第9講 風(fēng)能的利用_第1頁
第9講 風(fēng)能的利用_第2頁
第9講 風(fēng)能的利用_第3頁
第9講 風(fēng)能的利用_第4頁
第9講 風(fēng)能的利用_第5頁
已閱讀5頁,還剩82頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

第九講風(fēng)能的利用風(fēng)能的基本理論:風(fēng)的形成、風(fēng)的基本特征、升力和阻力、風(fēng)能資源風(fēng)能利用技術(shù):風(fēng)力機的結(jié)構(gòu)、風(fēng)輪的基本理論、風(fēng)力發(fā)電及其他應(yīng)用1.風(fēng)是怎么形成的?風(fēng)能是大氣運動形成的一種能源形式,其能量來自于大氣所吸收的太陽能。梯度風(fēng)——由壓力梯度產(chǎn)生的風(fēng)地轉(zhuǎn)風(fēng)——在氣壓梯度力和科里奧利力平衡時,沿等壓線直線運動的風(fēng)氣轉(zhuǎn)風(fēng)——受到氣壓梯度力、科里奧利力和離心力作用,空氣沿彎曲的等壓線運動形成的風(fēng)科里奧利力——由于地球的自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的作用于氣流的偏向力科氏力Coriolisforce離心力Centrifugalforce大氣環(huán)流區(qū)域風(fēng):海陸風(fēng)、山谷風(fēng)夜間”山風(fēng)”白天”谷風(fēng)”2.風(fēng)的基本特征(1)風(fēng)向:風(fēng)吹來的方向風(fēng)向頻率(風(fēng)頻):在一定的時間范圍內(nèi),某風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)占各風(fēng)向出現(xiàn)的總次數(shù)的百分比工業(yè)布局時注意風(fēng)向?qū)こ涛恢玫挠绊懀?風(fēng)的基本特征瞬時風(fēng)速、平均風(fēng)速計算風(fēng)資源時,都用10min的平均風(fēng)速風(fēng)速變幅:在測量平均風(fēng)速的限定時間內(nèi),最大風(fēng)速與最小風(fēng)速之差起動風(fēng)速(切入風(fēng)速):可使風(fēng)力機起動運行的風(fēng)速;切除風(fēng)速(切出風(fēng)速):限制風(fēng)力機超速運行的上限風(fēng)速有效風(fēng)速:起動風(fēng)速和切除風(fēng)速之間的風(fēng)速國內(nèi)風(fēng)力機的起動風(fēng)速一般為3m/s,切除風(fēng)速為20m/s,有效風(fēng)速范圍為3~20m/s。(2)風(fēng)速:風(fēng)在單位時間內(nèi)吹過的距離風(fēng)速頻率:在一定時間內(nèi),相同風(fēng)速出現(xiàn)的時間長度占測量總時間的百分比風(fēng)級:根據(jù)風(fēng)力強度劃分的等級2.風(fēng)的基本特征影響風(fēng)速的主要因素垂直高度在離地100m范圍內(nèi)近地的風(fēng)速邊界層越厚,n值越小,通常為0.1~0.4,常用0.142風(fēng)速隨高度的變化也不是一成不變的風(fēng)能的時空不穩(wěn)定性是其重要特性影響風(fēng)速的主要因素地形地貌影響風(fēng)速的主要因素地理位置障礙物風(fēng)機安裝的位置距離障礙物的距離至少是障礙物高度的20倍,而且葉片下緣的高度至少是障礙物高度的3倍3.風(fēng)的能量風(fēng)能:空氣流動的動能風(fēng)的功率Nv:1s通過面積為A的空氣所具有的動能風(fēng)能密度E0:1s流過1m2面積的風(fēng)所具有的動能風(fēng)能玫瑰圖風(fēng)向從各方向指向原點,每條射線的長度代表各方位風(fēng)向頻率的百分?jǐn)?shù)與相應(yīng)風(fēng)向平均風(fēng)速立方數(shù)的乘積。從風(fēng)能玫瑰圖可以看出哪個方向的風(fēng)具有能量的優(yōu)勢,對于風(fēng)電場選址非常重要。4.我國風(fēng)能資源分布

我國風(fēng)能資源可分為四大區(qū)域:東部沿海及島嶼地區(qū)、三北(東北、華北、西北)地區(qū)、內(nèi)陸局部地區(qū)和海上風(fēng)能區(qū)。我國的風(fēng)能資源分布

4.我國風(fēng)能資源分布省區(qū)風(fēng)能儲量省區(qū)風(fēng)能儲量省區(qū)風(fēng)能儲量內(nèi)蒙6,177.5山東393.6湖北192.7西藏3,993.0山西387.1廣西168.1新疆3,433.0河南367.5浙江163.5青海2,421.4云南366.6寧夏148.4黑龍江1,722.8江西292.9福建137.2甘肅1,143.0安徽250.5貴州100.6吉林637.5湖南246.5臺灣104.8河北611.9江蘇237.6海南64.0遼寧605.8陜西234.2四川435.8廣東195.0全國合計25,300.0陸上約有2.53億千瓦(年電量5000億千瓦時)海上約有7.5億千瓦合計約10億千瓦

據(jù)中國氣象科學(xué)院預(yù)測,我國經(jīng)濟可開發(fā)風(fēng)能資源為:5.風(fēng)能轉(zhuǎn)換與利用的主要方式6.風(fēng)力機的類型按風(fēng)輪軸與地面的相對位置,分為水平軸型和豎軸(立軸)型按葉片工作原理,分為升力型和阻力型按風(fēng)力機的用途分類,有風(fēng)力發(fā)電機、風(fēng)力提水機、風(fēng)力鍘草機、風(fēng)力脫谷機等按風(fēng)輪葉片的葉尖線速度與吹來的風(fēng)速之比的大小來分,有高速風(fēng)力機(比值大于3)和低速風(fēng)力機(比值小于3);也有把該比值2~5者稱為中速風(fēng)力機按風(fēng)機容量大小分類:國際上通常分為小型(100kW以下)、中型(100~1000kW)和大型(1000kW以上)3種;我國則分成微型(1kW以下)、小型(1~10kW)、中型(10~100kW)和大型(100kW以上)4種;也有的將1000kW以上的風(fēng)機稱為巨型風(fēng)力機按風(fēng)輪相對于塔架的位置,分為上風(fēng)式(前置式)和下風(fēng)式(后置式)按風(fēng)輪的葉片數(shù)量,分單葉片、雙葉片、三葉片、四葉片及多葉片式按葉片的形狀,可分為螺旋槳式、十字形、H形、O形、S形等按葉片與輪轂的連接分為定槳型和變槳型風(fēng)力發(fā)電所采用的風(fēng)力機,水平軸型的占絕大多數(shù),達(dá)98%以上。水平軸型風(fēng)力機豎軸型風(fēng)力機特殊型風(fēng)力機升力型風(fēng)力機升力型風(fēng)機依靠葉片產(chǎn)生的升力作為旋轉(zhuǎn)動力以氣流中的獲取能量阻力型風(fēng)力機阻力型風(fēng)機依靠葉片在氣流流動方向上的阻擋作用產(chǎn)生的反作用力作為旋轉(zhuǎn)動力以獲取氣流中的能量7.風(fēng)輪的基本理論攻角(迎角)槳距角升力、阻力風(fēng)輪功率風(fēng)能利用系數(shù)(風(fēng)輪功率系數(shù))尖速比失速風(fēng)輪面積葉素掃掠出的平面葉素——葉片半徑r處長度為r的微元升力和阻力葉片弦線與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角稱為槳距角。氣流流過翼型時,受到與氣流平行的阻力FD,翼型受到向上的合力FL為升力。阻力是風(fēng)對風(fēng)輪的正面壓力,由風(fēng)力機的塔架承受;升力是推動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的動力。升力系數(shù)CL與阻力系數(shù)CD之比稱為升阻比。合成風(fēng)速矢量(相對風(fēng)速)與葉片翼弦之間的夾角稱為攻角(迎角)。A點稱為前緣,B點稱為后緣,連接AB的直線段稱為翼弦(弦線)。翼弦的長度為L。翼弦上、下方的弧形表面分別稱為上表面和下表面。典型升力和阻力系數(shù)與攻角之間的關(guān)系曲線尖速比

風(fēng)輪葉片的葉尖線速度與風(fēng)速之比——風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)角速度R——風(fēng)力機葉尖半徑v——風(fēng)速對于葉片數(shù)為n的風(fēng)力機,其最優(yōu)尖速比可估算為從物理本質(zhì)上看,尖速比反映了風(fēng)輪葉片“捕捉并轉(zhuǎn)換”風(fēng)能的能力。尖速比的大小一方面會影響到葉片前緣氣流入口的相對速度,另一方面也影響到實際擾流過葉片的氣流質(zhì)量流量。風(fēng)輪功率理論上,風(fēng)輪最多能將59.3%的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能,這稱為貝茲極限,實際的風(fēng)輪效率總是小于此值,一般為0.15~0.46Cp也稱為風(fēng)能利用系數(shù),為風(fēng)輪功率與風(fēng)能功率之比一臺2MW的風(fēng)電機葉片半徑在40m左右。在普通空氣密度下,溫度10℃,風(fēng)速6m/s(=21km/h)的情況下,風(fēng)電機的功率是780kW。在這個風(fēng)速下,每秒流經(jīng)風(fēng)電機的空氣是43噸。其中所蘊含的能量相當(dāng)于一輛小型貨車(2.5噸重)開90km/h的時候,或者一臺小轎車(700公斤)開170km/h的時候的能量。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到18m/s(=65km/h)的時候,每秒流經(jīng)風(fēng)電機的空氣大約是110噸。風(fēng)速增長到3倍,但風(fēng)的功率卻要增長到3的3次方倍,也就是27倍。這個時候風(fēng)的功率大約是21MW。風(fēng)輪功率與風(fēng)速的三次方成正比風(fēng)速風(fēng)能利用系數(shù)是尖速比和槳距角的函數(shù)尖速比與風(fēng)能利用系數(shù)的關(guān)系三葉風(fēng)力機的風(fēng)能利用系數(shù)曲線是相對最優(yōu)的,既有較大的峰值曲線又較平坦。這是三葉風(fēng)力機應(yīng)用最廣泛的原因具有不同葉片數(shù)的風(fēng)力機風(fēng)能利用系數(shù)的對比風(fēng)力機葉片數(shù)對風(fēng)能利用系數(shù)的影響風(fēng)輪機的失速當(dāng)風(fēng)速由v0增大到v1時,因轉(zhuǎn)速恒定,則u恒定,故角增大,攻角增大。一旦攻角增大到超過臨界值,則葉片上側(cè)的氣流分離,形成阻力,對應(yīng)的阻力系數(shù)增大,而升力系數(shù)有所減小,最終導(dǎo)致氣動力矩和功率減小,稱之為失速。風(fēng)輪面積設(shè)計風(fēng)力機之前,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀?、地理條件確定風(fēng)力機的額定風(fēng)速。對于小型風(fēng)力機,可取當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速的1.6倍。根據(jù)需要的風(fēng)力機有效輸出功率Ne,即可算出風(fēng)輪直徑。8.風(fēng)力機的組成風(fēng)力機一般由風(fēng)輪、傳動裝置、做功裝置、蓄能裝置、控制系統(tǒng)、塔架、附屬部件等組成“風(fēng)力致熱”是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成熱能。目前有三種轉(zhuǎn)換方法:一是風(fēng)力機發(fā)電,再將電能通過電阻絲發(fā)熱,變成熱能;二是由風(fēng)力機將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成空氣壓縮能,再轉(zhuǎn)換成熱能;三是將風(fēng)力機直接轉(zhuǎn)換成熱能。第三種方法致熱效率最高。風(fēng)輪是風(fēng)力機最重要的部件,其作用是捕捉和吸收風(fēng)能,并將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能,由風(fēng)輪軸將能量送至傳動裝置??刂葡到y(tǒng)包括調(diào)速(限速)機構(gòu)和調(diào)向機構(gòu)(偏航系統(tǒng))。傳動裝置是將風(fēng)輪軸的機械能送至做功裝置的機構(gòu),如增速機構(gòu)、齒輪、皮帶等做功裝置根據(jù)既定意圖不同有發(fā)電機、水泵、粉碎機、鍘草機等蓄能裝置為了把有風(fēng)或大風(fēng)時捕捉的能量多余的部分儲存起來,供無風(fēng)時使用,如風(fēng)力發(fā)電機的蓄電池、風(fēng)力提水機的蓄水罐等塔架用來支撐風(fēng)輪、控制系統(tǒng)和機艙等機頭部件附屬裝置,根據(jù)風(fēng)力機用途還有一些附屬裝置,如機艙、機座、回轉(zhuǎn)體、停車機構(gòu)等,它們主要配合主要部件工作,保證風(fēng)力機的正常運行。9.風(fēng)力發(fā)電機組的構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機組是由風(fēng)輪、傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)、機艙、塔架和基礎(chǔ)等組成。9.風(fēng)力發(fā)電機組的構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機組是由風(fēng)輪、傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)、機艙、塔架和基礎(chǔ)等組成。1輪轂2變槳系統(tǒng)3主軸承4永磁同步發(fā)電機組5測風(fēng)系統(tǒng)6偏航系統(tǒng)7機艙8機艙控制柜9塔架123456798結(jié)構(gòu)組成9.風(fēng)力發(fā)電機組的構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機組是由風(fēng)輪、傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)、機艙、塔架和基礎(chǔ)等組成。9.風(fēng)力發(fā)電機組的構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機組是由風(fēng)輪、傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)、機艙、塔架和基礎(chǔ)等組成。9.風(fēng)力發(fā)電機組的構(gòu)成葉片是吸收風(fēng)能的單元,用于將空氣的動能轉(zhuǎn)換為風(fēng)輪轉(zhuǎn)動的機械能。輪轂的作用是將葉片固定在一起,并且承受葉片上傳遞的各種載荷,然后傳遞到發(fā)電機轉(zhuǎn)動軸上。變漿系統(tǒng)通過改變?nèi)~片的槳距角,使葉片在不同風(fēng)速時處于最佳的吸收風(fēng)能的狀態(tài),當(dāng)風(fēng)速超過切出風(fēng)速時,使葉片順槳剎車。風(fēng)輪由葉片、葉柄、輪轂、風(fēng)輪軸、變槳系統(tǒng)等組成,獲取風(fēng)能并轉(zhuǎn)化為機械能。(1)—風(fēng)輪軸;(2)—旋轉(zhuǎn)平面;(3)—風(fēng)輪直徑;(4)—葉片軸;(5)—安裝角或槳距角風(fēng)輪葉片數(shù)量常為2或3,材料為GFRP或CFP葉片的設(shè)計需要滿足幾項要求:對特定的風(fēng)速具有最大的轉(zhuǎn)換效率;最大功率輸出在限制范圍內(nèi),以保護(hù)發(fā)電機;可承受最大風(fēng)荷和長期疲勞負(fù)荷;避免出現(xiàn)共振;質(zhì)量小,價格低。風(fēng)輪輪轂隨葉片數(shù)量性狀有所不同材質(zhì)通常為球墨鑄鐵設(shè)計計算采用有限元方法風(fēng)輪風(fēng)輪設(shè)計步驟:(1)根據(jù)風(fēng)輪機特性曲線查取最優(yōu)風(fēng)能利用系數(shù)和尖速比配合(2)由Cp確定風(fēng)輪機半徑(3)確定風(fēng)輪機轉(zhuǎn)速風(fēng)輪主軸主要作用是將風(fēng)輪力矩傳遞給齒輪箱或發(fā)電機需要承受大扭矩和疲勞載荷,材質(zhì)一般為35CrMo,40CrNiMo或37SiMn2Mo通常有配套的主軸軸承座某些方案將主軸集成到齒輪箱傳動系統(tǒng)一般包括低速軸(主軸)、高速軸、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)和剎車裝置。齒輪箱增速比一般為60~80核心部件之一,是風(fēng)力發(fā)電機組最重最昂貴的部件,設(shè)計和制造都有相當(dāng)難度。主要是材質(zhì)成分、熱處理和加工精度要求很高高速軸一般用玻璃鋼構(gòu)成,附帶高速軸剎車(剎車盤和剎車鉗)作用:是將風(fēng)力機軸上的低速旋轉(zhuǎn)輸入轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)輸出,以便與發(fā)電機運轉(zhuǎn)所需要的轉(zhuǎn)速相匹配。類型:1級行星齒輪和兩級斜齒輪,1級行星齒輪和兩級直齒輪傳動系統(tǒng)發(fā)電機典型類型:異步式,雙饋式,同步機(永磁或電勵磁)冷卻方式:空-空冷卻,空-水冷卻,水套式冷卻微型及容量在10kW以下的小型風(fēng)力發(fā)電機組,采用永磁式或自勵式交流發(fā)電機,經(jīng)整流后向負(fù)載供電及向蓄電池充電;容量在l00kW以上的并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電機組,則應(yīng)用同步發(fā)電機或異步發(fā)電機。為了與電網(wǎng)頻率保持一致,通常的發(fā)電機組采用:恒速恒頻系統(tǒng),利用風(fēng)能的份額??;變速恒頻系統(tǒng),是目前風(fēng)能發(fā)電的重要發(fā)展方向。偏航系統(tǒng)作用:用來調(diào)整風(fēng)力機的風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與空氣流動方向相對位置的機構(gòu)。因為當(dāng)風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與氣流方向垂直時,也即是迎著風(fēng)向時,風(fēng)力機從流動的空氣中獲取的能量最大,因而風(fēng)力機的輸出功率最大,所以又稱為迎風(fēng)機構(gòu)或調(diào)向機構(gòu)。類型:

小型水平軸風(fēng)力機常用的調(diào)向機構(gòu)有尾舵和尾車;風(fēng)電場中并網(wǎng)運行的中大型風(fēng)力機則采用偏航電機、風(fēng)向標(biāo)等。控制系統(tǒng)主要功能①按預(yù)先設(shè)定的風(fēng)速值(一般為3~4m/s)自動啟動風(fēng)力發(fā)電機組,并通過控制實現(xiàn)并網(wǎng)。②借助各種傳感器自動檢測風(fēng)力發(fā)電機組的運行參數(shù)及狀態(tài),包括風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)力機風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、發(fā)電機溫升、發(fā)電機輸出功率、功率因數(shù)、電壓、電流等以及齒輪箱軸承的油溫、液壓系統(tǒng)的油壓等。③各運行工況內(nèi)的自動發(fā)電控制④當(dāng)風(fēng)速大于最大運行速度(一般設(shè)定為25m/s)時實現(xiàn)自動停機。故障保護(hù)。⑤與主控中心通信:如通過調(diào)制解調(diào)器與電話線連接??刂葡到y(tǒng)100kW以上的中型風(fēng)力發(fā)電機組及1MW以上的大型風(fēng)力發(fā)電機組皆配有由微機或可編程控制器(PLC)組成的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)控制、自檢和顯示功能。控制系統(tǒng)主要部件主控器(核心控制模塊軟硬件)變槳控制器(變槳控制模塊、變槳電機伺服及電機,蓄電池)變頻器(雙饋機型和同步機型)通訊模塊(系統(tǒng)內(nèi)部通訊、風(fēng)場內(nèi)通訊)SCADA軟件(用于遠(yuǎn)程監(jiān)控)控制系統(tǒng)調(diào)試內(nèi)容靜態(tài)檢查(接線、參數(shù)整定)動態(tài)部件(變槳、主控邏輯、偏航等)聯(lián)調(diào)(從切入到并并網(wǎng))水平抽風(fēng)力發(fā)電機組需要通過塔架將其置于空中。風(fēng)速隨著高度的增加而增大,因此較高的塔架可以使風(fēng)輪機獲得更多的風(fēng)能。類型:即由鋼板制成的錐形筒狀塔架和由角鋼制成的桁架式塔架。塔架風(fēng)力機的性能要素葉片長度與掃風(fēng)面積相關(guān)外形(翼型、外廓和制造質(zhì)量)影響CP齒輪箱和發(fā)電機效率高低影響整機出力(即發(fā)電量);可靠性影響整機可用率;控制系統(tǒng)變槳控制(硬件及策略)影響CP及整機載荷;影響機組的運行安全偏航系統(tǒng)準(zhǔn)確與否影響整機出力10.風(fēng)力機的功率控制風(fēng)力機的設(shè)計思想是盡可能便宜的產(chǎn)生電能。風(fēng)力機的設(shè)計是基于目標(biāo)風(fēng)場的風(fēng)速條件,因此風(fēng)力機一般被設(shè)計成在風(fēng)速為8~15m/s時具有最佳的性能,即有最大的電能產(chǎn)出。而不是花費心思把風(fēng)機設(shè)計在強風(fēng)時有最多電能產(chǎn)出,因為強風(fēng)天氣不多見。因此在強風(fēng)天氣時必須浪費多余風(fēng)能,以免破壞風(fēng)機。所以風(fēng)機設(shè)計有能量控制裝置,安全控制方式有如下幾種。變槳控制被動式速控制主動失速控制副翼控制偏離控制變槳控制風(fēng)輪機通過監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機的電能輸出,當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速后,通過變槳機構(gòu)使槳葉繞其軸旋轉(zhuǎn),調(diào)節(jié)槳距角,使槳葉一次輕微地轉(zhuǎn)過一個角度,改變迎風(fēng)面積,實現(xiàn)能量控制。這種方式通常采用液壓驅(qū)動裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。被動失速控制風(fēng)輪機被動失速控制風(fēng)輪機的槳葉被固定,槳距角不可變。通過適當(dāng)設(shè)計風(fēng)輪機的槳葉,根據(jù)空氣動力學(xué)原理,當(dāng)實際風(fēng)速達(dá)到某一特點值時,開始出現(xiàn)失速。該方式避免使用復(fù)雜的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)槳葉,但同時出現(xiàn)了復(fù)雜的氣體動力學(xué)設(shè)計難題。主動失速控制風(fēng)機

越來越多的大型風(fēng)機在發(fā)展主動失速控制裝置。在低速時為了有足夠大的力矩,采用和變槳控制同樣的控制方式;當(dāng)風(fēng)速增大,發(fā)電機將要超負(fù)荷時,則與變槳控制方式相反,而是通過主動方式達(dá)到槳葉失速,它比被動失速方式更能精確控制能量輸出,另一方面優(yōu)點是它能在強風(fēng)天氣保持額定功率運行,而失速型通常因為失速而使電能輸出降低。它同時也帶來了投資成本和維護(hù)費用的提高。其他能量控制方法

一些老式的風(fēng)輪機用葉片上的副翼控制轉(zhuǎn)子輸出的能量。一般飛機上都裝有副翼,通過副翼的轉(zhuǎn)動可以改變機翼的幾何形狀,從而在飛機起飛時提供更多的升力。多翼式風(fēng)力機偏離控制技術(shù)——使風(fēng)輪機偏離迎風(fēng)方向,減小風(fēng)能輸入。只應(yīng)用在小型機組上,因為偏離會使轉(zhuǎn)子受周期性變化的力,最終會破壞整個風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)。11.風(fēng)力機是如何運行的?當(dāng)風(fēng)速達(dá)到啟動風(fēng)速時,風(fēng)輪機開始運行,帶動發(fā)電機發(fā)電。隨著風(fēng)速增加發(fā)電機的功率開始增加。達(dá)到設(shè)計風(fēng)速時,風(fēng)力發(fā)電機可以達(dá)到額定功率。當(dāng)風(fēng)速進(jìn)一步增加時,風(fēng)力發(fā)電機的能量控制開始工作,使發(fā)電機不會超負(fù)荷,而是在額定點附近工作。如果風(fēng)速進(jìn)一步增大超過了能量控制調(diào)節(jié)的范圍,風(fēng)力發(fā)電機就會實施停機保護(hù)。12.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)獨立運行的風(fēng)力發(fā)電機組,又稱離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組。這種風(fēng)力發(fā)電機組功率小,風(fēng)速適應(yīng)范圍廣,生產(chǎn)技術(shù)成熟,適合家庭和邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型用電負(fù)荷點??紤]到風(fēng)能的不連續(xù)性,通常需要配置蓄電池,如需要交流電,則要加逆變器。并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作用:采用風(fēng)力發(fā)電機與電網(wǎng)連接,由電網(wǎng)輸送電能的方式,是克服風(fēng)的隨機性而帶來的蓄能問題的最穩(wěn)妥易行的運行方式,是風(fēng)力發(fā)電規(guī)?;玫闹饕绞健?yīng)用:10kW以上直至MW級的風(fēng)力發(fā)電機組皆可采用這種方式。我國最大的單臺容量為6MW海上風(fēng)力機組近期剛下線。12.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類型按風(fēng)力機功率調(diào)節(jié)方式定槳距風(fēng)力發(fā)電機組葉片槳角固定的風(fēng)力發(fā)電機組稱為定槳距風(fēng)力發(fā)電機組。結(jié)構(gòu)簡單、容量從數(shù)十千瓦到兆瓦級、性能可靠,但效率較低。變槳距風(fēng)力發(fā)電機組

葉片槳角在一定范圍(一般0o~90o)內(nèi)變化的風(fēng)力發(fā)電機組稱為變槳距風(fēng)力發(fā)電機組。效率較高。兆瓦級及以上機組多采用此類機組。按發(fā)電機轉(zhuǎn)速恒速恒頻方式

風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速不隨風(fēng)速的波動而變化,始終維持恒轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn),從而輸出恒定額定頻率的交流電。這種方式目前已普遍采用,具有簡單可靠的優(yōu)點,但是對風(fēng)能的利用不充分。變速恒頻方式風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的波動作變速運行,但仍輸出恒定頻率的交流電。這種方式可提高風(fēng)能的利用率,但將導(dǎo)致必須增加實現(xiàn)恒頻輸出的電力電子設(shè)備。并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類型按驅(qū)動鏈形式分有齒輪箱傳動方式(一般有多級齒輪箱)

需要高速發(fā)電機,如IG,DFIG,SG半直驅(qū)方式(一般有一級齒輪箱)

需要中速發(fā)電機直驅(qū)方式(無齒輪箱)

需要低速發(fā)電機,如多極PMSG并網(wǎng)運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類型變速運行的優(yōu)點1.系統(tǒng)效率高。變轉(zhuǎn)速運行可以最佳尖速比運行,提高了風(fēng)力機的運行效率,與變槳恒速運行機組相比,年發(fā)電量可提高10%以上。2.能提高供電品質(zhì)。陣風(fēng)時風(fēng)輪轉(zhuǎn)速增加,把風(fēng)能余量存儲在風(fēng)輪轉(zhuǎn)動慣量中,風(fēng)速下降時,再將風(fēng)輪動能緩慢釋放出來變?yōu)殡娔芩徒o電網(wǎng)??蓽p少對電網(wǎng)的沖擊。3.使槳角調(diào)節(jié)簡單化。低于額定風(fēng)速時,槳角固定;高風(fēng)速時,調(diào)節(jié)槳角限制輸出功率。4.環(huán)保效果好。低風(fēng)速時,風(fēng)輪處于低轉(zhuǎn)速運行狀態(tài),使噪聲降低。也不易引起視覺疲勞。并網(wǎng)發(fā)電風(fēng)力機的總發(fā)電成本的影響因素投資成本成是影響風(fēng)力發(fā)電成本的主要因素,投資成本包括制造加工費、基建費等系統(tǒng)壽命運行費和維修成本風(fēng)系特性。風(fēng)能潛力與風(fēng)速的三次方成正比,平均風(fēng)速高則電站經(jīng)濟性好系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率技術(shù)利用率,即正常發(fā)電時間在一年中占的比例13.風(fēng)電場建設(shè)

建設(shè)風(fēng)電場除了要考慮風(fēng)速條件外,還要綜合考慮場地狀況、道路狀況、接入電網(wǎng)的條件等因素。一個完整的風(fēng)電場項目,一般包括以下幾個步驟:風(fēng)電場選址項目可行性評估項目準(zhǔn)備風(fēng)電場建設(shè)風(fēng)電場運行和維護(hù)風(fēng)電場退役、場地恢復(fù)多臺甚至成百上千臺風(fēng)力發(fā)電機組組成的集中并網(wǎng)發(fā)電場簡稱為風(fēng)電場

風(fēng)電場選址風(fēng)能資源

主要考慮年平均風(fēng)速,風(fēng)速頻率,年發(fā)電量和容量系數(shù)。

容量系數(shù):發(fā)電機組的年度電能凈輸出,與風(fēng)電機組額定容量與全年運行8760h的乘積比值稱為風(fēng)電機組的容量系數(shù)。風(fēng)電場場地狀況

場地應(yīng)該開闊,地質(zhì)條件好,便于大規(guī)模開發(fā)。交通運輸方便并網(wǎng)條件好

距離電網(wǎng)越近,并網(wǎng)投資越少,線損和壓降也越小。不利氣象條件和環(huán)境的影響

這些不利因素可能影響發(fā)電機組的壽命。土地征用和環(huán)境影響一般需要考慮以下一些因素:

風(fēng)力發(fā)電機組的選型

單機容量越大,風(fēng)能利用越高,但是,單機容量增大的同時價格也隨著增加,大容量的機組技術(shù)投入多而產(chǎn)量較小,成本偏高,所以總體來看,風(fēng)力發(fā)電機組的單機容量價格隨著單機容量的變化呈U字形曲線,國內(nèi)目前性價比較高的仍然是兆瓦級以下的機組。但單機大容量仍然是發(fā)展趨勢。首先根據(jù)風(fēng)能玫瑰圖確定主導(dǎo)風(fēng)向,風(fēng)力發(fā)電機組排列應(yīng)與主導(dǎo)風(fēng)向垂直。對于開闊、平坦的場地,上游風(fēng)力發(fā)電機組會對下游風(fēng)力發(fā)電機組產(chǎn)生干擾,風(fēng)力發(fā)電機組可以布置成有利于加大風(fēng)速的地形,采用單排布置或者多排差排布置方式。風(fēng)力發(fā)電機組的布置風(fēng)電場中的風(fēng)力發(fā)電機組在工作期間可能處于如下狀態(tài)之一:風(fēng)力發(fā)電機組的運行和安全性每種工作狀態(tài)都可看作是風(fēng)力發(fā)電機組的一個活動層次,運行狀態(tài)處在最高層次,緊急故障狀態(tài)處在最低層次。正常工作狀態(tài)暫停狀態(tài)停機狀態(tài)緊急停機狀態(tài)運行控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機組的常規(guī)控制系統(tǒng),此外,還有一套獨立于運行控制系統(tǒng)的安全系統(tǒng)。安全系統(tǒng)的任務(wù)是在出現(xiàn)嚴(yán)重問題或檢測到潛在嚴(yán)重問題時保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機組,使之處于安全狀態(tài)。保護(hù)動作通常是緊急剎車,使風(fēng)輪機停止工作。安全系統(tǒng)必須獨立于控制系統(tǒng),而且具有高度的可靠性和自動故障免除性。為了保證安全,必須配備兩套以上的剎車系統(tǒng),而且各自的工作方式和動力源必須不同。14.風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展風(fēng)力發(fā)電機容量和風(fēng)輪直徑發(fā)展風(fēng)輪直徑和發(fā)電機單機容量越來越大向海上風(fēng)電場發(fā)展世界上第一個海上風(fēng)電場位于丹麥南部的洛蘭島以北海域,1991年修建海上風(fēng)電的優(yōu)勢海上風(fēng)能資源比陸地大,不但風(fēng)速高,而且海上很少有靜風(fēng)期,能更有效利用風(fēng)電機組的發(fā)電容量;海上表面粗糙度低,海平面摩擦力小,風(fēng)隨高度變化小,不需要很高的塔架,可降低風(fēng)電機組成本;海面與其上面的空氣溫差小,海上風(fēng)的湍流強度低,作用在風(fēng)電機組的疲勞載荷小,可延長使用壽命。一般陸上風(fēng)電機組設(shè)計壽命20年,可在海上運行25年。海上面積遼闊,項目規(guī)??梢源螅L(fēng)電場距離海岸較遠(yuǎn),不影響景觀;海上風(fēng)電的缺點要承受的風(fēng)載荷大,還要承受海浪帶來的負(fù)荷,抵抗海洋環(huán)境的鹽霧腐蝕運輸和吊裝條件受限,需要自備吊裝主要部件的起重設(shè)備,避免因維修而等待大型浮吊造成的損失;海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)成本高與建筑結(jié)合2007年巴林首都世貿(mào)中心15.風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點以及負(fù)面影響

風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點風(fēng)能是可再生能源形式,有利于可持續(xù)發(fā)展。有利于環(huán)境保護(hù)。隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨成熟,風(fēng)電成本越來越低,可以和其他能源形式相競爭。

風(fēng)力發(fā)電的負(fù)面影響間接的不可再生能源利用和污染物排放。機組生產(chǎn)過程中造成的污染物的排放是風(fēng)電的間接污染物排放。風(fēng)電可能對鳥類造成傷害噪聲問題對無線電通信的干擾安全問題,葉片折斷傷人等16.風(fēng)電對電網(wǎng)運行的影響風(fēng)速和風(fēng)向總是隨機變化,因此風(fēng)能的特點是具有不穩(wěn)定性,使得風(fēng)電場的輸出功率有波動性,從而影響局部的電能質(zhì)量。風(fēng)電容量到達(dá)一定程度后,會引起電壓不穩(wěn),特別電網(wǎng)較大波動的時候,可能導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機組從電網(wǎng)解鏈,嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致電網(wǎng)瓦解。風(fēng)力發(fā)

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論