千瓦7一、我國(guó)風(fēng)能資源分布8一、我國(guó)風(fēng)能資源分布海上風(fēng)能豐富海上風(fēng)速高，很少有靜風(fēng)期，可以有效利用風(fēng)電機(jī)組發(fā)電容量。一般估計(jì)海上風(fēng)速

2、比平原沿岸高20%，發(fā)電量增加70%，在陸上設(shè)計(jì)壽命20年的風(fēng)電機(jī)組在海上可達(dá)25年到30年，且距離電力負(fù)荷中心很近。隨著海上風(fēng)電場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展成熟，經(jīng)濟(jì)上可行，將來(lái)必然會(huì)成為重要的可持續(xù)能源。 9二、風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)的形成：地球自轉(zhuǎn)以及太陽(yáng)熱輻射不均所引起的空氣循環(huán)流動(dòng)。10二、風(fēng)力發(fā)電原理升力與阻力阻力：與氣流方向平行的力Fx升力：與氣流方向垂直的力Fy風(fēng)力發(fā)電的原理空氣流經(jīng)風(fēng)輪葉片時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)壓，產(chǎn)生升力或阻力推動(dòng)風(fēng)機(jī)的葉片旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電1112二、風(fēng)力發(fā)電原理輸出功率C：風(fēng)能利用系數(shù)，理論最大值為0.59；F： 葉片受風(fēng)面積; ：空氣密度 ；v ：風(fēng)速13二、風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)速對(duì)輸出功

3、率的影響在相同情況下，風(fēng)速變化1m/s：是不是風(fēng)速越大越好呢？二、風(fēng)力發(fā)電原理輸出功率風(fēng)速關(guān)系15二、風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)力發(fā)電輸出功率的波動(dòng)性丹麥160 MW風(fēng)力發(fā)電出力5 minute intervals for 48 hours vs. % of wind plant capacity16二、風(fēng)力發(fā)電原理17增加風(fēng)場(chǎng)中的風(fēng)機(jī)數(shù)目，緩解風(fēng)電輸出功率的波動(dòng)17二、風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)電機(jī)組/風(fēng)電場(chǎng)位置將風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)機(jī)分布在較廣的地理區(qū)域內(nèi)18二、風(fēng)力發(fā)電原理輸出功率與高度的關(guān)系風(fēng)速與高度關(guān)系:V2/V1=(h2/h1)a輸出功率與高度關(guān)系:P2/P1=(h2/h1)3aZ01，a與Z0成反比19二、風(fēng)力發(fā)電

4、原理20三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組你想了解風(fēng)電嗎？那就向下了解吧！21三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組22232425262728我上到風(fēng)機(jī)上了2930313233343536373839404142三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪對(duì)風(fēng)裝置調(diào)速裝置制動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置發(fā)電機(jī)43三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪作用：捕捉和吸收風(fēng)能，并將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。一般由葉片、葉柄、輪轂及風(fēng)輪軸等組成。44三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片橫截面形狀：平板型、弧板型和流線型。風(fēng)力發(fā)電機(jī): 流線型；風(fēng)力提水機(jī):弧板型/平板型45三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)風(fēng)裝置保證風(fēng)輪基本上始終處于迎風(fēng)狀態(tài)常用的風(fēng)力機(jī)的對(duì)風(fēng)裝置：尾舵舵輪電動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)對(duì)風(fēng)46三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尾舵微、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)普

5、遍應(yīng)用新式：對(duì)風(fēng)向變化反應(yīng)敏感，跟蹤性好老式改進(jìn)新式47三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尾舵翹起安裝尾舵常處于風(fēng)輪后面的尾流區(qū)里，為了避開(kāi)尾流的影響，可將尾舵翹起安裝，高出風(fēng)輪48三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組舵輪多用于中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上49三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組舵輪正常工作，舵輪旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)向平行不轉(zhuǎn)動(dòng)50三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組舵輪當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)，在風(fēng)力作用下舵輪開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪再對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。51三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)對(duì)風(fēng)裝置多用于中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。風(fēng)向標(biāo)：感受風(fēng)向凸輪：接通/斷開(kāi)限位開(kāi)關(guān)， 控制對(duì)風(fēng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼板：浸沒(méi)在油缸中，用以吸收風(fēng)向脈動(dòng)。52三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組調(diào)速裝置風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)計(jì)允許值時(shí)，有可能導(dǎo)致機(jī)組的毀壞或壽命

6、的減少使風(fēng)輪能穩(wěn)定一定轉(zhuǎn)速內(nèi)工作53三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)調(diào)速裝置原理減少風(fēng)輪迎風(fēng)面積適用于微型、小型、中型風(fēng)機(jī)a未調(diào)速位置；b調(diào)速位置；c順漿位置54三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)調(diào)速裝置原理改變?nèi)~片翼型攻角值：葉片升力與攻角密切相關(guān)氣流方向與葉片橫截面的弦長(zhǎng)L的夾角稱為攻角。升力與攻角正相關(guān)升力下降55三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)調(diào)速裝置原理改變?nèi)~片翼型攻角值56三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓變槳距調(diào)速美國(guó)MOD-0型大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距調(diào)速裝置57三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組調(diào)速裝置原理利用空氣在風(fēng)輪圓周切線方向的阻力阻力翼阻尼板58三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制動(dòng)裝置在風(fēng)速過(guò)高時(shí)，使風(fēng)輪停轉(zhuǎn)，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)在特大風(fēng)速下的安全。微型和小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)59三、風(fēng)力

7、發(fā)電機(jī)組制動(dòng)裝置在中型和大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，有采用葉尖氣動(dòng)剎車和機(jī)械式剎車組成的制動(dòng)系統(tǒng)。功率較大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，也有應(yīng)用電磁制動(dòng)器和液壓制動(dòng)器的。60三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱/傳動(dòng)裝置風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速度：小型風(fēng)機(jī)：每分鐘幾百轉(zhuǎn)大型風(fēng)機(jī)：每分鐘十幾轉(zhuǎn)幾十轉(zhuǎn)一般發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速：四極三相交流發(fā)電機(jī)：1500r/min二極三相交流發(fā)電機(jī)：3000r/min齒輪箱進(jìn)行增速方案一61三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用齒輪箱增速的風(fēng)力發(fā)電機(jī)626364三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)裝置風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速度：小型風(fēng)機(jī)：每分鐘幾百轉(zhuǎn)大型風(fēng)機(jī)：每分鐘十幾轉(zhuǎn)幾十轉(zhuǎn)一般發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速：四極三相交流發(fā)電機(jī)：1500r/min二極三相交流發(fā)電機(jī)：3000r/min采

8、用低轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)方案二直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)65三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直驅(qū)發(fā)電機(jī)按照勵(lì)磁方式可分為：電勵(lì)磁和永磁電勵(lì)磁直驅(qū)：采用與水輪發(fā)電機(jī)相同的工作原理，技術(shù)成熟。永磁直驅(qū)：近年來(lái)研發(fā)的風(fēng)電技術(shù)，用永磁材料替代復(fù)雜的電勵(lì)磁系統(tǒng)，發(fā)電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量相對(duì)電勵(lì)磁直驅(qū)機(jī)組較輕。66三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)轉(zhuǎn)子直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組67三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重要電氣部件整流器：將交流電變成直流電。逆變器：把直流電變成交流電。68三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重要電氣部件控制器保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)蓄電池的正常充電，防止蓄電池過(guò)充/放電，并控制輸向用電器的電壓泄荷器：當(dāng)蓄電池電已充足了，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)仍在繼續(xù)發(fā)電。設(shè)置泄荷器，給發(fā)電機(jī)提供放電通道。避雷器

9、：防雷擊69四、風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展面臨的問(wèn)題經(jīng)濟(jì)安全701、開(kāi)發(fā)成本高，利用效率低風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)711、開(kāi)發(fā)成本高，利用效率低721、開(kāi)發(fā)成本高，利用效率低以內(nèi)蒙區(qū)域電網(wǎng)為例：風(fēng)電裝機(jī)容量截至2010年底風(fēng)電未上網(wǎng)電量2010年1-6月數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)風(fēng)電光伏發(fā)電情況監(jiān)管報(bào)告（2010年第9號(hào)）732、電力系統(tǒng)安全問(wèn)題日益凸顯2011.2.24日在甘肅酒泉、瓜州，4.17日在河北張家口相繼發(fā)生3起風(fēng)電設(shè)備事故，造成1944臺(tái)風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)，對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定造成嚴(yán)重影響。事故電纜742、電力系統(tǒng)安全問(wèn)題日益凸顯資源與需求逆向分布，必須大容量遠(yuǎn)距離傳輸，對(duì)輸電技術(shù)及系統(tǒng)運(yùn)行控制提出了挑戰(zhàn)752、

10、電力系統(tǒng)安全問(wèn)題日益凸顯供需必須實(shí)時(shí)平衡隨機(jī)波動(dòng)的負(fù)荷需求與隨機(jī)波動(dòng)的電源之間的矛盾發(fā)電用電輸配電隨機(jī)不確定性 相對(duì)確定、可控 強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性 風(fēng)電光電水電核電火電762、電力系統(tǒng)安全問(wèn)題日益凸顯電源結(jié)構(gòu)性矛盾突出，匱乏可快速響應(yīng)新能源電力隨機(jī)波動(dòng)性的電源60504030201007080風(fēng)電煤炭73.43531.4天然氣與石油45.1250.13.3163.2中、美、德發(fā)電裝機(jī)構(gòu)成77德州風(fēng)電裝機(jī)容量占州電能總需求的9.1%，風(fēng)電滲透率為5%德州的能源結(jié)構(gòu)中天然氣發(fā)電占59%天然氣電廠可以快速響應(yīng)，調(diào)節(jié)功率輸出，有效地平衡了風(fēng)力發(fā)電所帶來(lái)的功率波動(dòng)美國(guó)德州電網(wǎng)風(fēng)電接入的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)合理的電源結(jié)構(gòu)是大規(guī)模風(fēng)電接入的重要保證風(fēng)電場(chǎng)78丹麥風(fēng)電接入的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)西部地區(qū)(2400MW)與挪威(水電占99.5%)、瑞典(水電占46%)等NORDEL電網(wǎng)相連東部地區(qū)(760MW)與德國(guó)和歐洲聯(lián)盟電網(wǎng)(UCTE)相連丹麥風(fēng)電滲透率為21.9%挪威瑞典德國(guó)79除了火電、水電、核電常規(guī)發(fā)電技術(shù)，列舉出5種新發(fā)電技術(shù)主要的兩種太陽(yáng)能發(fā)電形式，各種形式下太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換到電能的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。按照太陽(yáng)能電站集熱器的采集方式不同，太陽(yáng)能電站分為槽式、塔式、碟式。各種類型太陽(yáng)能電站使用的聚光鏡的鏡面結(jié)構(gòu)差異，集熱效果的比較；塔式、槽式太陽(yáng)能電站中傳熱工質(zhì)的循環(huán)流程