風力發(fā)電基本知識

-.z.風力發(fā)電根底知識風力發(fā)電是把風的動能轉為電能。風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球的風能約為2.74×10^9MW，其中可利用的風能為2×10^7MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。風很早就被人們利用--主要是通過風車來抽水、磨面等，而現在，人們感興趣的是如何利用風來發(fā)電。中文名風力發(fā)電外文名windpowergeneration使用介質自然風力資源約10億kW資源我國風能資源豐富，可開發(fā)利用的風能儲量約10億kW，其中，陸地上風能儲量約2.53億kW〔陸地上離地10m高度資料計算〕，海上可開發(fā)和利用的風能儲量約7.5億kW，共計10億kW。而2003年底全國電力裝機約5.67億kW。風是沒有公害的能源之一。而且它取之不盡，用之不竭。對于缺水、缺燃料和交通不便的沿海島嶼、草原牧區(qū)、山區(qū)和高原地帶，因地制宜地利用風力發(fā)電，非常適合，大有可為。海上風電是可再生能源開展的重要領域，是推動風電技術進步和產業(yè)升級的重要力量，是促進能源構造調整的重要措施。我國海上風能資源豐富，加快海上風電工程建立，對于促進沿海地區(qū)治理大氣霧霾、調整能源構造和轉變經濟開展方式具有重要意義。國家能源局2015年9月21日發(fā)布數據顯示，到2015年7月底，納入海上風電開發(fā)建立方案的工程已建成投產2個、裝機容量6.1萬千瓦，核準在建9個、裝機容量170.2萬千瓦，核準待建6個，裝機容量154萬千瓦。這與2014年末國家能源局"全國海上風電開發(fā)建立方案〔2014-2016〕"規(guī)劃的總裝機容量1053萬千瓦的44個工程相距甚遠。為此，國家能源局要求，進一步做好海上風電開發(fā)建立工作，加快推動海上風電開展。利用風是一種潛力很大的新能源，十八世紀初，橫掃英法兩國的一次狂暴大風，吹毀了四百座風力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多條帆船，并有數千人受到傷害，二十五萬株大樹連根拔起。僅就拔樹一事而論，風在數秒鐘就發(fā)出了一千萬馬力(即750萬千瓦；一馬力等于0．75千瓦)的功率!有人估計過，地球上可用來發(fā)電的風力資源約有100億千瓦，幾乎是現在全世界水力發(fā)電量的10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風力在一年所提供能量的三分之一。因此，國外都很重視利用風力來發(fā)電，開發(fā)新能源。利用風力發(fā)電的嘗試，早在二十世紀初就已經開場了。三十年代，丹麥、瑞典、聯(lián)和美國應用航空工業(yè)的旋翼技術，成功地研制了一些小型風力發(fā)電裝置。這種小型風力發(fā)電機，廣泛在多風的海島和偏僻的鄉(xiāng)村使用，它所獲得的電力本錢比小型燃機的發(fā)電本錢低得多。不過，當時的發(fā)電量較低，大都在5千瓦以下。目前，據了解，國外已生產出15，40，45，100，225千瓦的風力發(fā)電機了。1978年1月，美國在新墨西哥州的克萊頓鎮(zhèn)建成的200千瓦風力發(fā)電機，其葉片直徑為38米，發(fā)電量足夠60戶居民用電。而1978年初夏，在丹麥日德蘭半島西海岸投入運行的風力發(fā)電裝置，其發(fā)電量則達2000千瓦，風車高57米，所發(fā)電量的75%送入電網，其余供應附近的一所學校用。1979年上半年，美國在北卡羅來納州的藍嶺山，又建成了一座世界上最大的發(fā)電用的風車。這個風車有十層樓高，風車鋼葉片的直徑60米；葉片安裝在一個塔型建筑物上，因此風車可自由轉動并從任何一個方向獲得電力；風力時速在38公里以上時，發(fā)電能力也可達2000千瓦。由于這個丘陵地區(qū)的平均風力時速只有29公里，因此風車不能全部運動。據估計，即使全年只有一半時間運轉，它就能夠滿足北卡羅來納州七個縣1%到2%的用電需要。歷史風很早就被人們利用--主要是通過風車來抽水、磨面……。現在，人們感興趣的，首先是如何利用風來發(fā)電。風是一種潛力很大的新能源，人們也許還記得，十八世紀初，橫掃英法兩國的一次狂暴大風，吹毀了四百座風力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多條帆船，并有數千人受到傷害，二十五萬株大樹連根拔起。僅就拔樹一事而論，風在數秒鐘就發(fā)出了一千萬馬力(即750萬千瓦；一馬力等于0．75千瓦)的功率!有人估計過，地球上可用來發(fā)電的風力資源約有100億千瓦，幾乎是現在全世界水力發(fā)電量的10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風力在一年所提供能量的三分之一。因此，國外都很重視利用風力來發(fā)電，開發(fā)新能源。原理把風的動能轉變成機械動能，再把機械能轉化為電力動能，這就是風力發(fā)電。風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據目前的風車技術，大約是每秒三米的微風速度〔微風的程度〕，便可以開場發(fā)電。風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發(fā)電不需要使用燃料，也不會產生輻射或空氣污染。風力發(fā)電所需要的裝置，稱作風力發(fā)電機組。這種風力發(fā)電機組，大體上可分風輪(包括尾舵)、發(fā)電機和鐵塔三局部?！泊笮惋L力發(fā)電站根本上沒有尾舵，一般只有小型〔包括家用型〕才會擁有尾舵〕風輪是把風的動能轉變?yōu)闄C械能的重要部件，它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。當風吹向漿葉時，槳葉上產生氣動力驅動風輪轉動。槳葉的材料要求強度高、重量輕，目前多用玻璃鋼或其它復合材料(如碳纖維)來制造?！铂F在還有一些垂直風輪，s型旋轉葉片等，其作用也與常規(guī)螺旋槳型葉片一樣〕由于風輪的轉速比擬低，而且風力的大小和方向經常變化著，這又使轉速不穩(wěn)定；所以，在帶動發(fā)電機之前，還必須附加一個把轉速提高到發(fā)電機額定轉速的齒輪變速箱，再加一個調速機構使轉速保持穩(wěn)定，然后再聯(lián)接到發(fā)電機上。為保持風輪始終對準風向以獲得最大的功率，還需在風輪的后面裝一個類似風向標的尾舵。鐵塔是支承風輪、尾舵和發(fā)電機的構架。它一般修建得比擬高，為的是獲得較大的和較均勻的風力，又要有足夠的強度。鐵塔高度視地面障礙物對風速影響的情況，以及風輪的直徑大小而定，一般在6-20米圍。發(fā)電機的作用，是把由風輪得到的恒定轉速，通過升速傳遞給發(fā)電機構均勻運轉，因而把機械能轉變?yōu)殡娔?。風力發(fā)電在芬蘭、丹麥等國家很流行；中國也在西部地區(qū)大力提倡。小型風力發(fā)電系統(tǒng)效率很高，但它不是只由一個發(fā)電機頭組成的，而是一個有一定科技含量的小系統(tǒng)：風力發(fā)電機+充電器+數字逆變器。風力發(fā)電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。每一局部都很重要，各局部功能為：葉片用來承受風力并通過機頭轉為電能；尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能；轉體能使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能；機頭的轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線產生電能。一般說來，三級風就有利用的價值。但從經濟合理的角度出發(fā)，風速大于每秒4米才適宜于發(fā)電。據測定，一臺55千瓦的風力發(fā)電機組，當風速為每秒9.5米時，機組的輸出功率為55千瓦；當風速每秒8米時，功率為38千瓦；風速每秒6米時，只有16千瓦；而風速每秒5米時，僅為9.5千瓦。可見風力愈大，經濟效益也愈大。在我國，現在已有不少成功的中、小型風力發(fā)電裝置在運轉。我國的風力資源極為豐富，絕大多數地區(qū)的平均風速都在每秒3米以上，特別是東北、西北、西南高原和沿海島嶼，平均風速更大；有的地方，一年三分之一以上的時間都是大風天。在這些地區(qū)，開展風力發(fā)電是很有前途的。風力發(fā)電的輸出風力發(fā)電機因風量不穩(wěn)定，故其輸出的是13～25V變化的交流電，須經充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發(fā)電機產生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。通常人們認為，風力發(fā)電的功率完全由風力發(fā)電機的功率決定，總想選購大一點的風力發(fā)電機，而這是不正確的。目前的風力發(fā)電機只是給電瓶充電，而由電瓶把電能貯存起來，人們最終使用電功率的大小與電瓶大小有更密切的關系。功率的大小更主要取決于風量的大小，而不僅是機頭功率的大小。在地，小的風力發(fā)電時機比大的更適宜。因為它更容易被小風量帶動而發(fā)電，持續(xù)不斷的小風，會比一時狂風更能供應較大的能量。當無風時人們還可以正常使用風力帶來的電能，也就是說一臺200W風力發(fā)電機也可以通過大電瓶與逆變器的配合使用，獲得500W甚至1000W乃至更大的功率輸出。使用風力發(fā)電機，就是源源不斷地把風能變成我們家庭使用的標準市電，其節(jié)約的程度是明顯的，一個家庭一年的用電只需20元電瓶液的代價。而現在的風力發(fā)電機比幾年前的性能有很大改良，以前只是在少數遙遠地區(qū)使用，風力發(fā)電機接一個15W的燈泡直接用電，一明一暗并會經常損壞燈泡。而現在由于技術進步，采用先進的充電器、逆變器，風力發(fā)電成為有一定科技含量的小系統(tǒng)，并能在一定條件下代替正常的市電。山區(qū)可以借此系統(tǒng)做一個常年不花錢的路燈；高速公路可用它做夜晚的路標燈；山區(qū)的孩子可以在日光燈下晚自習；城市小高層樓頂也可用風力電機，這不但節(jié)約而且是真正綠色電源。家庭用風力發(fā)電機，不但可以防止停電，而且還能增加生活情趣。在旅游景區(qū)、邊防、學校、部隊乃至落后的山區(qū)，風力發(fā)電機正在成為人們的采購熱點。無線電愛好者可用自己的技術在風力發(fā)電方面為山區(qū)人民效勞，使人們看電視及照明用電與城市同步，也能使自己勞動致富。種類概述盡管風力發(fā)電機多種多樣，但歸納起來可分為兩類：①水平軸風力發(fā)電機，風輪的旋轉軸與風向平行；②垂直軸風力發(fā)電機，風輪的旋轉軸垂直于地面或者氣流方向。水平軸風力發(fā)電機水平軸風力發(fā)電機科分為升力型和阻力型兩類。升力型風力發(fā)電機旋轉速度快，阻力型旋轉速度慢。對于風力發(fā)電，多采用升力型水平軸風力發(fā)電機。大多數水平軸風力發(fā)電機具有對風裝置，能隨風向改變而轉動。對于小型風力發(fā)電機，這種對風裝置采用尾舵，而對于大型的風力發(fā)電機，則利用風向傳感元件以及伺服電機組成的傳動機構。風力機的風輪在塔架前面的稱為上風向風力機，風輪在塔架后面的則成為下風向風機。水平軸風力發(fā)電機的式樣很多，有的具有反轉葉片的風輪，有的再一個塔架上安裝多個風輪，以便在輸出功率一定的條件下減少塔架的本錢，還有的水平軸風力發(fā)電機在風輪周圍產生漩渦，集中氣流，增加氣流速度。垂直軸風力發(fā)電機垂直軸風力發(fā)電機在風向改變的時候無需對風，在這點上相對于水平軸風力發(fā)電機是一大優(yōu)勢，它不僅使構造設計簡化，而且也減少了風輪對風時的陀螺力。利用阻力旋轉的垂直軸風力發(fā)電機有幾種類型，其中有利用平板和被子做成的風輪，這是一種純阻力裝置；S型風車，具有局部升力，但主要還是阻力裝置。這些裝置有較大的啟動力矩，但尖速比低，在風輪尺寸、重量和本錢一定的情況下，提供的功率輸出低。達里厄式風輪是法國G.J.M達里厄于19世紀30年代創(chuàng)造的。在20世紀70年代，加拿大國家科學研究院對此進展了大量的研究，現在是水平軸風力發(fā)電機的主要競爭者。達里厄式風輪是一種升力裝置，彎曲葉片的剖面是翼型，它的啟動力矩低，但尖速比可以很高，對于給定的風輪重量和本錢，有較高的功率輸出?，F在有多種達里厄式風力發(fā)電機，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。這些風輪可以設計成單葉片，雙葉片，三葉片或者多葉片。雙饋型發(fā)電機隨著電力電子技術的開展，雙饋型感應發(fā)電機〔Double-FedInductionGenerator〕在風能發(fā)電中的應用越來越廣。這種技術不過分依賴于蓄電池的容量，而是從勵磁系統(tǒng)入手，對勵磁電流加以適當的控制，從而到達輸出一個恒頻電能的目的。雙饋感應發(fā)電機在構造上類似于異步發(fā)電機，但在勵磁上雙饋發(fā)電機采用交流勵磁。我們知道一個脈振磁勢可以分解為兩個方向相反的旋轉磁勢，而三相繞組的適當安排可以使其中一個磁勢的效果消去，這樣一來就得到一個在空間旋轉的磁勢，這就相當于同步發(fā)電機中帶有直流勵磁的轉子。雙饋發(fā)電機的優(yōu)勢就在于，交流勵磁的頻率是可調的，這就是說旋轉勵磁磁動勢的頻率可調。這樣當原動機的轉速不定時，適當調節(jié)勵磁電流的頻率，就可以滿足輸出恒頻電能的目的。由于電力電子元器件的容量越來越大，所以雙饋發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)調節(jié)能力也越來越強，這使得雙饋機的單機容量得以提高。雖然，局部理論還在完善當中，但是雙饋反響發(fā)電機的廣泛應用這一趨勢將越來越明顯。風力發(fā)電，不合國情國風力發(fā)電原理圖紛紛上馬的風力發(fā)電廠大多是形象工程。工信部副部長苗圩近日語出驚人，他認為中國風沙伴存，風電設備受風沙磨損大，上馬太多風電工程不合我國國情。苗圩說，國外有風地方沒有沙，比方說是海洋風。苗圩說：中國是有風的地方就有沙，風沙對風力發(fā)電設備磨損非常厲害?，F在風能發(fā)電風機應該是20年的壽命，但是如果有風沙的侵蝕壽命還到不了20年。再過5年，壽命肯定要出問題，特別是那個千萬千瓦級的風力發(fā)電站典型的形象工程。就此話題，苗圩表示，能源布局的重點，應該是供應端和使用端要做到平衡。而現狀是高級能源拉著低級能源運轉。苗圩舉例說，本來水電是優(yōu)勢，三峽的電應該更多留在用，這是最好的清潔能源。但是現在卻把的電運到東部區(qū)，再從周邊買煤運到，引發(fā)一連串的效應，就不夠用了，就再到、甚至到**去運煤。進展全國大旅行，全國鐵路貨運一半用來運送煤炭。這是多大的物流本錢，多大的浪費。據報道，千萬千瓦級風電基地于2008年8月全面啟動，標志著中國正式步入了打造風電三峽工程階段。據氣象部門最新風能評估結果說明，風能資源總儲量為1.5億千瓦，可開發(fā)量4000萬千瓦以上，可利用面積近1萬平方公里。馬格努斯效應風輪馬格努斯效應風輪，由自旋的圓柱體組成，當它在氣流中工作時，產生的移動力是由于馬格努斯效應引起的，其大小與風速成正比。有的垂直軸風輪使用管道或者漩渦發(fā)生器塔，通過套管或者擴壓器使水平氣流變成垂直氣流，以增加速度，偶寫還利用太陽能或者燃燒*種燃料，是水平氣流變成垂直方向的氣流。徑流雙輪效應風輪徑流雙輪效應或叫雙輪效應是一種新型風能轉化方式。首先它是一種雙輪構造，相對于水平軸流式風機，它是徑流式的，同已有的立軸式風機一樣都是沿長軸布設槳葉的，直接利用風的推力旋轉工作的,單輪立軸風輪因軸兩側槳葉同時承受風力而扭矩相反，相互抵消，輸出力矩不大。設計為雙輪構造并靠近安裝，同步運轉，就將原來的立軸力矩輸出對槳葉流體力學形狀的依賴進而改變?yōu)殡p輪間的利用轉動產生渦流力的利用，兩輪相互借力，相互推動；而對吹向兩輪間的逆向風流可以互相遮擋，進而又依次輪流將其分撥于兩輪的外側，使兩輪外側獲得有疊加的風流，因此使雙輪的外緣線速度可以高于風速，雙輪構造的這種互相助力，主動利用風力的特點產生了“雙輪效應〞。相比有些單輪式構造風機中采用外加的遮擋法、活動式變槳矩等被動式減少葉輪回轉復位阻力的設計，表達了積極利用風力的特點。因此這一創(chuàng)造的不僅具有實用作用，促進風力利用的研究和開展，而且具有新的流體力學方面的意義。它開辟了風能開展的新空間，是一項帶有根底性質的創(chuàng)造，這種雙輪風機具有的設計簡捷，易于制造加工，轉數較低，重心下降，平安性好，運行本錢低，維護容易，無噪音污染等明顯特點，可以廣泛普及推廣，適應中國節(jié)能減排需求，大有市場前景。檢測方1.風力機運行狀態(tài)的監(jiān)控.

2.單個風電機組的信息，風電機組轉子，傳動鏈，發(fā)電機，變換器，變壓器，艙室，偏航系統(tǒng)，塔架，氣象站狀態(tài)監(jiān)控。

3.風速，風向，葉輪轉速，電網頻率，三相電壓，三相電流，發(fā)電機繞組溫度，環(huán)境溫度，機艙溫度，出力等監(jiān)控！

4.保證風電廠數據的實時性和可靠性。實時調整風能的最優(yōu)性，實現風電綠色能源，滿足國家電力系統(tǒng)二次防護要求。優(yōu)缺點優(yōu)點1、清潔，環(huán)境效益好；2、可再生，永不枯竭；3、基建周期短；4、裝機規(guī)模靈活。缺點1、噪聲，視覺污染；2、占用大片土地；3、不穩(wěn)定，不可控；4、目前本錢仍然很高。5、影響鳥類。風能市場市場狀況風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球的風能約為2.74×109MW，其中可利用的風能為2×107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。中國風能儲量很大、分布面廣，僅陸地上的風能儲量就有約2.53億千瓦。隨著全球經濟的開展，風能市場也迅速開展起來。自2004年以來，全球風力發(fā)電能力翻了一番，2006年至2007年間，全球風能發(fā)電裝機容量擴大27%。2007年已有9萬兆瓦，這一數字到2010年將是16萬兆瓦。預計未來20-25年，世界風能市場每年將遞增25%。隨著技術進步和環(huán)保事業(yè)的開展，風能發(fā)電在商業(yè)上將完全可以與燃煤發(fā)電競爭。中國市場“十五〞期間，中國的并網風電得到迅速開展。2006年，中國風電累計裝機容量已經到達260萬千瓦，成為繼歐洲、美國和印度之后開展風力發(fā)電的主要市場之一。2007年我國風電產業(yè)規(guī)模延續(xù)爆發(fā)式增長態(tài)勢，截至2007年底全國累計裝機約600萬千瓦。2008年8月，中國風電裝機總量已經到達700萬千瓦，占中國發(fā)電總裝機容量的1%，位居世界第五，這也意味著中國已進入可再生能源大國行列。2008年以來，國風電建立的熱潮到達了白熱化的程度。2009年，中國〔不含地區(qū)〕新增風電機組10129臺，容量13803.2MW，同比增長124%；累計安裝風電機組21581臺，容量25805.3MW。2009年，地區(qū)新增風電機組37臺，容量77.9MW；累計安裝風電機組227臺，容量436.05MW。區(qū)域開展從各地區(qū)開展來看，截止到2009年12月31日，中國風電累計裝機超過1000MW的省份超過9個，其中超過2000MW的省份4個，分別為〔9196.2MW〕、〔2788.1MW〕、〔2425.3MW〕和〔2063.9MW〕。2009年當年新增裝機5545.2MW，累計裝機9196.2MW，實現150%的大幅度增長。省〔自治區(qū)、直轄市〕和地區(qū)2008年累計2009新增2009年累計3650.995545.179196.161107.71680.42788.11224.261201.052425.311066.46997.42063.86836.382