风力发电原理及应用探讨 马雪峰

风力发电原理及应用探讨   马雪峰
风力发电原理及应用探讨   马雪峰

风力发电原理及应用探讨马雪峰

发表时间:2019-11-20T15:17:34.283Z 来源:《基层建设》2019年第24期作者:马雪峰[导读] 摘要:近年来,我国的风力发电越来越多。

三峡新能源大柴旦风电有限公司青海省海西州大柴旦行委锡铁山镇 816203 摘要:近年来,我国的风力发电越来越多。风能作为一种清洁能源,日益受到各国的重视,发展风力发电技术成为当前迫切需要解决的问题。本文就风力发电技术的原理和当前我国在风电技术方面的发展状况进行探讨。

关键词:环境污染;新能源;风力发电引言

19世纪70年代以后,人类开始进入二次工业革命,人类社会也开始进入电气时代,电力得到了广泛应用,并取代了蒸汽成为工业生产和社会生活的主要能源,给人类社会的生产结构和生活方式带来了巨大的改变。随着发电技术的发展,风力发电技术在我国得到了普遍应用,而风力发电过程中风力发电系统控制技术是促进风力发电技术进一步发展的重要基础和影响因素,但是,随着我国社会经济发展和人类生活对电力需求的增大,我国原有的风力发电系统控制技术已无法满足现代风力发电技术的高要求,阻碍了风力发电技术的进一步发展。

1风力发展的现状中国拥有丰富的风能资源,全年风能资源总量32.26亿kW(地面以上10m风速大于5m/s),实际可开采量为10.4亿kW。根据我国的实际情况,新能源战略已经开始着重发展风电。因此我国风电发展前景相当可观,从现在到未来将保持高速发展的趋势,同时,随着风力发电技术的逐步成熟,风电行业的盈利能力也将稳步提高。根据中国工商业研究院发布的数据,截至2017年底,全球风电市场主要集中在5个国家:中国、美国、德国、印度和西班牙。其中,中国累计装机容量188392兆瓦,居世界第一,美国累计装机容量89077MW,居世界第二。与2007年前我国风电装机容量相比,近年来我国风电装机容量实现了质的飞跃。因为不断增加的装机容量,中国已成为了世界上最重要的风力发电国之一。 2我国风力发电的现状及存在的问题我国幅员辽阔,风力资源极为丰富,十分有利于风电行业的发展。近年来,国家对风电产业的发展十分重视,投入了大量的研发人员和资金,累计和新增风电装机容量世界排名第一。我国风力资源主要分布在地广人稀的西部地区、华北丘陵地区以及东南沿海地区,累计建设了180多家风力发电厂,很好的缓解了当地的用电荒问题。目前我国风力发电系统中的大部分部件和技术都是自主研发,但是核心部件还是依靠国外进口,缺乏自主技术。由于风电技术在我国发展的时间较短,同时我国风力资源分布不均匀,风电技术存在市场化水平低、技术欠成熟、安全保障不足等问题。风力资源分布不均匀导致风电场发的电需要通过远距离输送到需要电的地区,同时风力资源较匮乏的地区无法建设风力发电站,造成风电技术发展不平衡。风能的间歇性和不稳定性也会导致电能质量较低。此外,部分地区对清洁能源的认识不够深刻,忽视了风电技术对环境带来的红利,导致没有对风电资源进行充分开发。由于我国风力发电技术发展时间较短,缺乏自主化技术,很多核心技术和部件还需要依赖西方发达国家,这样就造成被动的技术依赖和过高的资金技术消耗。同时风电传输技术和设备的不完善,风电机组运行存在安全隐患,电力运营管理人才缺乏,都是制约风电技术的瓶颈。当前风力发电行业的商品化程度依旧较低,缺乏一套完善的市场体制来保证行业的稳定发展,国家尚需投入大量人力物力财力来发展配套设施和人员。 3解决我国风力发电面临问题的举措 3.1做好谐波抑制措施

第一种是做好谐波抑制工作,影响风力发电并网技术质量的因素有很多,其中,电能的质量情况在其中占有非常重要的地位。为了最大程度的提高电能的利用效率,相关的技术人员主要采取的方式是通过对结合组静止无功补偿器进行使用,来对影响谐波的因素进行抑制。由于我国电力行业的发展在最近几年来受到了人们的广泛关注,电能设备的发展方向朝向多元化、丰富化的方向发展,现阶段,市场上抑制器的种类也越来越丰富。谐波抑制工作使用的抑制器是组合型的,由可投切电容器、电抗器以及谐波滤波装置构成,这种抑制器与其中类型的抑制器相比,功率的转化速度加快,可以对风力情况进行追踪检查,可以在短时间发现不稳定的情况,并且对这种情况进行及时的解决,提高抑制谐波的效率以及风力发电的质量情况。

3.2加大研发和管理力度,促进风电产业结构调整

不能过分依赖产品和技术进口,要建立完善的人才培养机制,积极创新,研发出具有自主知识产权的风电技术。

3.3完善风电信息分析工作,强化并网管理

第二项工作是加强信息的管理以及提高并网技术体系。为了提高风力并网工作的完成效率,相关的技术人员应该在风力发电的过程中,建立信息完善平台,对风力发电的数据以及信息进行收集、整理。信息的收集以及整理是一项十分漫长的过程,包括多个行业、多个领域,其中风电规划前期、后期以及运行中期的数据都应该进行记录,数据的完整性对并网的后期管理具有十分重要的作用。并网管理是多方面的,为了提高并网管理的质量,相关的单位应该建立专门的管理队伍,对并网进行大规模的监管、检测,进一步完善风力发电的管理体系,除此之外,对于大型的风力发电项目,要做好年度的规划,对风力发电的情况进行严格的记录,根据有关的资料显示,风力发电管理体系的制定以及完善可以从根本上提高用电的质量情况,提高相关产业的工作效率。

3.4我国部分区域的风能资源开发

根据中国中东部和南方地区陆上风能资源分布广泛、用电地区近的特点,按照“就近接入、本地消纳”的原则,中东部和南方地区成为国家发展风电的选择区域,这些地方的风能资源将得到规模化开发,具体表现为3个方面:①中东部和南部地区成为项目核准地区。②调整这些地区的上网电价,以吸引当地的风电投资。③国家在《风电发展“十三五”规划》提出,中东部和南方地区陆上风电在2020年新增并网装机容量将达到4200万kW以上,累计并网装机容量达到7200万kW以上。

3.5强化故障诊断,提升电能质量

对风力发电机组的故障进行分析,进而对故障进行诊断。风力发电机组的相关技术人员要对风力发电行业中存在的问题进行分析,分析之后提出相应的解决措施,只有提高设备的质量,才能进一步提升风力发电机组的发电质量。

3.6杜绝安全隐患

风力发电原理

▲1-3 风能具有哪些特点? (1)风能蕴藏量大、分布广。(2)风能是可再生能源。(3)风能利用基本没有对环境的直接污染和影响。(4)风能的能量密度低。(5)不同地区风能差异大。(6)风能具有不稳定性。 ▲1- 风力发电技术的发展状况 当前风电技术和设备的发展主要呈现大型化、变速运行、变桨距、无齿轮箱等特点。 (1)水平轴风电机组技术成为主流。(2)风电机组单机容量持续增大。(3)变桨距技术得到普遍应用。(4)变速恒频技术得到快速推广。(5)直驱式、全功率变流技术得到迅速发展。(6)大型风电机组关键部件的性能日益提高。(7)智能化控制技术广泛应用。(8)叶片技术不断进步。(9)适应恶劣气候环境的风电机组得到重视。(10)低电压穿越技术得到应用。 (11)海上风电技术成为重要发展方向。(12)标准与规范逐步完善。 ▲2-8 为什么国际上通行的计算平均的时间间隔都取在10min至2h范围? 由范德豪芬的平均风速功率谱曲线可知,在10min至2h范围的平均风速功率谱低而平坦,平均风速基本上是稳定值,可以忽略湍流的影响。 ▲2-9 什么是风速廓线? 在大气边界层中,由于空气运动受地面植被、建筑物等得影响,风速随距地面的高度增加而发生明显的变化,这种变化规律成为风剪切或风速廓线。▲2-11 什么是风向玫瑰图? 风向玫瑰图常用来表示某一风向一年或一个月出现的频率。 ▲2-15 风在静止叶片上的空气动力是如何形成的? 由于叶片上方和下方的气流速度不同(上方速度大于下方速度),因此叶片上、下方所受的压力也不同(下方压力大于上方压力),总得合力F即为叶片在流动空气所受到的空气动力。 ▲2- 风的测量设备? 风向:风向标、光电管、码盘。风速:皮托管、热线风速仪、风杯、螺旋叶片。 ▲2- 风能资源评估及风电场选址 评估参数:平均风速、主要风向分布、风功率密度、年风能可利用小时。宏观选址:(1)风能质量好(2)风向基本稳定(3)风速变化小(4)尽量避开灾难性天气频发地区(5)发电机组高度范围内风速的垂直变化小。(6)地形条件好。(7)地址情况能满足塔架基础、房屋建筑施工的要求,远离强地震带等。(8)对环境的不利影响小。(9)尽可能接近电网并考虑并网可能产生的影响。(10)交通方便。微观选址:(1)考虑地形的影响(2)考虑机组的排列方式。 ▲4-7 什么是并网风力发电机变速恒频运行方式?哪些类型的发电机? 在不同风速下,为了实现最大风能捕获,提高风电机组的效率,发电机的转速必须随着风速的变化不断进行调整,处于变速欲行状态,其发出的频率需通过一定的恒频控制技术来满足电网要求。双馈异步交流发电机,永磁低速交流发电机 ▲4-8 双馈异步发电机的基本工作原理。 (公式)n2为转自中通入频率为f2的三项对称交流励磁电流后所产生的旋转磁场相对于转自本身的旋转速度(r\min),改变f2,即可改变n2。设n1为对应于电网频率50Hz时发电机的同步转速,而n为发电机转自本身的旋转速度,只要n+n2=n1,则定子绕组感应出的电动势的频率将始终维持为电网频率f1不变。由转差率公式s=。。。可得f2=sf1。所以只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率的电流,双馈异步发电机可实现变速恒频运行的目的。 双馈型异步发电机实行交流励磁,励磁电流的可调量为其幅值、频率和相位。调节频率,可保证发电机转速变化时发出电能频率的稳定;调节幅值,可调节发出的无功功率;改变转子励磁电流的相位,调节了发电机的功率角。在一定工况下,转子也向电网馈送能量。 ▲4-9 叙述双馈异步发电机的功率流向。 (1)亚同步状态当n

风力发电原理及应用探讨 马雪峰

风力发电原理及应用探讨马雪峰 发表时间:2019-11-20T15:17:34.283Z 来源:《基层建设》2019年第24期作者:马雪峰[导读] 摘要:近年来,我国的风力发电越来越多。 三峡新能源大柴旦风电有限公司青海省海西州大柴旦行委锡铁山镇 816203 摘要:近年来,我国的风力发电越来越多。风能作为一种清洁能源,日益受到各国的重视,发展风力发电技术成为当前迫切需要解决的问题。本文就风力发电技术的原理和当前我国在风电技术方面的发展状况进行探讨。 关键词:环境污染;新能源;风力发电引言 19世纪70年代以后,人类开始进入二次工业革命,人类社会也开始进入电气时代,电力得到了广泛应用,并取代了蒸汽成为工业生产和社会生活的主要能源,给人类社会的生产结构和生活方式带来了巨大的改变。随着发电技术的发展,风力发电技术在我国得到了普遍应用,而风力发电过程中风力发电系统控制技术是促进风力发电技术进一步发展的重要基础和影响因素,但是,随着我国社会经济发展和人类生活对电力需求的增大,我国原有的风力发电系统控制技术已无法满足现代风力发电技术的高要求,阻碍了风力发电技术的进一步发展。 1风力发展的现状中国拥有丰富的风能资源,全年风能资源总量32.26亿kW(地面以上10m风速大于5m/s),实际可开采量为10.4亿kW。根据我国的实际情况,新能源战略已经开始着重发展风电。因此我国风电发展前景相当可观,从现在到未来将保持高速发展的趋势,同时,随着风力发电技术的逐步成熟,风电行业的盈利能力也将稳步提高。根据中国工商业研究院发布的数据,截至2017年底,全球风电市场主要集中在5个国家:中国、美国、德国、印度和西班牙。其中,中国累计装机容量188392兆瓦,居世界第一,美国累计装机容量89077MW,居世界第二。与2007年前我国风电装机容量相比,近年来我国风电装机容量实现了质的飞跃。因为不断增加的装机容量,中国已成为了世界上最重要的风力发电国之一。 2我国风力发电的现状及存在的问题我国幅员辽阔,风力资源极为丰富,十分有利于风电行业的发展。近年来,国家对风电产业的发展十分重视,投入了大量的研发人员和资金,累计和新增风电装机容量世界排名第一。我国风力资源主要分布在地广人稀的西部地区、华北丘陵地区以及东南沿海地区,累计建设了180多家风力发电厂,很好的缓解了当地的用电荒问题。目前我国风力发电系统中的大部分部件和技术都是自主研发,但是核心部件还是依靠国外进口,缺乏自主技术。由于风电技术在我国发展的时间较短,同时我国风力资源分布不均匀,风电技术存在市场化水平低、技术欠成熟、安全保障不足等问题。风力资源分布不均匀导致风电场发的电需要通过远距离输送到需要电的地区,同时风力资源较匮乏的地区无法建设风力发电站,造成风电技术发展不平衡。风能的间歇性和不稳定性也会导致电能质量较低。此外,部分地区对清洁能源的认识不够深刻,忽视了风电技术对环境带来的红利,导致没有对风电资源进行充分开发。由于我国风力发电技术发展时间较短,缺乏自主化技术,很多核心技术和部件还需要依赖西方发达国家,这样就造成被动的技术依赖和过高的资金技术消耗。同时风电传输技术和设备的不完善,风电机组运行存在安全隐患,电力运营管理人才缺乏,都是制约风电技术的瓶颈。当前风力发电行业的商品化程度依旧较低,缺乏一套完善的市场体制来保证行业的稳定发展,国家尚需投入大量人力物力财力来发展配套设施和人员。 3解决我国风力发电面临问题的举措 3.1做好谐波抑制措施 第一种是做好谐波抑制工作,影响风力发电并网技术质量的因素有很多,其中,电能的质量情况在其中占有非常重要的地位。为了最大程度的提高电能的利用效率,相关的技术人员主要采取的方式是通过对结合组静止无功补偿器进行使用,来对影响谐波的因素进行抑制。由于我国电力行业的发展在最近几年来受到了人们的广泛关注,电能设备的发展方向朝向多元化、丰富化的方向发展,现阶段,市场上抑制器的种类也越来越丰富。谐波抑制工作使用的抑制器是组合型的,由可投切电容器、电抗器以及谐波滤波装置构成,这种抑制器与其中类型的抑制器相比,功率的转化速度加快,可以对风力情况进行追踪检查,可以在短时间发现不稳定的情况,并且对这种情况进行及时的解决,提高抑制谐波的效率以及风力发电的质量情况。 3.2加大研发和管理力度,促进风电产业结构调整 不能过分依赖产品和技术进口,要建立完善的人才培养机制,积极创新,研发出具有自主知识产权的风电技术。 3.3完善风电信息分析工作,强化并网管理 第二项工作是加强信息的管理以及提高并网技术体系。为了提高风力并网工作的完成效率,相关的技术人员应该在风力发电的过程中,建立信息完善平台,对风力发电的数据以及信息进行收集、整理。信息的收集以及整理是一项十分漫长的过程,包括多个行业、多个领域,其中风电规划前期、后期以及运行中期的数据都应该进行记录,数据的完整性对并网的后期管理具有十分重要的作用。并网管理是多方面的,为了提高并网管理的质量,相关的单位应该建立专门的管理队伍,对并网进行大规模的监管、检测,进一步完善风力发电的管理体系,除此之外,对于大型的风力发电项目,要做好年度的规划,对风力发电的情况进行严格的记录,根据有关的资料显示,风力发电管理体系的制定以及完善可以从根本上提高用电的质量情况,提高相关产业的工作效率。 3.4我国部分区域的风能资源开发 根据中国中东部和南方地区陆上风能资源分布广泛、用电地区近的特点,按照“就近接入、本地消纳”的原则,中东部和南方地区成为国家发展风电的选择区域,这些地方的风能资源将得到规模化开发,具体表现为3个方面:①中东部和南部地区成为项目核准地区。②调整这些地区的上网电价,以吸引当地的风电投资。③国家在《风电发展“十三五”规划》提出,中东部和南方地区陆上风电在2020年新增并网装机容量将达到4200万kW以上,累计并网装机容量达到7200万kW以上。 3.5强化故障诊断,提升电能质量 对风力发电机组的故障进行分析,进而对故障进行诊断。风力发电机组的相关技术人员要对风力发电行业中存在的问题进行分析,分析之后提出相应的解决措施,只有提高设备的质量,才能进一步提升风力发电机组的发电质量。 3.6杜绝安全隐患

风力发电原理

风能发电的主要形式有三种:一是独立运行;二是风力发电与其他发电方式(如柴油机发电)相结合;三是风力并网发电。由于并网发电的单机容量大、发展潜力大,故本文所指的风电, 未经特别说明,均指并网发电。 1、小型独立风力发电系统 小型独立风力发电系统一般不并网发电,只能独立使用,单台装机容量约为100瓦-5千瓦,通常不超过10千瓦。它的构成为:风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;机头的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生电能。因风量不稳定,故小型风力发电机输出的是13~25V变化的交流电,须经充电器整流,再对蓄电瓶充电,使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源,把电瓶里的化学能转变成交流220V市 电,才能保证稳定使用。 2、并网风力发电系统 德国、丹麦、西班牙等国家的企业开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统,发展变桨距控制及失速控制的风力机设计理论,采用新型风力机叶片材料及叶片翼型,研制出变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机,开发了由微机控制的单台及多台风力发电机组成的机群的自动控制技术,从而大大提高了风力发电的效率及可靠性。在此基础上,风力发电机单机装机容量可以达到600千瓦以上。不少国家建立了众多的中型及大型风力发 电场,并实现了与大电网的对接。 现代风力发电机多为水平轴式。一部典型的现代水平轴式风力发电机包括叶片、轮毂(与叶片合称叶轮)、机舱罩、齿轮箱、发电机、塔架、基座、控制系统、制动系统、偏航系统、液压装置等。其工作原理是:当风流过叶片时,由于空气动力的效应带动叶轮转动,叶轮透过主轴连结齿轮箱,经过齿轮箱(或增速机)加速后带动发电机发电。目前也有厂商推出无齿轮箱式机组,可降低震动、噪音,提高发电效率,但成本相对较高。 风力发电机并不能将所有流经的风力能源转换成电力,理论上最高转换效率约为59%,实际上大多数的叶片转换风能效率约介于30-50%之间,经过机电设备转换成电能后的总输出效率约为20-45%。一般市场上风力发电机的启动风速约为2.5-4米/秒,于风速12-15米/秒时达到额定的输出容量。当风速更高时,风力发电机的控制机构将电力输出稳定在额定容量左右,为避免过高的风速损坏发电机,大多于风速达20-25米/秒范围内停机。一般采用旋角节制或失速节制方式来调节叶片之气动性能及叶轮的输出。依据目前的技术,3米/秒左右的风速(微风的程度)便可以进行发电。但在进行风场评估时,通常要求离地10米高 的年平均风速达到5-5.5米/秒以上。

风力发电机的原理及应用前景

风力发电机的原理及应用前景 摘要:许多世纪以来,风力发电机同水力机械一样,作为动力源替代人力、畜力,对生产力的发展发挥过重要作用。70年代初期,由于“石油危机”,出现了能源紧张的问题,人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性,于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。 关键词:风力发电,原理,应用前景,自然能源 随着科技的不断进步,社会的不断发展,能源问题将会成为未来人类必须解决的问题之一,同时可再生能源结构会成为未来能源的倾向之一。现如今风能作为一种无污染的可再生能源备受人们的关注,风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电没有燃料问题,也不会产生辐射或空气污染。在一定程度上,风力发电将会成为未来最具潜力的新能源之一。 一、风力发电机原理 风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械,又称风车。广义地说,它是一种以太阳为热源,以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源。相对柴油发电要好的多。但是若应急来用的话,还是不如柴油发电机。风力发电不可视为备用电源,但是却可以长期利用。 风力发电是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风车技术,大约

是每秒三公尺的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。 小型风力发电系统效率很高,但它不是只由一个发电机头组成的,而是一个有一定科技含量的小系统:风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要,各部分功能为:叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;机头的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生电能。 风力发电机因风量不稳定,故其输出的是13~25V变化的交流电,须经充电器整流,再对蓄电瓶充电,使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源,把电瓶里的化学能转变成交流220V市电,才能保证稳定使用。 机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性,表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移,并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型 二、风力发电机结构 机舱,转子叶片,轴心,低速轴,齿轮箱,发电机,电子控制器,液压系统,冷却元件,塔,风速计及风向标,尾舵 三、风力发电机类型

永磁同步风力发电机的原理和应用

永磁同步风力发电机的原理和应用 我国风能资源丰富,可开发的风能潜力巨大。根据有关资料,我国陆地风能资源可开发量23.8亿千瓦,海上风能资源可开发量约2亿千瓦。我国风能资源比较集中,“三北”地区(华北、东北和西北)以及东南沿海地区、沿海岛屿潜在风能资源开发量约占全国的80%。风能资源与煤炭资源的地理分布具有较高的重合度,与电力负荷则呈逆向分布。 近日,一款拥有自主知识产权,最大功率为2.5MW的高速永磁同步风力发电机在南车株洲电机有限公司成功下线。该发电机具有效率高、体积小、结构紧凑、成本低、可靠性高、维护量小等诸多优点,采用全功率变流控制,使机组具有良好的低电压穿越性能;该发电机与直驱型永磁同步风力发电机相比,体积大大减小、重量大大减轻,特别是磁钢用量大大减少,在稀土价格居高不下的今天,该产品的高性价比优势更加突出,具有很好的市场前景。该发电机的成功研制标志着我国企业已具备自主研发具有国际先进水平高速永磁同步风力发电机的能力。 “十二五”时期,我国风电装机容量占发电总容量比例将进一步加大,出于电网安全考虑,风电机组必须在“低电压穿越”保障下“御风而行”。据中国国家发改委能源研究所有关人士透露,2020年陆地风电的成本将与煤电持平,之后风电将逐步脱离国家补贴,“降低成本”也成为风电行业未来发展面临的新的“瓶颈”。南车株洲电机有限公司成功推出2.5MW高速永磁同步风力发电机,实现了发电机低成本制造,使机组极易实现低电压穿越,在国内处于技术领先水平。 永磁同步风力发电机由于机械损耗小、运行效率高、维护成本低等优点成为继双馈感应风电机组之后的又一重要风力发电机型受到广泛关注,并逐渐

学习《风力发电原理与应用》后的心得体会

学习《风力发电原理与应用》后的心得体会 在湛蓝天空下,四周安静的时候,给人印象深刻的就是风,它从你的耳畔掠过,从你的指尖流过,胸中浊气涤荡一空,在一呼一吸之间,身心也轻盈起来。在这个空气清新、负氧离子浓密的地方,你可以自由自在地、毫无负担地呼吸。这与清洁能源的大力发展,减少大气污染有很大的关系,这也使得以风能为代表的清洁能源在近年来快速的发展。 现今调整能源结构、减少温室气体排放、缓解环境污染、加强能源安全已成为国内外关注的热点,我国也对可再生能源的利用,特别是风能开发利用也给予了高度重视。我国风能资源总量约42亿千瓦,技术可开发量约3亿千瓦。目前东南沿海是最大风能资源区,风能密度为200W/M2~300W/M2,大于6m/s的风速时间全年3000h以上就可取得较大经济效益。风能与其他能源相比,有其明显的优点:蕴量巨大、可以再生、分布广泛、没有污染。风能和阳光一样,是取之不尽、用之不竭的再生能源。风力发电没有燃料问题,不会产生辐射或二氧化碳公害,也不会产生辐射或空气污染。而且从经济的角度讲,风力仪器比太阳能仪器要便宜九成多。中国风能储量很大、分布面广,甚至比水能还要丰富。合理利用风能,既可减少环境污染,又可减轻越来越大的能源短缺的压力。 近年来,工程师们尝试发展其他更好的方法利用风力。风力虽不很稳定,但是比其他动力资源要来得便利,因为,风向自由、清洁、不会产生不良的副作用。而且风可以推陈出新、供应不断。利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式,受到世界各国的高度重视,而且发展速度最快。风力发电通常有三种运行方式。一是独立运行方式,通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力,它用蓄电池蓄能,以保证无风时的用电。二是风力发电与其他发电方式(如柴油机发电)相结合,向一个单位或一个村庄或一个海岛供电。三是风力发电并入常规电网运行,向大电网提供电力;而且,通过一个学期对《风力发电原理与应用》的学习,使得我对风力发电机组有了一定的了解,按照风轮形式分类:可分为垂直轴风力发电机组和水平轴风力发电机组。按照有无齿轮分类:可分为直驱式风力发电机和双馈式风力发电机。直驱式风力发电机是一种由风力直接驱动发电机,亦称无齿轮风力发动机,这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式,免去齿轮箱这一传统部件。由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件,因此,没有齿轮箱的直驱式风力发动机,具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。双馈风电机组中,为了让风轮的转速和发电机的转速相匹配,必须在风轮和发电机之间用齿轮箱来联接,这就增加了机组的总成本;而齿轮箱噪音大、故障率高、需要定期维护,并且增加了机械损耗;机组中采用的双向变频器结构和控制复杂;电刷和滑环间也存在机械磨损。双馈式风力发电机组的特点是采用了多级齿轮箱驱动有刷双馈式异步发电机。它的发电机的转速高,转矩小,重量轻,体积小,变流器容量小,但齿轮箱的运行维护成本高且存在机械运行损耗。 通过一个学期对《风力发电原理与应用》的学习,也是得我对风力发电的优越性有了更加深刻的理解,其优越性可归归结为三点:第一,建造风力发电场的费用低廉,比水力发电厂、火力发电厂或核电站的建造费用低得多;第二,不需火力发电所需的煤、油等燃料或核电站所需的核材料即可产生电力,除常规保养外,没有其他任何消耗;第三,风力是一种洁净的自然能源,没有煤电、油电与核电所伴生的环境污染问题。 更为重要的是风电资源的开发对环境来讲,利远大于弊。虽然大量的风能资源处于戈壁滩、大草原和沿海滩涂地区,给开发带来不便,但依靠后方力量的支援一定能够克服。此外,虽然风电建设要占用大面积的土地,旋转的风机叶片可能产生噪音污染等,但在荒凉地区开发风电,对社会和环境影响非常少,不占用基本农田,不存在与民争地的矛盾。因此,在这些地区的大风口建设风电,不仅可以利用荒地清洁生产电力,还可以削弱风速,减少冬春季节的扬沙浮尘天气。

风力发电原理及风力发电的工艺流程

风力发原理及风力发电的工艺流程 发电风力发电机最初出现在十九世纪末。自二十世纪八十年代起,这项技术不断发展并日渐成熟,适合工业应用。近二三十年,典型的风力发电机的风轮直径不断增大,而额定功率也不断提升。 在二十一世纪 00 年代初,风力发电机最具经济效益的额定输出功率范围在 600 千瓦至 750 千瓦之间,而风轮直径则在 40 米至 47 米之间。当时所有制造商都有生产这类风力发电机。新一代的兆瓦级风力发电机是以这类机种作为基础发展出来的。

二零零七年初,有一些制造商开始生产额 定功率为几兆瓦而风轮直径达到约 90 米的风力发电机(例如 Vestas V90 3.0 兆瓦风电机, Nordex N90 2.5 兆瓦风电机等等),甚至有些直径达 100 米 ( 如 GE 3.6 兆瓦风电机 ) 。这些大型风力发电 机主要市场是欧洲。在欧洲,适合风电的地段日渐减少,因此有逼切性安装发电能力尽量高的风力发电机。 另一类更大型的为海上应用而设计的风力 发电机,已经完成设计并制成原型机。例如 RE Power 公司设计的风力发电机风轮直径达 126 米,功率达 5 兆瓦。 1) 风的功率 风的能量指的是风的动能。特定质量的空 气的动能可以用下列公式计算。 能量 = 1/2 X 质量 X ( 速度 )^2 吹过特定面积的风的的功率可以用下列公 式计算。 功率 = 1/2 X 空气密度 X 面积 X ( 速度 )^3 其中, 功率单位为瓦特; 空气密度单位为千克 / 立方米;

面积指气流横截面积,单位为平方米; 速度单位为米 / 秒。 在海平面高度和摄氏 15 度的条件下,乾空 气密度为 1.225 千克 / 立方米。空气密度随气压 和温度而变。随著高度的升高,空气密度也会 下降。 於上述公式中可以看出,风的功率与速度 的三次方〔立方〕成正比,并与风轮扫掠面积 成正比。不过实际上,风轮只能提取风的能量 中的一部分,而非全部。 2) 风力发电机的工作原理 现代风力发电机采用空气动力学原理,就 像飞机的机翼一样。风并非 " 推 " 动风轮叶片,而是吹过叶片形成叶片正反面的压差,这种 压差会产生升力,令风轮旋转并不断横切风流。 风力发电机的风轮并不能提取风的所有功 率。根据 Betz 定律,理论上风电机能够提取的 最大功率,是风的功率的 59.6% 。大多数风电机 只能提取风的功率的 40% 或者更少。 风力发电机主要包含三部分∶风轮、机舱 和塔杆。大型与电网接驳的风力发电机的最常

《风力发电原理》教案(2014版)

第1章 绪论 ● 风力发电过程中,风轮将风能转化机械能,发电机将机械能转化电能 ● 在能量转化与传递过程中,风能的特性是决定因素 ● 自然风是一种随机的湍流运动,影响风电机组中机械设备、电气设备的稳定性,对电网 造成冲击 ● 风能是太阳能的一种表现形式 ● 风能密度高低关系到风电度电成本高低 1.1 风的形成 ● 温度不是独立参量,而是系统的几何参量、力学参数、化学参数和电磁参量的函数 ● 大气运动遵循大气动力学和热力学变化的规律。空气运动与大气压力的分布及变化 ● 静力学方程: pgdz dp -= 1. 当dz>0时,dp<0,即气压是随高度的增加而减小的。 2. 气压随高度增加而减少的快慢主要取决于空气的密度。 3. 某一高度z 上的气压等于从该高度直到大气上界的单位截面积空气柱的重量。这是 大气静力学气压定义。 ● 单位气压高度差(气压差):在垂直气柱中,每改变单位气压时所对应的高度差 ()t p g dp dz h αρ+? ?- =18000 1 1. 气压愈低(即温度愈高),单位气压高度差愈大 2. 温度愈高,单位气压高度差愈大 1.1.1 大气环流 ● 环流原因:日地距离和方位不同,所接受的太阳辐射强度各异 ● 科氏力:由于地球自转形成的地球偏向力的存在,这种力称为科里奥利力,简称偏向力 或科氏力。在此力作用下,在北半球使气流向右偏转,在南半球使气流向左偏转。

三圈环流

1.1.2 季风环流 1.季风环流 季风:在一个大范围地区内,它的盛行风向或气压系统有明显的季风变化。这种在一年内随着季节的不同,有规律转变风向的风 东北亚季风和南亚季风对我国天气气候变化都有很大影响 ●形成季风环流的因素: ?海陆差异:冬季,风从大陆吹向海洋;夏季,风从海洋吹向大陆 ?行星风带的季节转换转换:5个风带在北半球的夏季向北移动,冬季向南移动 ?地形特征:青藏高原 ●季风指数 ?它是由地面冬夏盛行风向之间的夹角来表示的,当夹角在120°-180°之间,认为是 属于季风,然后1月和7月盛行风向出现的频率相加除以2,即I=(f1+f2)/2为 季风指数 I>40%季风区 I=40%-60%为较明显区季风区 I>60%为明显季风区。 2.局地环流 1.海陆风:以日为周期(湖陆风) 2.山谷风

风力发电及其应用现状文献综述

文献综述 毕业论文题目浅谈风力发电的原理及其应用现状学院物理与电信工程学院 专业物理学 姓名曹晓莹 班级2012级2班 学号201205010046 指导教师王韩奎

浅谈风力发电的原理及其应用现状 摘要:为了毕业论文更好地完成,熟悉掌握专业文献资料,因此对搜集的文献资料进行归纳、分析和综合。近几年来,关于风力发电原理的研究不少,主要集中于把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化转化为电力动能,即利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。而关于风力发电的研究现状的研究,主要集中于介绍了风力发电技术发展趋势及前景,一般都是集中介绍世界风力发电的现状并与我国的发展情况进行比较,对风力发电技术的发展趋势做出了预测,有部分作者着重对发展前景良好的海上风力发电做出了详细预测。但是都没有对Wind Tree即树状风力发电这一目前具有极大发展前景的风力发电装置进行介绍。从众多的文献中选取了优秀文献做一下综述。 关键词:风力发电原理;风力发电应用现状;发展前景; [1]徐大平,柳亦兵,吕跃刚.风力发电原理[M].北京:机械工业出版社,2011: 1-7. 本书的作者在书中着重围绕目前主流的并网风力发电系统展开,并对风力发电领域其他相关技术和设备做了简要介绍。对于风的特性以及风能转换基本原理、大型水平轴并网风力发电机组的相关知识、垂直轴风力发电机组设备、小型离网型机组的相关内容做了介绍。 [2]袁铁江,晁勤,李建林.光电并网技术[M].北京:机械工业出版社,2012: 1-9. 本书的作者针对风力发电机组建模、风电并网电力系统的安全稳定和电能质量分析、风电极限穿透功率、风电优化调度、风电功率预报等方面,结合实际案例阐述了风电并网涉及的关键技术问题。其中在第一章集中介绍了风电并网问题产生的原因、风电并网涉及的关键技术及其现状、未来发展趋势等。对风力风电原理做了系统的描述。 [3]赵海亮,郭鑫.风力发电的技术综述[J].河南科技,2013,第一卷(第一期): 58-59. 本文作者认为风能是清洁的、无污染的可再生资源,它取之不尽、用之不竭。 与火力发电、核电等相比它无需燃料,也不会对环境造成污染,它是绿色能源,是未来我们需要更好地利用的能源。本文作者对风力发电机的相关技术基础做了

风能技术与应用

风能技术与应用 内容简介 《风能技术与应用》详尽介绍了世界风能领域的发展现状与前景,评述了国内外在这一领域的最新科技成果。主要内容包括风力发电技术概述、风力发电发展现状与展望、风力发电应用进展、世界风机制造行业评述、风力发电设备和材料技术的发展、风力发电新技术和新设备、中国风力发电应用进展与展望、中国风电产业发展。 《风能技术与应用》可用作从事能源以及风能领域的规划、科研、生产和信息管理人员的工作指南用书,也可供国家决策机构人员和相关人员参阅,并可作为各大院校环境及相关专业师生的参考用书。 目 录 第1章 风力发电技术概述 1.1 风能利用潜力 1.2 风力发电原理 1.2.1 风力发电原理概述 1.2.2 风力发电的核心技术 第2章 风力发电发展现状与展望 2.1 风力发电发展回顾 2.1.1 2004年 2.1.2 2005年 2.1.3 2006年 2.1.4 2007年 2.1.5 2008年 2.1.6 2009年 2.2 海上风能 2.2.1 概述 2.2.2 海上风力涡轮技术开发 2.3 风力发电前景 第3章 风力发电应用进展 3.1 欧洲发展现状和展望 3.1.1 欧洲发展总览

3.1.2 德国 3.1.3 法国 3.1.4 英国 3.1.5 西班牙 3.1.6 葡萄牙 3.1.7 挪威 3.1.8 荷兰 3.1.9 比利时 3.1.10 丹麦 3.1.11 芬兰 3.1.12 土耳其 3.1.13意大利 3.1.14 爱尔兰 3.1.15 瑞典 3.1.16 波兰 3.1.17 东欧 3.1.18 俄罗斯 3.2 美国风力发电进展 3.2.1 风力发电现状和展望 3.2.2 近年风力发电项目建设 3.3 加拿大风力发电进展 3.3.1 概述 3.3.2 项目建设 3.4 其他国家和地区风力发电进展 3.4.1 印度 3.4.2 新西兰 3.4.3 澳大利亚 3.4.4 韩国 3.4.5 日本 3.4.6 哈萨克斯坦 3.4.7 越南 3.4.8 巴基斯坦 3.4.9 巴西 3.4.10 智利 3.4.11 阿根廷 3.4.12 中东 3.4.13 非洲 3.4.14 其他 第4章 世界风机制造行业评述 4.1 世界风电装机和设置发展态势 4.2 世界风电设备及制造发展趋势 4.3 全球风电机组技术发展趋势 第5章 风力发电设备和材料技术的发展 5.1 叶片材质的发展 5.1.1 概述 5.1.2 叶片生产商简介 5.1.3 对风机叶片材料的要求与选择 5.1.4 复合材料风机叶片的材料体系及制造工艺5.1.5 风电机叶片材料的技术发展 5.2 碳纤维及其在风机叶片中的应用 5.2.1 碳纤维概述 5.2.2 碳纤维市场 5.2.3 碳纤维制造商产能及扩产计划

风力发电技术的应用

风力发电技术的应用 X 段柯利 (阿拉善电业局,内蒙古阿拉善 750306) 摘 要:我国风力发电起步晚,发展快,纵观世界风力发电很不均衡,技术利用有高有低,重视程度也不尽相同。由于世界能源危机越来越严重,风能,这一清洁能源越来越引起人们的重视。美国、日本、欧洲在一定程度代表了当代世界风能技术最前沿的技术和思想,而我国,正在走一条具有我国特色的能源道路。 关键词:风能;应用;现状 中图分类号:T M614 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)05—0121—01 由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同,因而引起各地气压的差异,在水平方向高压空气向低压地区流动,即形成风。风很早就被人们利用——主要是通过风车来抽水、磨面……。现在,人们感兴趣的,首先是如何利用风来发电。 风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率,与风速的三次方和空气密度成正比关系。据估算,全世界的风能总量约1300亿kW,中国的风能总量约16亿kW 。风能资源受地形的影响较大,世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带,如美国的加利福尼亚州沿岸和北欧一些国家,中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带风能资源也很丰富。中国东南沿海及附近岛屿的风能密度可达300W /m 2(W /m 2)以上,3~20m /s 风速年累计超过6000h 。内陆风能资源最好的区域,沿内蒙古至新疆一带,风能密度也在200~300W/m 2,3~20m/s 风速年累计5000~6000h 。这些地区适于发展风力发电和风力提水。新疆达坂城风力发电站1992年已装机5500kW ,是中国最大的风力电站。 在自然界中,风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机,各国都在加紧对风力的开发和利用,尽量减少二氧化碳等温室气体的排放,保护我们赖以生存的地球。 风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式,其中又以风力发电为主,以风能作动力,就是利用风来直接带动各种机械装置,如带动水泵提水等这种风力发动机的优点是:投资少、工效高、经济耐用。目前,世界上约有一白多万台风力提水机在运转。澳大利亚的许多牧场,都设有这种风力提水机。在很多风力资源丰富的国家,科学家们还利用风力发动机铡草、磨面和加工饲料等。 利用风力发电,以丹麦应用最早,而且使用较普 遍。丹麦虽只有500多万人口,却是世界风能发电大国和发电风轮生产大国,世界10大风轮生产厂家有5家在丹麦,世界60%以上的风轮制造厂都在使用丹麦的技术,是名副其实的“风车大国”。 我国风能资源丰富,可开发利用的风能储量约10亿kW,其中,陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m 高度资料计算),海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW,共计10亿kW 。而2003年底全国电力装机约5.67亿kW 。 风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽,用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带,因地制宜地利用风力发电,非常适合,大有可为。 风是一种潜力很大的新能源,人们也许还记得,18世纪初,横扫英法两国的一次狂暴大风,吹毁了400座风力磨坊、800座房屋、100座教堂、400多条帆船,并有数千人受到伤害,25万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论,风在数秒钟内就发出了1000万马力(即750万kW;一马力等于0.75kW)的功率!有人估计过,地球上可用来发电的风力资源约有100亿kW,几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量,只有风力在一年内所提供能量的1/3。因此,国内外都很重视利用风力来发电,开发新能源。 风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风车技术,大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度),便可以开始发电,我们把风的动能转变成机械能,再把机械能转化为电能,这就是风力发电。风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分(大型风力发电站基本上 121  2012年第5期 内蒙古石油化工 X 收稿日期5 作者简介段柯利(),中级职称,本科,毕业于内蒙古工业大学电力学院,现就职于内蒙古电力(集团)有限责任公 司阿拉善电业局,研究方向电力调度管理、新能源的利用。 :2012-01-1:1981-:

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