大規(guī)模新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)風(fēng)電

大規(guī)模新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)風(fēng)電當(dāng)前第1頁\共有142頁\編于星期六\4點國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)知識大型風(fēng)機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)3.1風(fēng)力發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)當(dāng)前第2頁\共有142頁\編于星期六\4點一國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀1.世界風(fēng)電的發(fā)展自1990年以來,風(fēng)力發(fā)電一直是世界上增長最快的可再生新能源。從1996年起，全球累計風(fēng)電裝機(jī)連續(xù)11年增速超過20％，平均增速達(dá)到28.35％。2008年雖然經(jīng)歷了歷史罕見的金融危機(jī)，但風(fēng)電依然成為最具吸引力的發(fā)電投資，已經(jīng)成為各個國家替代能源的首選。當(dāng)前第3頁\共有142頁\編于星期六\4點一國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀2010年底，全球風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)199,520兆瓦，發(fā)電量超過4099億千瓦時，占世界電力總發(fā)電量的1.92%。2008年和2009年全球年裝機(jī)容量分別增加42%和35%，而2010年年度裝機(jī)增長率僅為3%。受金融危機(jī)的影響，2010年年度裝機(jī)增長率僅為3%。2010年美國風(fēng)電裝機(jī)新增下滑最厲害，歐洲保持平穩(wěn)增長。中國、印度等新興市場顯示出強(qiáng)大的生命力。當(dāng)前第4頁\共有142頁\編于星期六\4點一國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過2010年的轉(zhuǎn)折，最大風(fēng)電國家市場的排名發(fā)生了變化：中國以18,928兆瓦的新增裝機(jī)容量穩(wěn)居第一位，并且創(chuàng)造了單個國家年度新增裝機(jī)容量的世界紀(jì)錄；美國以5,115兆瓦的新增裝機(jī)容量位列第二；第三名是印度，新增裝機(jī)容量2,139兆瓦。在歐洲，德國、英國和西班牙成為排名前三的歐洲國家，每個國家的新增裝機(jī)容量大約是1,500兆瓦。當(dāng)前第5頁\共有142頁\編于星期六\4點一國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前第6頁\共有142頁\編于星期六\4點2013年全球風(fēng)電新增裝機(jī)前十大國家2013年中國風(fēng)電新增裝機(jī)容量為16.1GW,占全球新增裝機(jī)總量的45.4%；德國風(fēng)電新增裝機(jī)容量為3238MW，占比為9.1%；英國風(fēng)電新增裝機(jī)容量為1883MW，占比為5.3%；當(dāng)前第7頁\共有142頁\編于星期六\4點2013年全球風(fēng)電累計裝機(jī)前十大國家截至2013年底中國風(fēng)電累計裝機(jī)容量為91.42GW,占全球累計裝機(jī)總量的28.7%；美國風(fēng)電累計裝機(jī)容量為61,091MW，占比為19.2%；德國風(fēng)電累計裝機(jī)容量為34,250MW，占比為10.8%；當(dāng)前第8頁\共有142頁\編于星期六\4點2.我國風(fēng)電的發(fā)展我國的風(fēng)電自2003年進(jìn)入高速發(fā)展時期。從2005年開始，中國的風(fēng)電總裝機(jī)連續(xù)5年實現(xiàn)翻番。2009年，中國以2580萬千瓦的總累計裝機(jī)容量超過德國，成為世界第二，但與排名第一的美國仍有近1000萬千瓦的差距。截至2010年底，中國全年風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)達(dá)1600萬千瓦，累計裝機(jī)容量達(dá)到4182.7萬千瓦，首次超過美國，躍居世界第一?！吨袊L(fēng)電發(fā)展報告2010》預(yù)測：2020年，中國風(fēng)電累計裝機(jī)可以達(dá)到2.3億千瓦，相當(dāng)于13個三峽電站；總發(fā)電量可以達(dá)到4649億千瓦時，相當(dāng)于取代200個火電廠。一國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前第9頁\共有142頁\編于星期六\4點“十二五”將加快海上風(fēng)電投資，預(yù)計2020年海上風(fēng)電裝機(jī)容量將超過3200萬千瓦。

上網(wǎng)瓶頸是風(fēng)電發(fā)展的最大障礙，也是急需解決的問題，我國電網(wǎng)“十二五”期間風(fēng)電并網(wǎng)目標(biāo)是9000萬千瓦。日本核電危機(jī)后，我國核電政策偏緊，水電的規(guī)劃目標(biāo)已經(jīng)被充分挖掘，風(fēng)電和光伏是最有可能彌補(bǔ)核電缺位的清潔能源，風(fēng)電與光伏將“臨危受命”，得到更大的發(fā)展空間。一國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前第10頁\共有142頁\編于星期六\4點原《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》提出的風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)是2020年全國風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到3000萬千瓦，調(diào)整后的風(fēng)電裝機(jī)容量指標(biāo)可能達(dá)到1億－1.5億千瓦。根據(jù)《新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，預(yù)計到2020年，中國新能源發(fā)電裝機(jī)2.9億千瓦，約占總裝機(jī)的17％。其中，核電裝機(jī)將達(dá)到7000萬千瓦，風(fēng)電裝機(jī)接近1.5億千瓦，太陽能發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到2000萬千瓦（即20GW），生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到3000萬千瓦。一國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前第11頁\共有142頁\編于星期六\4點我國風(fēng)能資源分布中國陸地上10m高度層上可開發(fā)的風(fēng)能儲量為2.52億千瓦近?？砷_發(fā)風(fēng)能資源是陸地的3倍多當(dāng)前第12頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第13頁\共有142頁\編于星期六\4點風(fēng)電總裝機(jī)容量快速增長，風(fēng)電比重不斷加大；單個風(fēng)電場裝機(jī)容量不斷增加，已有多個10萬千瓦級風(fēng)電場投運(yùn)，正建千萬千瓦級大型風(fēng)電基地；風(fēng)電場接入系統(tǒng)的電壓等級由低到高(110kV)；風(fēng)電機(jī)組的種類不斷增多，從早期的定速風(fēng)電機(jī)組（1MW以下），到雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電和直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電（1MW以上）我國風(fēng)電發(fā)展特點當(dāng)前第14頁\共有142頁\編于星期六\4點世界風(fēng)電技術(shù)發(fā)展趨勢風(fēng)電單機(jī)容量穩(wěn)步上升：以德國為例，03年平均單機(jī)容量超過1.5MW，葉片直徑大于64m的風(fēng)機(jī)占77%；變漿調(diào)節(jié)方式迅速取代失速調(diào)節(jié)方式：德國03年裝機(jī)的風(fēng)電機(jī)組，超過91%采用了變漿調(diào)節(jié)方式；變速恒頻方式迅速取代恒速恒頻方式：通過控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，是風(fēng)機(jī)葉尖速比接近最佳，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率。德國03年裝機(jī)的風(fēng)電機(jī)組，超過90%的風(fēng)機(jī)采用了變速恒頻方式；無齒輪箱的直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組的市場份額迅速擴(kuò)大當(dāng)前第15頁\共有142頁\編于星期六\4點Repower5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)前第16頁\共有142頁\編于星期六\4點英國海上風(fēng)場瑞典海上風(fēng)場當(dāng)前第17頁\共有142頁\編于星期六\4點海上風(fēng)電場當(dāng)前第18頁\共有142頁\編于星期六\4點華銳風(fēng)電海上吊裝作業(yè)當(dāng)前第19頁\共有142頁\編于星期六\4點海上風(fēng)電場當(dāng)前第20頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第21頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第22頁\共有142頁\編于星期六\4點槳葉的翼型1、槳葉的幾何參數(shù)與空氣動力特性攻角風(fēng)向弦長AB攻角：來流方向與弦線的夾角升力角：來流方向與零升力線夾角槳葉上的氣動力總的氣動力，S—

槳葉面積，Cr—

總氣動系數(shù)C壓力中心升力，與氣流方向垂直，Cl—

升力系數(shù)阻力，與氣流方向平行，Cd—

阻力系數(shù)Cd、Cl是由設(shè)計的葉片決定的固有參數(shù)，也是氣動力計算的原始依據(jù)。二、風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)知識弦線當(dāng)前第23頁\共有142頁\編于星期六\4點升力和阻力的變化曲線-30o-20o-10o0o10o20o30o40o0.80.60.40.2-0.2升力系數(shù)與阻力系數(shù)是隨攻角變化的升力系數(shù)隨攻角的增加而增加，使得槳葉的升力增加，但當(dāng)增加到某個角度后升力開始下降；阻力系數(shù)開始上升。出現(xiàn)最大升力的點叫失速點。截面形狀（翼型彎度、翼型厚度、前緣位置）、表面粗糙度等都會影響升力系數(shù)與阻力系數(shù)。二、風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)知識當(dāng)前第24頁\共有142頁\編于星期六\4點旋轉(zhuǎn)槳葉的空氣動力風(fēng)向v-uw運(yùn)動旋轉(zhuǎn)方向重要參數(shù)槳距角回轉(zhuǎn)平面與槳葉截面弦長的夾角傾斜角相對速度dF氣流W產(chǎn)生的氣動力dL氣流升力dD氣流阻力I軸向推力dFa=dLcosI+dDsinII旋轉(zhuǎn)力矩dT=r(dLsinI-dDcosI)驅(qū)動功率dPw=ωdT二、風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)知識當(dāng)前第25頁\共有142頁\編于星期六\4點二、風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)知識氣流動能為m空氣質(zhì)量，v氣流速度 密度為ρ的氣流過面積S的氣體體積為V，m=ρV=ρSv則單位時間內(nèi)氣流所具有的動能為理想風(fēng)輪與貝茲（Betz）理論：風(fēng)力機(jī)的理論最大效率：風(fēng)力機(jī)能量轉(zhuǎn)換過程當(dāng)前第26頁\共有142頁\編于星期六\4點風(fēng)能利用系數(shù)： 風(fēng)力機(jī)的實際功率 其中CP為風(fēng)能利用系數(shù)，是葉尖速比和槳距角的函數(shù)，它永遠(yuǎn)小于0.593葉尖速比為了表示風(fēng)輪在不同風(fēng)速中的狀態(tài)，用葉片圓周速度與風(fēng)速比來衡量，稱葉尖速比風(fēng)力機(jī)的主要特性系數(shù)二、風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)知識槳距角越大，最大Cp越小——風(fēng)速過大，可以增大槳距角來降低Cp，降低風(fēng)能捕獲，限制轉(zhuǎn)速槳距角一定，最大Cp處的λ一定——風(fēng)速變化，需要調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速才能達(dá)到最大Cp，以捕獲最大風(fēng)能當(dāng)前第27頁\共有142頁\編于星期六\4點2.分類恒速恒槳變速變槳二、風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)知識當(dāng)前第28頁\共有142頁\編于星期六\4點2.1.恒速恒槳技術(shù)原理恒速恒槳一般采用鼠籠式異步發(fā)電機(jī)，風(fēng)力機(jī)槳距固定，其運(yùn)行完全靠葉片氣動特性控制，當(dāng)風(fēng)機(jī)帶動發(fā)電機(jī)達(dá)到或接近同步速時并入電網(wǎng)，此后電機(jī)轉(zhuǎn)速基本保持恒定，系統(tǒng)送入電網(wǎng)的電壓頻率恒定。當(dāng)前第29頁\共有142頁\編于星期六\4點恒速恒槳風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的特點電氣系統(tǒng)簡單，可適合于在野外缺少維護(hù)的環(huán)境下工作。轉(zhuǎn)速不變，無法根據(jù)風(fēng)速變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速追蹤最大風(fēng)能利用系數(shù)，效率較低；強(qiáng)陣風(fēng)來時，轉(zhuǎn)速不變，機(jī)械承受應(yīng)力大，要求堅固，所以又稱“剛性”風(fēng)力發(fā)電。適用于中小功率風(fēng)電系統(tǒng)，通常不大于1000kW。當(dāng)前第30頁\共有142頁\編于星期六\4點2.2.變速變槳技術(shù)分類采用DFIG（雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)）當(dāng)前第31頁\共有142頁\編于星期六\4點采用普通同步發(fā)電機(jī)（全功率變換型）當(dāng)前第32頁\共有142頁\編于星期六\4點采用多極永磁同步發(fā)電機(jī)（全功率變換直驅(qū)型）當(dāng)前第33頁\共有142頁\編于星期六\4點34

按照風(fēng)輪結(jié)構(gòu)及其在氣流中的位置：水平軸風(fēng)力機(jī):葉片圍繞一個水平軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)平按風(fēng)輪結(jié)構(gòu)劃分按功率調(diào)節(jié)方式劃分定槳距風(fēng)力機(jī)變槳距風(fēng)力機(jī)主動失速型風(fēng)力機(jī)面與風(fēng)向垂直。

垂直軸風(fēng)力機(jī):風(fēng)輪圍繞一個垂直軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，為了保證發(fā)電機(jī)的輸出功率維持在額定功率附近，需要對風(fēng)輪葉片吸收的氣動功率進(jìn)行控制。對于確定的葉片翼型，在風(fēng)作用下產(chǎn)生的升力和阻力主要取決于風(fēng)速和攻角，在風(fēng)速發(fā)生變化時，通過調(diào)整攻角，可以改變?nèi)~片的升力和阻力比例，實現(xiàn)功率控制。2.其他分類當(dāng)前第34頁\共有142頁\編于星期六\4點35

定槳距風(fēng)力機(jī):葉片固定在輪轂上，槳距角不變，風(fēng)力機(jī)的功率調(diào)節(jié)完全依靠葉片的失速性能。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，在葉片后端將形成邊界層分離，使升力系數(shù)下降，阻力系數(shù)增加，從而限制了機(jī)組功率的進(jìn)一步增加。

優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單。

缺點:不能保證超過額定風(fēng)速區(qū)段的輸出功率恒定，并且由于軸向壓力增大,導(dǎo)致葉片和塔架等部件承受的載荷相應(yīng)增大。此外，由于槳距角不能調(diào)整，沒有氣動制動功能，因此定槳距葉片在葉尖部位需要設(shè)計專門的制動機(jī)構(gòu)。

當(dāng)前第35頁\共有142頁\編于星期六\4點36

變槳距風(fēng)力機(jī)：葉片和輪轂不是固定連接，葉片槳距角可調(diào)。在超過額定風(fēng)速范圍時，通過增大葉片槳距角，使攻角減小，以改變?nèi)~片升力與阻力的比例，達(dá)到限制風(fēng)輪功率的目的，使機(jī)組能夠在額定功率附近輸出電能。

優(yōu)點：高于額定風(fēng)速區(qū)域可以獲得穩(wěn)定的功率輸出。

缺點：需要變槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性降低。

目前的大型兆瓦級風(fēng)電機(jī)組普遍采用變槳距控制技術(shù)。

主動失速型風(fēng)力機(jī)：工作原理相當(dāng)于以上兩種形式的組合。利用葉片的失速特性實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)，葉片與輪轂不是固定連接，葉片可以相對輪轂轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)槳距角調(diào)節(jié)。當(dāng)機(jī)組達(dá)到額定功率后，使葉片向槳距角向減小的方向轉(zhuǎn)過一個角度，增大來風(fēng)攻角，使葉片主動進(jìn)入失速狀態(tài)，從而限制功率。

優(yōu)點：改善了被動失速機(jī)組功率調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定性。

缺點：增加了槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使設(shè)備變得復(fù)雜。

當(dāng)前第36頁\共有142頁\編于星期六\4點37

高傳動比齒輪箱型：

優(yōu)點：由于極對數(shù)小，結(jié)構(gòu)簡單，體積??；

缺點：傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，齒輪箱設(shè)計、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，容易出故障。

直接驅(qū)動型：采用多級同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，讓風(fēng)輪直接帶動發(fā)電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)點：沒有了齒輪箱所帶來的噪聲、故障率高和維護(hù)成本大等，提高了運(yùn)行可靠性。缺點：發(fā)電機(jī)極對數(shù)高，體積比較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

半直驅(qū)型：上述兩種類型的綜合。中傳動比型風(fēng)力機(jī)減少了傳統(tǒng)齒輪箱的傳動比，同時也相應(yīng)減少了多極同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的極數(shù)，從而減少了發(fā)電機(jī)的體積。按傳動形式劃分當(dāng)前第37頁\共有142頁\編于星期六\4點38當(dāng)前第38頁\共有142頁\編于星期六\4點39

恒速型風(fēng)力機(jī)：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定不變，不隨風(fēng)速的變化而變化。

變速型風(fēng)力機(jī)：發(fā)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速時刻變化而變化。主流大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本都采用變速恒頻運(yùn)行方式。按發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化劃分

當(dāng)前第39頁\共有142頁\編于星期六\4點40

沿海風(fēng)場風(fēng)況和環(huán)境條件與陸地風(fēng)場存在差別，海上風(fēng)電機(jī)組具有一些特殊性：

1)適合選用大容量風(fēng)電機(jī)組。海上風(fēng)速通常比沿岸陸地高，風(fēng)速比較穩(wěn)定，不受地形影響，風(fēng)湍流強(qiáng)度和風(fēng)切變都比較小，并且具有穩(wěn)定的主導(dǎo)風(fēng)向。在相同容量下，海上風(fēng)電機(jī)組的塔架高度比陸地機(jī)組低。

陸地風(fēng)電機(jī)組海上風(fēng)電機(jī)組

當(dāng)前第40頁\共有142頁\編于星期六\4點412)風(fēng)電機(jī)組安全可靠性要求更高。海上風(fēng)電場遭遇極端氣象條件的可能性大，強(qiáng)陣風(fēng)、臺風(fēng)和巨浪等極端惡劣天氣條件都會對機(jī)組造成嚴(yán)重破壞。海上風(fēng)電場與海浪、潮汐具有較強(qiáng)的耦合作用，使得風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在海浪干擾下的隨機(jī)風(fēng)場中，載荷條件比較復(fù)雜。海上風(fēng)電機(jī)組長期處在含鹽濕熱霧腐蝕環(huán)境中，加之海上風(fēng)電機(jī)組安裝、運(yùn)行、操作和維護(hù)等方面都比陸地風(fēng)場困難。因此，海上風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)，尤其是葉片材料的耐久性問題極為重要。

3)基礎(chǔ)形式與陸地風(fēng)電機(jī)組有巨大差別。由于不同海域的水下情況復(fù)雜、基礎(chǔ)建造需要綜合考慮海床地質(zhì)結(jié)構(gòu)、離岸距離、風(fēng)浪等級、海流情況等多方面影響，因此海上風(fēng)電機(jī)組復(fù)雜，用于基礎(chǔ)的建設(shè)費用也占較大比例。海上風(fēng)電在風(fēng)資源評估、機(jī)組安裝、運(yùn)行維護(hù)、設(shè)備監(jiān)控、電力輸送等許多方面都與陸地風(fēng)電存在差異，技術(shù)難度大、建設(shè)成本高。當(dāng)前第41頁\共有142頁\編于星期六\4點42

水平軸風(fēng)力機(jī)的葉片圍繞一個水平軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)向垂直。葉片徑向安置于風(fēng)輪上，與旋轉(zhuǎn)軸垂直或近似垂直。風(fēng)輪葉片數(shù)目視風(fēng)力機(jī)用途而定，用于風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)力機(jī)的葉片數(shù)一般取1～3片，用于風(fēng)力提水的風(fēng)力機(jī)葉片數(shù)一般取12～24片。

水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)

當(dāng)前第42頁\共有142頁\編于星期六\4點43按照風(fēng)輪與塔架相對位置的不同劃分

上風(fēng)向風(fēng)力機(jī)下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪在塔架的下風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力機(jī)。能夠自動對準(zhǔn)風(fēng)向，不需要調(diào)向裝置。缺點：空氣流先通過塔架然后再流向風(fēng)輪，會造成塔影效應(yīng)，風(fēng)力機(jī)性能降低。以空氣流向作為參考，風(fēng)輪在塔架前迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力機(jī)為逆風(fēng)式風(fēng)力機(jī)。需要調(diào)風(fēng)裝置，使風(fēng)輪迎風(fēng)面正對風(fēng)向。當(dāng)前第43頁\共有142頁\編于星期六\4點44

定義：垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪圍繞一個垂直軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

特點：①無需調(diào)風(fēng)向裝置，可接受來自任何方向的風(fēng)，風(fēng)向改變時無需對風(fēng)。②齒輪箱和發(fā)電機(jī)均可安裝在地面上或風(fēng)輪下，運(yùn)行維修簡便，費用較低。③葉片結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，設(shè)計費用較低。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)

分類：阻力型風(fēng)力機(jī)：利用空氣對葉片的阻力做功。升力型風(fēng)力機(jī)：利用翼型升力做功。當(dāng)前第44頁\共有142頁\編于星期六\4點45

S形風(fēng)力機(jī)由兩個軸線錯開的半圓柱形葉片組成，其優(yōu)點可在較低風(fēng)速下運(yùn)行，但S形風(fēng)輪由于風(fēng)輪周圍氣流不對稱，從而產(chǎn)生側(cè)向推力。受側(cè)向推力與安全極限應(yīng)力的限制，S形風(fēng)力機(jī)大型化比較困難。風(fēng)能利用系數(shù)也遠(yuǎn)低于高速垂直軸或水平軸風(fēng)力機(jī)，僅為0.15左右。在風(fēng)輪尺寸、重量和成本相同的條件下，其功率輸出較低，因而用于發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性較差。

當(dāng)前第45頁\共有142頁\編于星期六\4點46升力型:達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)是水平軸風(fēng)力機(jī)的主要競爭者。形式:有φ形、H形、△形、Y形和菱形等。根據(jù)葉片結(jié)構(gòu)形狀，可簡單地歸納為直葉片和彎葉片兩種。

H形風(fēng)輪和φ形風(fēng)輪應(yīng)用最為廣泛。葉片具有翼型剖面，空氣繞葉片流動而產(chǎn)生的合力形成轉(zhuǎn)矩，因此葉片幾乎在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)的任何角度都有升力產(chǎn)生。達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)最佳轉(zhuǎn)速較水平軸的慢，但比S形風(fēng)輪快很多，其風(fēng)能利用系數(shù)與水平軸風(fēng)力機(jī)相當(dāng)。當(dāng)前第46頁\共有142頁\編于星期六\4點47H形風(fēng)輪結(jié)構(gòu)簡單，但離心力使葉片在其連接點處產(chǎn)生嚴(yán)重的彎曲應(yīng)力。直葉片借助支撐件或拉索來支撐，這些支撐產(chǎn)生氣動阻力，降低了風(fēng)力機(jī)的效率。φ形風(fēng)輪所采用的彎葉片只承受張力，不承受離心力載荷，使彎曲應(yīng)力減至最小。由于材料可承受的張力比彎曲應(yīng)力要強(qiáng)，對于相同的總強(qiáng)度，φ形葉片比較輕，且比直葉片可以更高的速度運(yùn)行。但φ形葉片不便采用變漿距方法來實現(xiàn)自起動和控制轉(zhuǎn)速。對于高度和直徑相同的風(fēng)輪，φ形轉(zhuǎn)子比H形轉(zhuǎn)子的掃掠面積要小一些。

當(dāng)前第47頁\共有142頁\編于星期六\4點三、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)當(dāng)前第48頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第49頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第50頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第51頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第52頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第53頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第54頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第55頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第56頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第57頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第58頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第59頁\共有142頁\編于星期六\4點我上到風(fēng)機(jī)上了當(dāng)前第60頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第61頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第62頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第63頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第64頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第65頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第66頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第67頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第68頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第69頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第70頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第71頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第72頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第73頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第74頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第75頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第76頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第77頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第78頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第79頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第80頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第81頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第82頁\共有142頁\編于星期六\4點83

由于風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)動慣量很大，所以當(dāng)風(fēng)速超過切出風(fēng)速時，變槳調(diào)節(jié)的風(fēng)電機(jī)組通過對槳距角的調(diào)整可以實現(xiàn)氣動制動。對于失速控制的風(fēng)電機(jī)組，由于葉片與輪轂固定連接，通常采用可旋轉(zhuǎn)的葉尖實現(xiàn)氣動制動。圖為一種具有旋轉(zhuǎn)葉尖的制動結(jié)構(gòu)。在風(fēng)輪運(yùn)行時，葉尖部分和其他部分方向一致，形成一個整體。當(dāng)需要制動時，葉尖部分繞葉片軸向旋轉(zhuǎn)90°，實現(xiàn)制動功能。

當(dāng)前第83頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第84頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第85頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第86頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第87頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第88頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第89頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第90頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第91頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第92頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第93頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第94頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第95頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第96頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第97頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第98頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第99頁\共有142頁\編于星期六\4點當(dāng)前第100頁\共有142