風(fēng)力發(fā)電概述模板課件

1、風(fēng)力發(fā)電概述風(fēng)能利用的歷史風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展風(fēng)力資源的特點：中國的風(fēng)能資源分布風(fēng)機的能量輸出風(fēng)力機性能參數(shù)風(fēng)力機的分類風(fēng)力發(fā)電機的組成結(jié)構(gòu) （具體結(jié)構(gòu)參見Gamesa風(fēng)機圖紙）風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的種類DFM風(fēng)機的并網(wǎng)運行（Gamesa的G5X風(fēng)機使用該種電機）風(fēng)電場的選址風(fēng)電場的運行和維護風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展趨勢Gamesa在中國運行的風(fēng)場風(fēng)力等級表（“蒲赫”風(fēng)力等級表）： 第1頁，共28頁。風(fēng)能利用的歷史風(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，它是由太陽輻射熱引起的。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)換形式，是一種重要的自然能源。太陽照射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產(chǎn)生溫差，從而引起大氣的對流運動形成風(fēng)。風(fēng)能利用已有數(shù)千年的歷史

2、。在蒸汽機發(fā)明以前，風(fēng)帆和風(fēng)車是人類生產(chǎn)和生活的重要動力裝置。埃及被認(rèn)為可能是最先利用風(fēng)能的國家，約在幾千年前，他們就開始利用風(fēng)帆來幫助行船。波斯和中國也在很早就開始利用風(fēng)能，主要使用垂直軸風(fēng)車。我國至少在3000年前的商代就出現(xiàn)了帆船，到唐代，風(fēng)帆船已廣泛用于江河運輸。最輝煌的是明代，14世紀(jì)鄭和七下西洋，龐大的帆船隊功不可沒。明代以后，風(fēng)車廣泛應(yīng)用，沿海一帶主要用于帆船和風(fēng)力機提水灌溉，制鹽。在歐洲到中世紀(jì)才廣泛利用風(fēng)能，荷蘭人發(fā)明了風(fēng)車。18世紀(jì)荷蘭曾用近萬臺風(fēng)車排水，在低洼的海灘上圍海造田，成為風(fēng)車之國。成為有名的農(nóng)用風(fēng)車，最多達到了600萬臺。隨著蒸汽機的出現(xiàn)，以及煤，石油，天然氣的

3、開采，風(fēng)力機無法和蒸汽機，內(nèi)燃機，電動機等相競爭，逐漸被淘汰。到了19世紀(jì)末，開始利用風(fēng)力發(fā)電，特別是在20世紀(jì)70年代，利用風(fēng)力發(fā)電進入了一個蓬勃發(fā)展的時代。第2頁，共28頁。風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展19世紀(jì)末，丹麥人首先研制了風(fēng)力發(fā)電機，并于1891年建成了世界第一個風(fēng)力發(fā)電站。但是由于技術(shù)方面的原因，風(fēng)力發(fā)電一直沒有成為電網(wǎng)中的電源。1973年石油危機以后，美國，西歐等發(fā)達國家為了尋找替代化石燃料的能源，開始投入大量的經(jīng)費，研制風(fēng)力發(fā)電機組，并于20世紀(jì)80年代初開始建立示范風(fēng)電場，開始了并網(wǎng)發(fā)電的新時期。到了90年代，對環(huán)境保護的要求日益嚴(yán)格，風(fēng)力發(fā)電更加受到重視。經(jīng)過20多年的研究開發(fā)，世界風(fēng)

4、力發(fā)電取得了引人注目的成就。下表是1983年以來世界風(fēng)電發(fā)展的情況。第3頁，共28頁。風(fēng)力資源的特點：1 蘊量巨大；據(jù)估計到達地球的太陽能中雖然只有大約2轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，但其總量仍是十分可觀的。全球的風(fēng)能約為2.74X109MW，其中可利用的風(fēng)能為2X107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。2 可以再生； 3 分布廣泛；4 沒有污染，綠色環(huán)保；5 密度低；6不穩(wěn)定；7 地區(qū)差異大第4頁，共28頁。中國的風(fēng)能資源分布(圖)第5頁，共28頁。中國的風(fēng)能資源分布1三北（東北、華北、西北）地區(qū)豐富帶，風(fēng)能功率密度在200300瓦/米2以上，有的可達500瓦/米2以上，如阿拉山口、達坂城、輝騰

5、錫勒、錫林浩特的灰騰梁等、可利用的小時數(shù)在5000小時以上，有的可達7000小時以上。這一風(fēng)能豐富帶的形成，主要是由于三北地區(qū)處于中高緯度的地理位置有關(guān)。 2沿海及其島嶼地豐富帶。年有效風(fēng)能功率密度在200瓦/米2以上，將風(fēng)能功率密度線平行于海岸線，沿海島嶼風(fēng)能功率密度在500瓦/米2以上如臺山、平潭、東山、南鹿、大陳、嵊泗、南澳、馬祖、馬公、東沙等?？衫眯r數(shù)約在7000-8000小時，這一地區(qū)特別是東南沿海，由海岸向內(nèi)陸是丘陵連綿，所以風(fēng)能豐富地區(qū)僅在海岸50km之內(nèi)，再向內(nèi)陸不但不是風(fēng)能豐富區(qū)，反而成為全國最小風(fēng)能區(qū)，風(fēng)能功率密度僅50瓦/米2左右，基本上是風(fēng)能不能利用的地區(qū)。3內(nèi)陸風(fēng)

6、能豐富地區(qū)，在兩個風(fēng)能豐富帶之外，風(fēng)能功率密度一般在100w/m2以下，可以利用小時數(shù)3000小時以下。但是在一些地區(qū)由于湖泊和特殊地形的影響，風(fēng)能也較豐富，如鄱陽湖附近較周圍地區(qū)風(fēng)能就大，湖南衡山、安徽的黃山、云南太華山等也較平地風(fēng)能為大。但是這些只限于很小范圍之內(nèi)，不像兩大帶那樣大的面積，特別是三北地區(qū)面積更大。青藏高原海拔4000m以上，這里的風(fēng)速比較大，但空氣密度小，如在4000m的空氣密度大致為地面的67%，也就是說，同樣是8m/s的風(fēng)速，在平原上風(fēng)能功率密度為313.6w/m2，而在4000m只為209.9w/m2，而這里年平風(fēng)速在35m/s，所以風(fēng)能仍屬一般地區(qū)。 第6頁，共28

7、頁。風(fēng)力機性能參數(shù)評價一臺風(fēng)機的性能，一個很重要的指標(biāo)是功率曲線，另外一個就是可利用率。功率曲線1（變速變槳風(fēng)機）功率曲線2（定槳定速風(fēng)機）第7頁，共28頁。功率曲線1（變速變槳風(fēng)機）第8頁，共28頁。功率曲線2（定槳定速風(fēng)機）第9頁，共28頁。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的種類第10頁，共28頁。風(fēng)機功率計算方法風(fēng)力機產(chǎn)生的功率可以用公式表示：P=0.5AV3 Cp me；P輸出功率（W）；空氣密度；V風(fēng)速（m/s）；A風(fēng)輪掃掠面積Cp 風(fēng)能利用系數(shù)；m傳動效率，一般為0.950.97e電氣效率，一般為0.970.98；年發(fā)電量是功率曲線和風(fēng)力分布函數(shù)的積分第11頁，共28頁。風(fēng)力機性能參數(shù)1 風(fēng)能利用系數(shù)

8、Cp 風(fēng)能利用系數(shù)是指風(fēng)機從風(fēng)能中轉(zhuǎn)換的能量占風(fēng)力機風(fēng)輪掃掠面積全部風(fēng)能的比例。單位時間內(nèi)通過給定面積A的風(fēng)能E，可以表示為：E=0.5AV3；其中 V為風(fēng)速，為空氣密度，計算中一般取=1.225Kg/m3；Cp=P/（0.5AV3）；2 葉尖速比 葉尖速比是風(fēng)輪葉尖線速度和風(fēng)速的比值；=R/v；R為風(fēng)輪半徑，為風(fēng)輪角速度。風(fēng)力機的分類按照功率輸出的大小分為小型（10KW以下）；中型（10KW100KW），大型（100KW以上）；結(jié)構(gòu)形式多種多樣，大體上可以分為;水平軸風(fēng)機，垂直軸風(fēng)機；第12頁，共28頁。風(fēng)力機的分類按照功率輸出的大小分為小型（10KW以下）；中型（10KW100KW），大型

9、（100KW以上）；結(jié)構(gòu)形式多種多樣，大體上可以分為;水平軸風(fēng)機，垂直軸風(fēng)機；第13頁，共28頁。水平軸風(fēng)機，垂直軸風(fēng)機第14頁，共28頁。風(fēng)力發(fā)電機的組成結(jié)構(gòu) （具體結(jié)構(gòu)參見Gamesa風(fēng)機圖紙）1主機架 2 主軸 3 輪轂 4 葉片 5 葉片支承 6 齒輪箱 7 齒輪箱扭力臂 8 盤式制動器 9 發(fā)電機 10 萬向聯(lián)軸器 11 液壓單元 12 偏航馬達 13 偏航減速器 14 扭纜傳感器 15 頂部控制器第15頁，共28頁。風(fēng)力發(fā)電機的組成結(jié)構(gòu)1 主機架 2 主軸 3 輪轂 4 葉片 5 葉片支承 6 齒輪箱 7 齒輪箱扭力臂 8 盤式制動器 9 發(fā)電機 10 萬向聯(lián)軸器 11 液壓單元

10、12 偏航馬達 13 偏航減速器 14 扭纜傳感器 15 頂部控制器第16頁，共28頁。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的種類 (1)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以分為兩類1 離網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng) （獨立的風(fēng)電系統(tǒng)） 又分為：a獨立的風(fēng)電系統(tǒng) （一般100W10Kw的下小型機組）b 風(fēng)力-柴油機發(fā)電聯(lián)合系統(tǒng) （10Kw200Kw的風(fēng)電機組）c 風(fēng)力太陽能發(fā)電聯(lián)合系統(tǒng) 一般才用太陽能電池方陣 （10Kw200Kw的風(fēng)電機組）質(zhì)量。第17頁，共28頁。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的種類(2)2 并網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng) 一般單機容量在200Kw以上，或者多臺聯(lián)網(wǎng)形成風(fēng)電場。 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成：2.1 發(fā)電機異步電機 特點：堅固耐用，機械結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜

11、；但是運行時必須外加無功利磁電流，消耗無功功率。需要電容組或電網(wǎng)提供無功。同步電機 特點：發(fā)電機不僅可以提供有功功率，而且可以提供無功功率，但是它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。2.2 軟啟動器主要有晶閘管和控制器組成。作用是降低并網(wǎng)時的電流沖擊，減小并網(wǎng)時的電壓下降；減小發(fā)電機和齒輪箱的機械沖擊。2.3 電容器組主要是提供無功補償作用，增加電壓的穩(wěn)定性，減少電網(wǎng)的額外損失。2.4 變頻器變頻器是一種功率電子元件，它可以很方便地把頻率不同的電力系統(tǒng)連接起來。一般來說，變頻器都包含了絕緣珊雙極晶體管IGBT （Insulated Gate Biopolar Transisters）.IGBT的特點是具有很

12、高的開關(guān)頻率，可以高達10KHz。使用變頻器的意義： 可以調(diào)控頻率；可以調(diào)控?zé)o功功率，提高供電第18頁，共28頁。DFM風(fēng)機的并網(wǎng)運行（Gamesa的G5X風(fēng)機使用該種電機）Gamesa在中國的風(fēng)機是雙反饋電機DFM（Double Feedback Machine）.這也是目前變速變槳風(fēng)機主要使用的電機。雙饋電機定子三相繞組直接與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)過交流-交流變頻器聯(lián)入電網(wǎng)。這種系統(tǒng)的特點是： A 風(fēng)機啟動后帶動發(fā)電機至接近同步轉(zhuǎn)速時，由變頻器控制進行電壓匹配，同步和相位控制，以便迅速地并入電網(wǎng)，并網(wǎng)時基本沒有電流沖擊；B 風(fēng)力機的轉(zhuǎn)速可以隨風(fēng)速和負載的變化及時做出相應(yīng)的調(diào)整，使風(fēng)機已最佳的

13、葉尖速比運行，產(chǎn)生最大的電能輸出； C DFM發(fā)電機勵磁可調(diào)量有三個： 勵磁電流的頻率，勵磁電流的幅值以及勵磁電流的相位。調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率，保證發(fā)電機在變速運行的情況下，發(fā)出的電是恒頻的；通過改變勵磁電流的幅值和相位，可以調(diào)節(jié)有功功率和無功功率的目的。第19頁，共28頁。風(fēng)電場的選址風(fēng)電場的選址，需要綜合考慮多方面的因素。包括風(fēng)能資源的評估，風(fēng)機與電網(wǎng)的連接，機組設(shè)備的運輸與安裝，地形地貌，和社會經(jīng)濟發(fā)展等因素。第20頁，共28頁。A風(fēng)能資源的評估 1 年平均風(fēng)速； 一般來說，只有年平均風(fēng)速大于6m/s的地區(qū)才適合建設(shè)風(fēng)場。2 年平均風(fēng)能密度；這和空氣密度以及風(fēng)速有關(guān)，在青藏高原，風(fēng)速很高，

14、但是空氣密度小，所以風(fēng)能密度也小，不適于裝風(fēng)機。3 年有效風(fēng)速時間（小時數(shù)）：有效風(fēng)速時間大于2000小時；620m/s風(fēng)速時數(shù)在5001500小時，該地區(qū)具有安裝風(fēng)機的資源條件；4 主要風(fēng)向分布； 風(fēng)機進可能安裝在盛行風(fēng)向比較穩(wěn)定，季節(jié)變化比較小的地方；4 湍流強度；湍流會減少發(fā)電機的功率輸出，會使整個發(fā)電機發(fā)生機械振動，湍流嚴(yán)重時可能損壞整個發(fā)電機；5 自然災(zāi)害；主要考慮強風(fēng)，冰雪，煙霧等因素。第21頁，共28頁。 廠址選擇應(yīng)考慮的因素1 盡可能靠近電網(wǎng)；2 交通方便；3 地形地質(zhì)；4 地理位置，遠離地震帶，火山頻繁暴發(fā)區(qū)。遠離人口密集區(qū)；5 盡量減少對環(huán)境的不利影響。主要是對飛禽的傷害，

15、以及對草原的環(huán)境破壞。第22頁，共28頁。B風(fēng)電機組的排列風(fēng)電機組的排列主要和風(fēng)向和發(fā)電機組的數(shù)量，場地的實際情況有關(guān)。由于風(fēng)通過葉輪以后，風(fēng)速會下降并且產(chǎn)生湍流，要經(jīng)過一定的距離后才能恢復(fù)。理想條件下，在主風(fēng)向上，風(fēng)機布置得越遠越好，以減少風(fēng)機之間的影響，但是這會增加電纜長度和費用，并且占用較多的土地資源。指導(dǎo)原則是，在盛行風(fēng)向上機組之間相隔59倍的風(fēng)輪直徑，在垂直于盛行風(fēng)向上要求機組間隔35倍的風(fēng)輪直徑。第23頁，共28頁。風(fēng)電場的運行和維護風(fēng)力發(fā)電機組日常運行工作主要包括：1通過中控室的計算機，監(jiān)視各個機組的各項參數(shù)變化以及運行狀態(tài)，并按規(guī)定填寫風(fēng)場運行日志；2 當(dāng)發(fā)生異常變化或者遇到故

16、障時及時處理，并做好記錄；3 定期巡視檢查； 第24頁，共28頁。風(fēng)力機的維護與檢修1 正常維護 指運行人員平時對風(fēng)機進行的檢查，調(diào)整，注油潤滑，清理，以及臨時故障的檢查，分析和處理。2定期檢修（具體參照技術(shù)文件ES00010，檢修手冊） 定期檢查是按照Gamesa的工藝規(guī)定進行。主要對以下部件進行檢查：葉片，輪轂，葉片軸承，變槳機構(gòu)，主軸，齒輪箱，聯(lián)軸器，發(fā)電機，機架，塔筒，偏航系統(tǒng)，液壓站，螺栓力矩；控制系統(tǒng)檢測；功能檢查：葉片變槳的各個參數(shù)設(shè)定；速度控制性能；超速保護性能等；第25頁，共28頁。風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(1)1 單機容量增大在過去的20年里，風(fēng)力發(fā)電機典型裝機容量已經(jīng)從50KW

17、發(fā)展到1500KW。目前商業(yè)化機組的容量達到了3.6MW。REpower公司已經(jīng)開發(fā)出了5MW，葉輪直徑為126米的風(fēng)機。一些新的復(fù)合材料和新技術(shù)也應(yīng)用在大型風(fēng)機的制造中。GE 3.6MW風(fēng)機大型風(fēng)機更適合于濱海風(fēng)電場。在人口密集的國家，隨著陸地風(fēng)場的利用殆盡，濱海風(fēng)場在未來的風(fēng)能開發(fā)中將占越來越重要的份額。2 塔架高度的提高在地處平坦地帶的風(fēng)機，在50米高度捕捉的風(fēng)能要比30米高處多20%3 控制技術(shù)的發(fā)展，變頻恒頻成為主流低速交流變頻發(fā)電機的研發(fā)與運行無齒輪箱直接驅(qū)動型發(fā)電機。該風(fēng)機采用了低速多極交流發(fā)電機，在葉輪和發(fā)電機之間不需要安裝增速箱。這種發(fā)電機轉(zhuǎn)子外圓以及定子內(nèi)經(jīng)大大增加，軸向長

18、度則很短，呈圓環(huán)狀。系統(tǒng)采用IGBT變頻器。 該種機型的優(yōu)點： 由于不采用齒輪箱，減少了齒輪箱的傳動損失和發(fā)生故障的概率；發(fā)電機轉(zhuǎn)速和葉輪轉(zhuǎn)速相同且隨風(fēng)速變化，風(fēng)輪可轉(zhuǎn)換更多的風(fēng)能；總體重量減輕，所以風(fēng)機支撐結(jié)構(gòu)減輕，基礎(chǔ)費用也可降低，運行維護費用也低。第26頁，共28頁。風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(2)4 海上風(fēng)力發(fā)電迅速發(fā)展由于海上風(fēng)速大并且比較穩(wěn)定，風(fēng)速約比沿岸高出25%，且海面粗糙度小，湍流小，具有穩(wěn)定的主風(fēng)向。大型風(fēng)機在海面上比較容易運輸和安裝。一般陸上風(fēng)場平均設(shè)備利用小時數(shù)為2000小時；好的可以達到2600小時。在海上則可以達到3000小時以上。為了便于浮吊施工，海上風(fēng)場一般建在水深為38米處。 同容量裝機，海上比陸上成本增加60% （海上基礎(chǔ)占23%，線路占20%，陸上僅各占5%），電量增加50%以上。目前，歐洲海上風(fēng)機已經(jīng)有16個，裝機301臺，總?cè)萘?/p>