碳中和技術(shù)概論 課件 第三章 風(fēng)能

第3章

風(fēng)

能CONTENTS目錄風(fēng)能的基本概況PART

01風(fēng)力發(fā)電原理與設(shè)備PART

02風(fēng)能與低碳經(jīng)濟(jì)PART

03風(fēng)能產(chǎn)業(yè)與政策PART

04風(fēng)

能

的

基

本

概

況Part.01風(fēng)的形成01風(fēng)，是由空氣流動(dòng)引起的一種自然現(xiàn)象。它是由太陽輻射熱不均引起的，當(dāng)太陽光照射在地球表面上，地表受熱不均勻，地表空氣的冷熱程度不同。熱空氣受熱膨脹變輕而上升，低溫的冷空氣橫向流入，上升的空氣因逐漸冷卻變重而降落，由于地表溫度較高又會(huì)加熱空氣使之上升，這種空氣的循環(huán)流動(dòng)就產(chǎn)生了風(fēng)。01風(fēng)的形成風(fēng)速是指空氣相對于地球某一固定地點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率，即單位時(shí)間內(nèi)空氣相對于參照點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的距離，常用單位是m/s。平均風(fēng)速是指在某一時(shí)間間隔中，空間某點(diǎn)瞬時(shí)水平方向風(fēng)速的數(shù)值平均值，用下式表示：式中：t1和t2表示一段時(shí)間內(nèi)的起止時(shí)間，V(t)表示風(fēng)速隨時(shí)間的公式。風(fēng)速的變化受氣壓、溫度、地形和海拔等多種外部因素的影響，其中地形和海拔影響最大。風(fēng)的形成風(fēng)速的大小可采用風(fēng)速計(jì)進(jìn)行直接測量，目前市面上常見的測量風(fēng)速的儀器主要有以下四種：

（1）旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速儀

（2）壓力式風(fēng)速儀

（3）熱力式風(fēng)速儀

（4）聲學(xué)風(fēng)速儀01風(fēng)的形成風(fēng)向是指風(fēng)吹來的方向，即風(fēng)是從哪個(gè)方向吹來的。風(fēng)從北方來叫做北風(fēng)，風(fēng)自南方來叫做南風(fēng)。風(fēng)向常以八個(gè)或十六個(gè)方位來表示，以風(fēng)向的角度來區(qū)分，以正北方向?yàn)榛鶞?zhǔn)(0°)，按順時(shí)針方向確定風(fēng)向的角度。

常見的風(fēng)向標(biāo)

風(fēng)向方位圖01風(fēng)力是指風(fēng)作用在物體上力的大小，根據(jù)風(fēng)吹到地面或水面的物體上產(chǎn)生的各種現(xiàn)象，把風(fēng)力大小分為13個(gè)等級，最小是0級，最大為12級，國際上常用蒲福風(fēng)級表來表示。2012年由氣象出版社出版的圖書《臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)和服務(wù)規(guī)定》中指出，以蒲福風(fēng)力等級將12級以上臺(tái)風(fēng)補(bǔ)充到17級，超過17級最高標(biāo)準(zhǔn)的，統(tǒng)稱為18級，表3-3為薄福（Bearufort）風(fēng)力等級表。01風(fēng)的形成風(fēng)力等級風(fēng)的名稱風(fēng)速陸地現(xiàn)象海面狀態(tài)(m/s)(Km/h)0無風(fēng)0~0.2小于1靜，煙直上。平靜如鏡1軟風(fēng)0.3~1.51~5煙能表示風(fēng)向，但風(fēng)向標(biāo)不能轉(zhuǎn)動(dòng)。微浪2軟風(fēng)1.6~3.36~11人面感覺有風(fēng)，樹葉有微響，風(fēng)向標(biāo)能轉(zhuǎn)動(dòng)。小浪3微風(fēng)3.4^5.412~19樹葉及微枝擺動(dòng)不息，旗幟展開。小浪4和風(fēng)5.5~7.920~28能吹起地面灰塵和紙張，樹的小枝微動(dòng)。輕浪5清勁風(fēng)8.0~10.729~38有葉的小樹枝搖擺，內(nèi)陸水面有小波。中浪6強(qiáng)風(fēng)10.8~13.839~49大樹枝擺動(dòng)，電線呼呼有聲，舉傘困難。大浪7疾風(fēng)13.9~17.150~61全樹搖動(dòng)，迎風(fēng)步行感覺不便。巨浪8大風(fēng)17.2~20.762~74微枝折毀，人向前行感覺阻力甚大猛浪9烈風(fēng)20.8~24.475~88建筑物有損壞(煙囪頂部及屋頂瓦片移動(dòng))狂濤10狂風(fēng)24.5~28.489~102陸上少見，見時(shí)可使樹木拔起將建筑物損壞嚴(yán)重狂濤11暴風(fēng)28.5~32.6103~117陸上很少，有則必有重大損毀非凡現(xiàn)象12颶風(fēng)32.7~36.9118~133陸上絕少，其摧毀力極大非凡現(xiàn)象13颶風(fēng)37.0~41.4134~149陸上絕少，其摧毀力極大非凡現(xiàn)象14颶風(fēng)41.5~46.1150~166陸上絕少，其摧毀力極大非凡現(xiàn)象15颶風(fēng)46.2~50.9167~183陸上絕少，其摧毀力極大非凡現(xiàn)象16颶風(fēng)51.0~56.0184~201陸上絕少，其摧毀力極大非凡現(xiàn)象17颶風(fēng)56.1~61.2202~220陸上絕少，其摧毀力極大非凡現(xiàn)象18颶風(fēng)≥61.3≥221陸上絕少，其摧毀力極大非凡現(xiàn)象01風(fēng)的形成01風(fēng)的形成風(fēng)的類型1.按照風(fēng)速大小來進(jìn)行分類:軟風(fēng)、微風(fēng)、和風(fēng)、勁風(fēng)、疾風(fēng)、大風(fēng)、烈風(fēng)、狂風(fēng)、暴風(fēng)和颶風(fēng)2.按照風(fēng)的來向進(jìn)行分類:東風(fēng)、西風(fēng)、北風(fēng)和南風(fēng)3.按照起風(fēng)的季節(jié)進(jìn)行分類:春季風(fēng)、夏季風(fēng)、秋季風(fēng)和冬季風(fēng)4.按照起風(fēng)的地點(diǎn)進(jìn)行分類:山谷風(fēng)、焚風(fēng)、海陸風(fēng)、冰川風(fēng)、臺(tái)風(fēng)5.根據(jù)起風(fēng)的形狀來分類:旋風(fēng)和龍卷風(fēng)風(fēng)能的基本概念02風(fēng)能，就是風(fēng)所具有的能量。我們常說的風(fēng)能是指風(fēng)的動(dòng)能，根據(jù)牛頓第二定律，空氣流動(dòng)時(shí)形成的動(dòng)能W為式中，W為風(fēng)的動(dòng)能，單位為J；m為空氣的質(zhì)量，單位為kg；v為空氣來流速度，即風(fēng)速，m/s。vA以速度v垂直通過某一截面面積A的空氣流量qvvA在t時(shí)間內(nèi)通過截面的空氣體積V為通過截面的空氣質(zhì)量m為空氣流所具有的動(dòng)能為02風(fēng)能的基本概念如果氣流的動(dòng)能全部用于對外做功，則所產(chǎn)生的功率P為vA02風(fēng)能的基本概念氣流垂直通過單位面積的風(fēng)功率稱為風(fēng)功率密度（Pw），它是表征一個(gè)地方風(fēng)能資源多少的指標(biāo)vA風(fēng)力是指從風(fēng)中得到的機(jī)械力，根據(jù)動(dòng)能定理，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間t后，風(fēng)力做功轉(zhuǎn)化為風(fēng)的動(dòng)能風(fēng)力與風(fēng)速的平方成正比，風(fēng)能和風(fēng)功率密度均與風(fēng)速的3次方成正比。02風(fēng)能的基本概念風(fēng)能的特點(diǎn)（1）蘊(yùn)量巨大、分布廣泛;（2）來源豐富，取之不盡，用之不竭，為可再生能源（3）無污染，清潔無害，為綠色能源（4）能量密度低（5）不穩(wěn)定（6）地區(qū)差異大02風(fēng)能的基本概念風(fēng)能的資源分布03全球風(fēng)資源據(jù)估算，全球的風(fēng)能約為2.74×109MW，全球范圍內(nèi)70米高度的年均風(fēng)速大于6.9m/s的區(qū)域占到了13%，這些區(qū)域的高空風(fēng)能約7.2×107MW，捕獲20%即相當(dāng)于目前全球電力需求（2.0×107MW）的7倍左右。世界風(fēng)能資源主要集中在沿海和開闊大陸的收縮地帶。全球范圍內(nèi)沿海地區(qū)的風(fēng)能密度較大，具有很大的開發(fā)價(jià)值。全球范圍內(nèi)大陸地區(qū)的風(fēng)能資源分布較廣風(fēng)能的資源分布03我國風(fēng)能資源分布2022年各?。▍^(qū)、市）70米高度層年平均風(fēng)速與平均風(fēng)功率密度我國位于亞洲大陸東南，比鄰太平洋西岸，屬于季風(fēng)強(qiáng)盛的區(qū)域。我國具有廣袤的草原和一望無際的海岸線，風(fēng)能資源儲(chǔ)備非常豐富。2022年全國70米高度和100米高度的年平均風(fēng)速分別為5.4m/s和5.7m/s。2022年全國70米高度年平均風(fēng)功率密度為192.3W/m2，100米高度年平均風(fēng)功率密度為227.4W/m2。風(fēng)能的資源分布03我國風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在：（1）“三北”(東北、華北、西北)地區(qū)風(fēng)能豐富帶（2）東南沿海及其附近島嶼地區(qū)風(fēng)能豐富帶（3）青藏高原北部和云貴高原山地區(qū)域風(fēng)能資源也較為豐富（4）內(nèi)陸湖泊周邊風(fēng)能豐富帶（5）中國海上風(fēng)能資源豐富區(qū)分70米高度地區(qū)平均風(fēng)速m/s平均風(fēng)功率W/m2豐富區(qū)＞7＞300內(nèi)蒙古中東部、黑龍江東部、河北北部、東北東部、山西北部、新疆北部和東部、甘肅西部和北部，青藏高原和云貴高原的山脊地區(qū)較豐富區(qū)6~7200~300東北大部、華北大部、新疆東部和北部的部分地區(qū)、內(nèi)蒙古大部、青藏高原大部、寧夏中南部、陜西北部、甘肅西部、云貴高原、西南地區(qū)和華東地區(qū)的山地、東南沿海等地可利用區(qū)5~6150~200山東西部及東部沿海、江蘇大部、安徽東部等地一般區(qū)＜5＜150中部和東部平原地區(qū)及新疆的盆地區(qū)域04風(fēng)能開發(fā)與利用的發(fā)展史我國對風(fēng)能的開發(fā)與利用的發(fā)展史可以分為以下四個(gè)階段。1.第一階段：風(fēng)能原始利用期公元前我國勞動(dòng)人民就開始利用風(fēng)力提水、灌溉、磨面、舂米，用風(fēng)帆推動(dòng)船舶前進(jìn)。埃及尼羅河上的風(fēng)帆船、中國的木帆船，也都有兩三千年的歷史記載2.第二階段：風(fēng)電開發(fā)摸索期繼第二次科技革命后，電力成為了促進(jìn)工業(yè)發(fā)展的主力，人們開始思考“如果將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能傳輸，是不是可以規(guī)避電力分布不均勻的缺點(diǎn)，滿足所有工業(yè)用電需求”。這時(shí)“風(fēng)電”的概念被提出，拉開了風(fēng)能利用的新帷幕。04風(fēng)能開發(fā)與利用的發(fā)展史3.第三階段：風(fēng)電規(guī)?；l(fā)展期（陸上風(fēng)電）20世紀(jì)90年代，我國風(fēng)電進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，進(jìn)入逐步推廣階段，隨即進(jìn)入擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模階段，風(fēng)電場規(guī)模和電機(jī)容量不斷增大。1996年開始，原經(jīng)貿(mào)委、計(jì)委分別推出“雙加工程”、“國債項(xiàng)目”、“乘風(fēng)計(jì)劃”等。4.第四階段：風(fēng)電蓬勃發(fā)展期（海上風(fēng)電）海上風(fēng)電是利用海上風(fēng)力資源發(fā)電的新型發(fā)電方式，具有利用小時(shí)數(shù)高、不產(chǎn)生溫室氣體排放、適宜規(guī)?；_發(fā)等特點(diǎn)，也引發(fā)了世界的關(guān)注。中國首個(gè)海上風(fēng)電場建設(shè)項(xiàng)目——廣東南澳總投資達(dá)2.4億元的海上2萬千瓦風(fēng)電場項(xiàng)目，于2004年批準(zhǔn)立項(xiàng)。風(fēng)

力

發(fā)

電

原

理

與

設(shè)

備Part.02風(fēng)力發(fā)電的原理是在風(fēng)力帶動(dòng)下，風(fēng)力機(jī)中的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)形成機(jī)械能，推動(dòng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)并切割磁場運(yùn)動(dòng)，最后由磁生電將能量積累并以電能的形式保持恒定的電流輸出。01風(fēng)力發(fā)電原理01風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)能轉(zhuǎn)換基本原理（1）貝茨(Betz)理論1919年德國的A·貝茨(Betz)首次提出了風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的完整的理論，也稱為貝茨理論。該理論假定風(fēng)輪是“理想”的，風(fēng)輪全部接受風(fēng)能。①風(fēng)輪沒有錐角、傾角和偏角，全部接受風(fēng)能；②氣流通過風(fēng)輪時(shí)沒有阻力③氣流速度的方向始終是垂直葉片掃掠面④作用在風(fēng)輪上的推力是均勻的風(fēng)輪流動(dòng)模型01風(fēng)力發(fā)電原理設(shè)風(fēng)輪前方的風(fēng)速為V1，V是實(shí)際通過風(fēng)輪的風(fēng)速，V2是葉片掃掠后的風(fēng)速，通過風(fēng)輪葉片前風(fēng)速面積為S1，葉片掃掠面的風(fēng)速面積為S及掃掠后風(fēng)速面積為S2。根據(jù)動(dòng)量定理，可知作用作用在葉片上的風(fēng)力F在一小段時(shí)間后的沖量，等于動(dòng)量的變化量可計(jì)算得到力的大?。猴L(fēng)輪吸收的功率P為01風(fēng)力發(fā)電原理空氣流單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)風(fēng)輪前后的動(dòng)能變化量為風(fēng)輪機(jī)吸收的功率等動(dòng)能變化量，所以即得到風(fēng)輪流動(dòng)模型代入得到01風(fēng)力發(fā)電原理V1為進(jìn)入風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)速，通?？蓽y量出，認(rèn)為其為某一個(gè)特定常數(shù)，故可寫出P與V2的函數(shù)關(guān)系式為上式進(jìn)行V2求偏導(dǎo)，得到極值風(fēng)輪機(jī)的輸入總功率為風(fēng)輪機(jī)最大理論效率（2）葉素理論01風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)輪葉片的葉素單元葉素理論認(rèn)為，葉片可分分割成無限多個(gè)葉素，每個(gè)葉素都是葉片的一部分，每個(gè)葉素的厚度無限小，且假定所有葉素都是獨(dú)立的，葉素之間不存在相互作用，通過各葉素的氣流也不相互干擾。靜止葉片在空氣中受到的空氣動(dòng)力風(fēng)力發(fā)電原理01葉片上、下方所受的壓力也不同（下方壓力大于上方壓力），總的合力F即為葉片在流動(dòng)空氣中所受到的空氣動(dòng)力。此力可分解為兩個(gè)分力：一個(gè)分力Fl與氣流方向垂直，它使平板上升，稱為升力；另一個(gè)分力Fd與氣流方向相同，稱為阻力。葉素受力分析根據(jù)葉素理論，氣流在每個(gè)葉素上的流動(dòng)相互之間沒有干擾，即葉素可以看成二維翼型，通過對葉素的受力分析求得作用在每個(gè)葉素上的力和轉(zhuǎn)矩，再將所有微元轉(zhuǎn)矩和力相加得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上的力和轉(zhuǎn)矩。01風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩dT由氣動(dòng)力dF在旋轉(zhuǎn)平面上的分力dFu產(chǎn)生，即01風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)輪的總轉(zhuǎn)矩T是由風(fēng)輪葉片所有葉素的轉(zhuǎn)矩微元dT之和。根據(jù)

同樣可以由總轉(zhuǎn)矩得到風(fēng)力機(jī)吸收總的風(fēng)能。則得到葉素dr的轉(zhuǎn)矩微元dT計(jì)算公式如下：（3）渦流理論01風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)速的渦流系統(tǒng)對于有限長的葉片，風(fēng)在經(jīng)過風(fēng)輪時(shí)，葉片表面的氣壓差也會(huì)產(chǎn)生圍繞葉片的渦流，風(fēng)輪葉片下游存在著尾跡渦，它形成兩個(gè)主要的渦區(qū)：一個(gè)在輪轂附近，一個(gè)在葉尖。由渦流引起的風(fēng)速可看成是由中心渦（集中在轉(zhuǎn)軸上）、邊界渦（葉片）和螺旋渦（葉尖）疊加的結(jié)果（4）動(dòng)量理論01風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)輪掃掠面上圓環(huán)微元體在風(fēng)輪掃掠面內(nèi)半徑R處取一個(gè)圓環(huán)微元體，應(yīng)用動(dòng)量定理，作用在風(fēng)輪(R，R+dR)環(huán)形域上的沖量等于動(dòng)量的變化量作用在風(fēng)輪的作用力代入后得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02風(fēng)力發(fā)電機(jī)組概念無論何種風(fēng)力發(fā)電形式，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的主要設(shè)備是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，簡稱為風(fēng)電機(jī)組。從能量轉(zhuǎn)換的角度來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)兩個(gè)部分組成。風(fēng)力機(jī)主要指風(fēng)輪部分，以風(fēng)力作能源，將風(fēng)力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而做功的一種動(dòng)力機(jī)，其作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。俗稱風(fēng)動(dòng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)或風(fēng)車。發(fā)電機(jī)則將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分類（1）按照風(fēng)力機(jī)軸的空間位置分類：水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（2）按照槳葉數(shù)量分類：分為“單葉片”﹑“雙葉片”﹑“三葉片”和“多葉片”型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02不同數(shù)目的風(fēng)輪葉片（3）按照風(fēng)機(jī)迎風(fēng)的方向分類：即風(fēng)-風(fēng)輪-塔架三者相對位置的不同，可以將水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分為上風(fēng)型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和下風(fēng)型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02上風(fēng)型發(fā)電機(jī)組下風(fēng)型發(fā)電機(jī)組（4）按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出容量分類：可將風(fēng)力發(fā)電機(jī)分為小型，中型，大型，兆瓦級系列。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02①小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指發(fā)電機(jī)容量為0.1～1kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。②中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指發(fā)電機(jī)容量為1～100kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。③大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指發(fā)電機(jī)容量為100～1000kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)④兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指發(fā)電機(jī)容量為1000kW以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。（5）根據(jù)風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)之間的連接方式分類：分為直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和變速式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。（6）根據(jù)葉片能否圍繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)分類：分為定槳距式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和變槳距式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。（7）根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)類型分類：分為異步型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和同步型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。（8）根據(jù)發(fā)電機(jī)組負(fù)載形式分類：分為并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝置風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由風(fēng)輪(包括葉片和輪轂)、機(jī)艙、高速軸、低速軸、增速齒輪箱(有的風(fēng)機(jī)沒有)、發(fā)電機(jī)、調(diào)向裝置、調(diào)速裝置、剎車制動(dòng)裝置、塔架、避雷裝置等組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)（1）風(fēng)輪結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備風(fēng)輪由輪轂和葉片組成。葉片根部安裝在輪轂上，形成懸臂梁形式葉輪結(jié)構(gòu)02①葉片

葉片具有空氣動(dòng)力學(xué)形狀，是使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的主要構(gòu)件。同時(shí)，葉片是決定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率、安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵部件。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02葉片分類根據(jù)葉片的數(shù)量可分為單葉片、雙葉片、三葉片以及多葉片；根據(jù)葉片的翼型形狀可分為變截面葉片和等截面葉片這兩種；根據(jù)葉片的材料及結(jié)構(gòu)形式也可分為木制葉片、鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片、鋁合金擠壓成型葉片、玻璃鋼葉片、碳纖維復(fù)合葉片和納米材料葉片。木制葉片的結(jié)構(gòu)木制葉片不易做成扭型，多用于小型風(fēng)力機(jī)。木制葉片應(yīng)采用強(qiáng)度很高的整體木方做葉片縱梁來承擔(dān)葉片在工作時(shí)所必須承擔(dān)的力和力矩，而且木制葉片必須絕對防水，為此，可在木材上涂敷玻璃纖維樹脂或清漆等。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02

鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片

葉片在近代采用鋼管、D型梁(D型鋼或D型玻璃)做縱梁，鋼板做肋梁，內(nèi)填泡沫塑料外覆玻璃纖維蒙皮的結(jié)構(gòu)形式，往往在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用。鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02

鋁合金擠壓成型葉片

鋁合金材料可拉伸、擠壓制成空心葉片。用鋁合金擠壓成型的葉片的每個(gè)截面都采用一個(gè)模具擠壓成型，適宜做成等寬葉片，因而更適用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用。鋁合金等弦長擠壓成型葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02碳纖維復(fù)合葉片一直以來玻璃鋼以其低廉的價(jià)格，優(yōu)良的性能占據(jù)著大型風(fēng)力機(jī)葉片材料的統(tǒng)治地位。納米材料葉片納米技術(shù)能夠增加產(chǎn)品的抗沖擊性、抗彎強(qiáng)度、防裂紋擴(kuò)展性、導(dǎo)電性等多種功能，可以使新產(chǎn)品的發(fā)展成倍增加。碳納米結(jié)構(gòu)材料給葉片材料的發(fā)展提供了新的契機(jī)，為葉片的長度增加提供了更大空間。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02②風(fēng)輪輪轂

風(fēng)輪輪轂是連接葉片與風(fēng)輪主軸的重要部件，主要把風(fēng)輪的力和力矩傳遞到其他裝置，因此葉片上的受力亦可以傳遞到機(jī)艙或塔架上。大部分的輪轂是由高強(qiáng)度的球墨鑄鐵制成，采用澆鑄工藝或焊接工藝制備。輪轂主要有固定式和鉸鏈?zhǔn)絻煞N。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02固定式輪轂風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02固定式輪轂的形狀有球形和三角形兩種。采用固定式輪轂的風(fēng)輪中，懸臂葉片和主軸都固定在輪轂部件上，主軸軸線與其葉片長度方向的夾角固定不變。固定輪轂的安裝、使用和維護(hù)比較簡單，不存在鉸鏈?zhǔn)捷嗇炛械哪p問題，是目前風(fēng)力機(jī)上使用最廣泛的輪轂。鉸鏈?zhǔn)捷嗇灣Ｓ糜趩稳~片和雙葉片風(fēng)輪，鉸鏈軸線通過風(fēng)輪的質(zhì)心。這種鉸鏈?zhǔn)箖扇~片之間固定連接，它們的軸向相對位置不變，但可繞鉸鏈軸沿風(fēng)輪拍向(俯仰方向)在設(shè)計(jì)位置作±(5°～10°)的擺動(dòng)(類似蹺蹺板)。（2）機(jī)艙

機(jī)艙主要用來裝載風(fēng)輪轉(zhuǎn)換過程中的全部機(jī)械和電氣部件，如風(fēng)輪軸承、傳動(dòng)系統(tǒng)、增速齒輪箱、轉(zhuǎn)速與功率調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、剎車系統(tǒng)。其主要位于塔架上，通過軸承可隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02大型水平軸風(fēng)電機(jī)機(jī)艙及其內(nèi)各部件（3）齒輪箱

由于葉片切向速度的制約，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速通常較低，達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電的轉(zhuǎn)速要求，所以在風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)之間需要連接一個(gè)齒輪箱。通過齒輪箱的增速作用來達(dá)到發(fā)電機(jī)所需的工作轉(zhuǎn)速，故也稱為增速箱。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02齒輪箱（4）發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件，主要由汽輪機(jī)、水輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)。其主要作用是將風(fēng)輪機(jī)收集到的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02發(fā)電機(jī)外形雙饋發(fā)電機(jī)廣泛應(yīng)用在大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，一般采用4極或6極，2MW以下的發(fā)電機(jī)多采用4極，2MW以上的發(fā)電機(jī)多采用6極。4極發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)（5）調(diào)向裝置水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常需要根據(jù)風(fēng)向調(diào)整葉輪，使其垂直于風(fēng)向從而獲得最大風(fēng)能，而在發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)，要使葉輪與風(fēng)向平行，使其吸引能力最小，從而保護(hù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。在這個(gè)過程中就需要用到調(diào)向裝置，也稱偏航裝置。偏航裝置主要有主動(dòng)偏航和被動(dòng)偏航兩種。主動(dòng)偏航是指采用電機(jī)來調(diào)整葉輪迎風(fēng)方向，大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)級常采用主動(dòng)偏航。被動(dòng)偏航是指憑借風(fēng)力通過相關(guān)機(jī)構(gòu)（尾翼、側(cè)輪和下風(fēng)向）來調(diào)整風(fēng)輪的迎風(fēng)向，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常采用被動(dòng)偏航。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02電機(jī)調(diào)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電機(jī)調(diào)向系統(tǒng)主要由偏航電機(jī)、減速器、調(diào)向齒輪、偏航調(diào)節(jié)系統(tǒng)、制動(dòng)器、回轉(zhuǎn)支撐和塔架等部分組成。偏航調(diào)節(jié)系統(tǒng)由風(fēng)向標(biāo)和調(diào)節(jié)軟件組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02尾翼調(diào)向主要依靠尾翼受力進(jìn)行調(diào)向，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)向可靠，制造容易，成本低。要獲滿意的調(diào)向郊野，尾翼面積必須滿足下式：尾翼調(diào)向示意圖式中，A'為尾翼面積；A為風(fēng)輪掃掠面積；e為轉(zhuǎn)向軸與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面間的距離；l為尾翼中心到轉(zhuǎn)向軸的距離風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02（6）調(diào)速裝置

風(fēng)力發(fā)電機(jī)還須配套有調(diào)速裝置，用來調(diào)節(jié)、限制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和功率。（7）制動(dòng)裝置風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)裝置主要是為了使風(fēng)輪達(dá)到靜止或空轉(zhuǎn)狀態(tài)，一般可以分為空氣動(dòng)力制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)兩大類。空氣動(dòng)力制動(dòng)方法主要有葉尖擾流器、擾流板、主動(dòng)變槳距、自動(dòng)偏航等幾種。機(jī)械制動(dòng)一般采用一個(gè)鋼制剎車圓盤和布置在其四周的液壓夾鉗構(gòu)成。（8）塔架塔架是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要承載部件，用來支撐整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重量。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備02桁架型塔架圓錐型塔架風(fēng)力發(fā)電場選址031.宏觀選址

所謂宏觀選址是在研究國家和地區(qū)的風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)上，綜合考察風(fēng)資源、建設(shè)條件、安全要求、投資回報(bào)等綜合因素后，選擇一個(gè)最適合建設(shè)風(fēng)電場的小區(qū)域的過程。此過程中主要參考NB/T10639-2021《風(fēng)電場工程場址選擇技術(shù)規(guī)范》。宏觀選址的一般原則：（1）風(fēng)能資源豐富、風(fēng)能質(zhì)量好；（2）滿足國家產(chǎn)業(yè)政策和地方發(fā)展規(guī)劃的要求；（3）滿足電網(wǎng)連接與規(guī)劃要求；（4）具備交通運(yùn)輸和施工安全的條件；（5）滿足安全要求；（6）避開限制區(qū)域；（7）滿足環(huán)境保護(hù)要求；（8）滿足項(xiàng)目投資回報(bào)要求。2.微觀選址風(fēng)電場的微觀選址就是風(fēng)電機(jī)組位置的選擇，即在宏觀選址下，確定風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組的布置方案，使得風(fēng)電場獲得較好的發(fā)電量，項(xiàng)目有較好的經(jīng)濟(jì)效益。主要參照NB/T10103-2018《風(fēng)電場工程微觀選址技術(shù)規(guī)范》，一般的選址原則：（1）盡量集中布置，應(yīng)遵循節(jié)約和集約用電、用海的原則，符合土地規(guī)劃（2）風(fēng)電機(jī)組布置應(yīng)考慮風(fēng)能資源、場地利用、集電線路、交通運(yùn)輸、施工安裝和工程造價(jià)等因素，在符合安全要求的前提下提高發(fā)電量；（3）風(fēng)電機(jī)組的機(jī)位排列宜垂直于主風(fēng)能方向；（4）視覺上盡量美觀；（5）風(fēng)電場工程微觀選址成果應(yīng)經(jīng)建設(shè)方、設(shè)計(jì)方及風(fēng)電機(jī)組制造商三方確認(rèn)。風(fēng)力發(fā)電場選址03風(fēng)能與低碳經(jīng)濟(jì)Part.03低碳經(jīng)濟(jì)的概念低碳經(jīng)濟(jì)，最早出現(xiàn)在2003年英國能源白皮書《我們能源的未來創(chuàng)建低碳經(jīng)濟(jì)》。它是一種以低能耗、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)體系，主要包括低碳能源系統(tǒng)、低碳技術(shù)和低碳產(chǎn)業(yè)體系三部分。01低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式低碳經(jīng)濟(jì)與新能源關(guān)聯(lián)性02低碳的經(jīng)濟(jì)環(huán)境和新能源領(lǐng)域之間有著千絲萬縷的聯(lián)系，低碳能源是低碳社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。一方面，新能源技術(shù)推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，從而提高了低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度，另一方面，低碳經(jīng)濟(jì)也為新能源領(lǐng)域的發(fā)展提供了一定的平臺(tái)環(huán)境優(yōu)勢。發(fā)展新能源是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的重要舉施，主要表現(xiàn)如下：(1)新能源減少CO的排放；(2)開發(fā)利用新能源可減少人類對傳統(tǒng)不可再生能源如化石能源的依賴；(3)發(fā)展新能源也可通過新技術(shù)制造生物燃料，增加糧食耕種，將糧食危機(jī)防患于未然；(4)發(fā)展新能源給世界和中國在金融、疫情危機(jī)后提供新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。低碳經(jīng)濟(jì)環(huán)境下風(fēng)能發(fā)展03風(fēng)能技術(shù),就是運(yùn)用風(fēng)能來滿足生產(chǎn)所需能量的一種新能源技術(shù)。風(fēng)能是由地表熱運(yùn)動(dòng)、空氣流動(dòng)而產(chǎn)生的一種能量，其本質(zhì)所屬太陽能，其資源豐富，分布廣泛。通過風(fēng)能技術(shù)既可利用發(fā)電設(shè)備轉(zhuǎn)化為其他能源，也可利用能源的聚集結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)能量收集利用，是替代煤炭等非可再生能源的第一選擇，能有效地緩和溫室效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)低碳目標(biāo)。風(fēng)能資源的利用主要還是以發(fā)電為主，風(fēng)力發(fā)電是通過風(fēng)吹動(dòng)力葉片帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，風(fēng)機(jī)可大可小，發(fā)電過程中零排放、無污染。風(fēng)能產(chǎn)業(yè)與政策Part.04風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈01風(fēng)葉電控系統(tǒng)塔架偏航軸承輪轂發(fā)電機(jī)機(jī)艙罩齒輪箱風(fēng)機(jī)整機(jī)集成銷售及服務(wù)風(fēng)機(jī)組裝技術(shù)服務(wù)風(fēng)電場的建設(shè)測風(fēng)選址方案評估方案設(shè)計(jì)風(fēng)電場運(yùn)營和維護(hù)項(xiàng)目資金來源及相關(guān)投資風(fēng)險(xiǎn)控制風(fēng)電場運(yùn)營和維護(hù)等相關(guān)技術(shù)服務(wù)風(fēng)場觀光旅游相關(guān)行業(yè)服務(wù)風(fēng)電直接應(yīng)用產(chǎn)業(yè)有色冶金氯堿工業(yè)海水淡化海水西調(diào)規(guī)模化制氫非金屬加工電池行業(yè)煤化工下游耗能產(chǎn)業(yè)上游產(chǎn)業(yè)中游產(chǎn)業(yè)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈主要是由上游原材料及零部件制造、中游風(fēng)電場建設(shè)和運(yùn)營、下游風(fēng)電場其他應(yīng)用三部分組成。（1）上游產(chǎn)業(yè)群：風(fēng)電產(chǎn)業(yè)上游原材料群主要包括零部件和風(fēng)機(jī)整機(jī)兩個(gè)部分。主要是風(fēng)葉、機(jī)艙底座、機(jī)艙罩、散熱器、發(fā)電機(jī)、輪轂、偏航軸承、偏