风电基础知识教程
风力发电基础知识介绍PPT课件
使用水冷却时，冷水被导入一些隐藏 在发电机外壳里的管中。水冷却了发 电机加热了水本身。而散热器（如上 图）又利用周围环境的空气再将水冷 却。由此，水在冷却发电机的同时不 断的循环，温度却不会升高。
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叶轮 所有大型风机都有三个叶片 组成叶轮与主轴连接，而每 种风机的叶片长度都有所不 同。比如有一种风机叶片长 度为25-27米，而最大的风机 的叶片达到39米，这相当于 一懂13层的高楼！
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主轴
叶轮被用螺栓固定在风 机主轴上一个强度很高 的圆盘上。
牢固、稳定的固定叶轮是非常重要的。 齿轮箱则被固定在主轴的另一头。
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齿轮箱 这是机舱内部的齿轮箱。齿轮 箱内部有齿轮传动装置，内部 齿轮之间相互啮合，叶轮转速 在每分钟27转左右
主轴缓慢旋转将很大的力传送到 齿轮箱里，通过传动装置将转速 成比例提高。
Electric Generator 发电机
Output Power
输出功率
Speed 速度
Controller 控制器
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16
装配一台风机 一台风机是由许多部分组成的？
塔架 机舱 变压器 叶轮 基础
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叶轮 叶轮被固定在大 的主轴上，大的 叶轮有三个吸收 风能的叶片，风 速足够大时就会 驱动叶轮旋转！
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5
由于两个屋子之间有温度差，风 就一直在吹。壁炉里的火加热了 空气。热空气流动到温度低的房 间的顶部，最终通过窗户释放到 外界。太阳不断地加热着地球， 壁炉就扮演着太阳的角色
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6
1)当太阳光照射到地球表面时，地 球被加热，而陆地和海洋的吸收热 量的速度是不同的，陆地吸收热的 速度比海洋快的多。
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风力发电基础知识
风⼒发电基础知识第⼀章风⼒发电机组结构1.8 控制系统控制系统利⽤微处理器、逻辑程序控制器或单⽚机通过对运⾏过程中输⼊信号的采集传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发⽣故障或其他异常情况能⾃动地检测平分析确定原因，⾃动调整排除故障或进⼊保护状态。
控控制系统的主要任务就是⾃动控制风机组运⾏，依照其特性⾃动检测故障并根据情况采取相应的措施。
控制系统包括控制和检测两部分。
控制部分⼜设置了⼿动和⾃动两种模式，运⾏维护⼈员可在现场根据需要进⾏⼿动控制，⽽⾃动控制应在⽆⼈值班的条件下预先设置控制策略，保证机组正常安全运⾏。
检测部分将各传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显⽰屏上可以查询。
现场数据可通过⽹络或电信系统送到风电场中央控制室的电脑系统，还能传输到业主所在城市的总部办公室。
安全系统要保证机组在发⽣⾮常情况时⽴即停机，预防或减轻故障损失。
例如定桨距风电机组的叶尖制动⽚在运⾏时利⽤液压系统的⾼压油保持与叶⽚外形组合成⼀个整体，同时保持机械制动器的制动钳处于松开状态，⼀旦发⽣液压系统失灵或电⽹停电，叶尖制动⽚和制动钳将在弹簧作⽤下⽴即使叶尖制动⽚旋转约90°，制动钳变为夹紧状态，风轮被制动停⽌旋转。
根据风电机组的结构和载荷状态、风况、变桨变速特点及其他外部条件，将风电机组的运⾏情况主要分为以下⼏类：待机状态、发电状态、⼤风停机⽅式、故障停机⽅式、⼈⼯停机⽅式和紧急停机⽅式。
（1）待机状态风轮⾃由转动，机组不发电（风速为0~3m/s），刹车释放。
（2）发电状态发电状态Ⅰ：启动后，到额定风速前，刹车释放。
发电状态Ⅱ：额定风速到切出风速（风速12~25m/s），刹车释放。
（3）故障停机⽅式：故障停机⽅式分为：可⾃启动故障和不可⾃启动故障。
停机⽅式为正常刹车程序：即先叶⽚顺桨，党当发动机转速降⾄设定值后，启动机械刹车。
（4）⼈⼯停机⽅式：这⼀⽅式下的刹车为正常刹车，即先叶⽚顺桨，当发电机转速降⾄设定值后启动机械刹车。
风力发电基础知识
维护成本高：风力发电机组需要 定期维护维护成本较高
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
投资成本高：建设风力发电场需 要大量生态环境产生一定影响如噪音、 电磁辐射等
风力发电的适用场景
风力资源丰富的地区如海岸线、山地、草原等 远离电网的偏远地区如海岛、边远山区等 需要清洁能源的地区如环保要求高的城市、工业园区等 需要稳定电力供应的地区如医院、学校、工厂等
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风力发电基础知识
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目录
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添加目录项标题 风力发电的原理 风力发电的优势与局限性 风力发电技术的发展历程 风力发电的应用前景 风力发电的实际应用案例
01
添加目录项标题
02
风力发电的原理
风力发电的工作原理
风力发电的基本原理：利用风力推动风力发电机的叶片旋转从而产生电能。 风力发电机的结构：包括叶片、转子、发电机、塔架等部分。 风力发电的过程：风力推动叶片旋转转子带动发电机发电电能通过输电线路传输到电网。 风力发电的优点：清洁、可再生、环保、无污染。
采用风能预测技术：通过风能预测技术提高风力发电系统的稳定性和效 率
提高风电机组稳定性的措施与技术保障
采用先进的控制技术如 自适应控制、模糊控制 等提高风电机组的稳定 性和可靠性。
加强风电机组的维护和 保养定期检查和更换易 损部件确保风电机组的 正常运行。
采用先进的风电机 组设计如采用多叶 片、可变桨距等设 计提高风电机组的 稳定性和效率。
德国：Nordsee-Ost风电场欧洲最大的 海上风电场之一
中国：内蒙古辉腾锡勒风电场中国最大的 风电场之一
美国：lt Wind Energy Center美国最大 的风电场之一
风电课件基础知识
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
按照风电场的规模，风电场大致可以分为：小型、中型和大型 （特大型）风电场
风能资源
小型 较好
场地
较小
说
明
中型 大型 （特大型）
较好
丰富
合适
开阔
可建几兆瓦容量的风电场，接入 35~66 kV及以下电压等级的电网。 可建几十兆瓦容量以下风电场，接入 110 kV及以下电网。
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
建立电气接线 图，首先需要 规定具体电气 设备的图形符 号 主要电气设备 的图形符号如 表所示
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
风电场电气系统
电 能
用于实现该能量转换过程的成套设备称为风力发电机组。
风机+发电机+调速器
风电场电气系统
风电场和电气部分的基本概念
单台风力发电机组的发电能力是有限的，目前在内陆地区应用 的主流“大型”机组的额定功率为1.5MW和2MW，海上风电机 组的平均单机容量在3 MW左右，最大已达6 MW。
风力发电机组输出的电能经由特定电力线路送给用户或接入电 网。 风力发电机组与电力用户或电网的联系是通过风电场中的电气 部分得以实现的。
101室配电箱
子
... …
至其它 配电站
风电场电气系统 高压 低压开关柜
开关柜
变压器
... …
电梯
箱式变电所内部示意 图
某商场用电示意图
125室配电箱
子
风电场和电气部分的基本概念
一般我们习惯上称 220/380伏为低压 将3千伏～35千伏称为中压 110千伏、220千伏称为高压 330千伏、500千伏称为超高压
风力发电基础课件
弦长的夹角
运动旋转方向
u R 2Rn
dL气流升力
相对
速度
dL
1 2
Cl w2dS
dD
1 2
Cd
w 2dS
dF气流w产生的气动力
驱动功率dPw= dT
风输入的总气动功率:P=vΣFa 旋转轴得到的功率:Pu=Tω
风轮效率η=Pu/P
叶片的几何参数
3. 旋转叶片的气动力(叶素分析)
v v1 v2 2
，
贝兹理
最大理想功率为：Pmax
8 27
Sv13
论的极 限值
风力机的理论最大效率：max
Pmax E
(8 / 27)Sv13
1 2
Sv13
16 27
0.593
风力发电机从自然风中所能索取的能量是有限的，其 功率损失部分为留在尾流中的旋转动能。
风力发电机基础理论
3.风力机的主要特性系数
对于有限长的叶片，风轮叶片下游存在着尾迹涡，它形成两 个主要的涡区：一个在轮毂附近，一个在叶尖。有限叶片数由 于较大的涡流影响将造成一定的能量损失，使风力机效率有所 下降。
1) 中心涡，集中在转轴上； 2) 每个叶片的边界涡； 3) 每个叶片尖部形成的螺旋涡。
涡流理论
叶片静止时，据赫姆霍兹定理，叶片附着涡和后缘尾涡 组成马蹄涡系。简化后，将叶片分成无限多沿展向宽度很小 的微段。
叶片的几何参数
2.升力和阻力的变化曲线
0.8
Cl •升力系数与阻力系数是随攻角变化的
0.6
0.4
失速点
0.2
Cd
i
i -30o -20o -10o 0o 10o 20o
-0.2 Cl min
风电基础知识(培训)
第一章风能及风能资源一．风的成因风是环绕地球大气层中的空气流动．流动的空气所具有的能量，也就是风所具有的动能，就称为风能．从广义太阳能的观点看，风能是由太阳能转化而来的．来自太阳能的辐射能不断地传送到地球表面周围，因受太阳照射而受热的情况不同，地球表面各处产生了温差，因而产生气压差，由此形成了空气的流动．因此，可以说是太阳把能量以热能的形式传到地球而后又转换成风能的．二风的风类大气环流――地球表面的大气环流是由于太阳辐射及地球自转而引起的．在赤道上，太阳垂直照射，地面受热很强：而在地球两极地区，太阳是倾斜照射的，地面受热则较弱，热空气较冷空气轻，就造成在赤道附近热空气向空间上升，并通过大气层上部流向两极；两极地区的冷空气则流向赤道．由于地球本身自西向东旋转的结果，这种大气环流在北半球产生了东北风，在南半球则产生了东南风，分别称为东北信风和东南信风.海陆风――沿海地球陆地同海上所形成的风向交替的海风与陆风，它们是由于昼夜之间温度变化而造成的．在白日，陆地上接受的太阳辐射热量较海水要强，因而陆地上的空气受热向上流动，而海洋面上的空气较冷，较冷的空气则自海洋流向沿岸陆地，这样就形成了海风；在夜间，陆地上的空气比海洋上的空气冷却要快，这样就造成海洋上的空气上升，而陆地上较冷的空气沿地面流向海洋，形成了陆风.山谷风――山岳地区在一昼夜间风向交替的山风（或称山岳风）与谷风（或称平原风）．谷风的产生是由于日间太阳照射使山坡上的空气温度升高，热空气上升，而地势地处的冷空气则自山谷向上流动，这就形成了谷风；到了夜晚，空气中的热量向高空散发，高空中的空气密度增大，空气则沿山坡向下流动，这就形成了山风．第二章风的描述如上所述，风是由于空气的流动而形成的，因此可被看做是向量，包括空气流动的速度及流动的方向两个要素，也即是风速和风向．对于人类来说，风是最熟悉的自然现象之一，风速与风向在不同的时间（每日每月每年）都有一定的周期性变化．为了估算某一地域的风能资源，必须测量出每日、每月、每年的风速及风向数据，了解其变化的情况。
风力发电技术基础教程ppt课件
dF＝dLcos + dDsin dT＝r(dLsin - dD cos )
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• 由于可利用阻力系数CD和升力系数Cl 分别求得dD和dL:
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dL = 1/2 CLW C dr 2
dD = 1/2 CD W C dr 故dF和dT可求。 • 将叶素上的力元沿展向积分，得： —作用在叶轮上的推力：F= dF —作用在叶轮上的扭矩：T= dT —叶轮的输出功率：P= dT= T
• 风力发电机组（以下简称风力机）是一种能量转换装置——将风能转换为电能的。
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二、风力发电机组的主要机型
• 按叶片与轮毂的联接方式分： —定桨距 （失速型）机组 —变桨距机组
• 按叶轮转速是否恒定分： —定速风力机
—变速风力机
•其它机型 —主动失速型 —无齿轮箱型 —海上机组
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• 基本特征 —水平轴 —三叶片 —上风式 —双速发电机
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第二章 风力机基础理论 • 叶片的空气动力特性 • 叶轮的空气动力模型
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§2.1 空气动力学的基本概念 一、流线 • 气体质点：体积无限小的具有质量和速度的流体微团。 • 流线：
—在某一瞬时沿着流场中各气体质点的速度方向连成的一条平滑曲线。 —描述了该时刻各气体质点的运动方向：切线方向。 —流场中众多流线的集合称为流线簇。一般情况下，各流线彼此不会相交如图所示。
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• 上翼面：凸出的翼型表面。 • 下翼面：平缓的翼型表面。 • 中弧线：翼型内切圆圆心的连线。对称翼型的中弧线与翼弦重合。 • 厚度：翼弦垂直方向上上下翼面间的距离。
—厚度分布：沿着翼弦方向的厚度变化。 • 弯度：翼型中弧线与翼弦间的距离。
风力发电技术基础教程
班立新
2008.8.28.
目
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录
风力发电技术概述 风力机的理论基础 机组的机械零部件 机组电气系统 风资源概述
第一章 风力发电技ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ概述
• 风力发电机组的总体构成 • 风力发电机组的主要机型 • 风力发电机组中的关键技术
一、风力发电机组的总体构成
风 电
机组
一般风电机结构图 （1.轮毂 2.增速箱 3.机舱罩 4.联轴器 5.电控系统 6.发电机 7.冷却器 8.泵 站 9.偏航驱动 10.偏航制动 11.偏航轴承 12.底座 13.弹性底座 14.叶片）
• 旋转平面：桨叶扫过的垂直于叶轮轴线的平面。
• 叶片轴线：叶片绕其旋转以改变相对于旋转平 面的偏转角——安装角（重要概念）。 • 半径r处的桨叶剖面：距叶轮轴线r处用垂直于 叶片轴线的平面切出的叶片截面。
• 安装角：桨 叶剖面上的 翼弦线与旋 转平面的夹 角，又称桨 距角，记为 。
• 半径r处叶片截面的几何桨距：在r处几何螺旋 线的螺距。 可以从几个方面来理解： —几何螺旋线的描述：半径r，螺旋升角。 —此处的螺旋升角为该半径处的安装角r。 —该几何螺旋线 与r处翼剖面 的弦线相切。 —桨距值： H=2r tg r
• 气体质点：体积无限小的具有质量和速度的流 体微团。 • 流线： —在某一瞬时沿着流场中各气体质点的速度方 向连成的一条平滑曲线。 —描述了该时刻各气体质点的运动方向：切线 方向。 —流场中众多流线的集合称为流线簇。一般情 况下，各流线彼此不会相交如图所示。
绕过物体的流线簇
• 绕过障碍物的流线: 当流体绕过障碍物时，流线形状会改变，其 形状取决于所绕过的障碍物的形状。 • 不同的物体对气流的阻碍效果也各不相同 考虑几种形状的物体，它们的截面尺寸相同， 但侧面形状各异，对气流的阻碍作用（用阻力 系数度量）不同。