低碳环保风力发电技术.ppt

1 风力发电技术 21-1 风与风力资源风与风力资源一、风的产生与特性一、风的产生与特性产生：产生：风是地球外表大气层由于太阳的热辐射风是地球外表大气层由于太阳的热辐射而引起的空气流动；大气压差是风产生的根本而引起的空气流动；大气压差是风产生的根本原因。原因。特性：特性：周期性周期性、多样性多样性、复杂性复杂性3二、风的能量与测量二、风的能量与测量1 1、产生能量的基本要素：、产生能量的基本要素：风具有一定的质量和速度。风具有一定的质量和速度。2 2、风能的一些主要特性参数：、风能的一些主要特性参数：如风能、风能密度、风速与风如风能、风能密度、风速与风级、风向与风频以及风的测量等。级、风向与风频以及风的测量等。1 1）风能：）风能：空气运动产生的动能称为空气运动产生的动能称为“风能风能”。2 2）风能密度）风能密度：单位时间内通过单位截面积的风能。单位时间内通过单位截面积的风能。3 3）风速与风级：）风速与风级：风速就是空气在单位时间内移动的距离，风速就是空气在单位时间内移动的距离，国际上的单位是米秒国际上的单位是米秒(m/s)或千米小时或千米小时(kmh)。分分13级级4 4）风向与风频：）风向与风频：通常把风吹来的地平方向定为风的方向，通常把风吹来的地平方向定为风的方向，即即风向风向。风频风频是指风向的频率，即在一定时间内某风向出是指风向的频率，即在一定时间内某风向出现的次数占各风向出现总次数的百分比，现的次数占各风向出现总次数的百分比，5 5）风的测量：）风的测量：风的测量仪器主要有风的测量仪器主要有风向器风向器、杯形风速器杯形风速器和和三杯轻便风向风速表三杯轻便风向风速表等。等。4三、风力资源三、风力资源 据理论计算，太阳辐射到地球的热能中约有据理论计算，太阳辐射到地球的热能中约有2被转被转变成风能，全球大气中总的风能量约为变成风能，全球大气中总的风能量约为10 14MW，其，其中蕴藏的可被开发利用的风能约有中蕴藏的可被开发利用的风能约有3.510 10 9 9MW，这，这比世界上可利用的水能大比世界上可利用的水能大10倍。倍。（一）世界风力资源分布（一）世界风力资源分布 根据世界能源理事会的有关资料，地球表面有根据世界能源理事会的有关资料，地球表面有27的地区年平均风速高于的地区年平均风速高于5ms(距地而距地而10m高高)。如将。如将这些地方用作风力发电场，则每这些地方用作风力发电场，则每km2的风力发电能力的风力发电能力最大值可达最大值可达8Mw，总装机容量可达，总装机容量可达24x1013w。据分析，实际上陆地面积中风力大于据分析，实际上陆地面积中风力大于5ms 的地区，的地区，其中仅其中仅4有可能安装风力发电机组。有可能安装风力发电机组。5世界风能资源评估世界风能资源评估6(二二)中国风力资源中国风力资源中国风能资源十分丰富，全国风能储量约中国风能资源十分丰富，全国风能储量约4.8 310 10 9 9MW，可，可开发利用的风能资源总量达开发利用的风能资源总量达2.53亿亿kw。在中国，风能资源主要分布在新疆、内蒙古等北部在中国，风能资源主要分布在新疆、内蒙古等北部地区和东部至南部沿海地带及岛屿。地区和东部至南部沿海地带及岛屿。1、风能最佳区：、风能最佳区：(1)东南沿海、山东半岛、辽东半岛以及海东南沿海、山东半岛、辽东半岛以及海上岛屿。上岛屿。(2)内蒙古、甘肃北部。内蒙古、甘肃北部。(3)黑龙江南部、吉林东部。黑龙江南部、吉林东部。2、风能较佳区：风能较佳区：(1)西藏高原中北部。（西藏高原中北部。（2）三北北部。）三北北部。(3)东东南沿海南沿海(离海岸线离海岸线2050kM)3 3、风能可利用区：、风能可利用区：(1)两广沿海。两广沿海。(2)大小兴安岭山区。大小兴安岭山区。3)东从辽河平原向西，过华北太平原经西北到最西端，左侧绕东从辽河平原向西，过华北太平原经西北到最西端，左侧绕西藏高原边缘部分，右侧从华北向南面淮讨、长江到南岭。西藏高原边缘部分，右侧从华北向南面淮讨、长江到南岭。7（三）风能的利用（三）风能的利用按照不同的需要，风能可以被转化成其他不同形式的能量，如机按照不同的需要，风能可以被转化成其他不同形式的能量，如机械能、电能、热能等，以实现械能、电能、热能等，以实现提水灌溉提水灌溉、发电发电、供热、风帆助航、供热、风帆助航等等功能。功能。21世纪风能利用的主要领域是世纪风能利用的主要领域是风力发电风力发电。81-2 风力发电设备风力发电设备一、组成：一、组成：风力发电机组包括两大部分；风力发电机组包括两大部分；一部分是一部分是风力机风力机，由它将风能转换为机械能；，由它将风能转换为机械能；另一部分是另一部分是发电机发电机，由它将机械能转换为电能。，由它将机械能转换为电能。二、分类：二、分类：1）根据它收集风能的结构形式及在空间的布置，可分为水平轴根据它收集风能的结构形式及在空间的布置，可分为水平轴式或垂直轴式。式或垂直轴式。2）从塔架位置上，分为上风式和下风式；从塔架位置上，分为上风式和下风式；3）还可以按桨叶数量，分为单叶片、双叶片、三叶片、四叶片还可以按桨叶数量，分为单叶片、双叶片、三叶片、四叶片和多叶片式。和多叶片式。4）从桨叶和形式上分，有螺旋桨式、从桨叶和形式上分，有螺旋桨式、H型、型、S型等；型等；5）按桨叶的工作原理分，则有升力型和阻力型的区别。按桨叶的工作原理分，则有升力型和阻力型的区别。6）以风力机的容量分，则有微型）以风力机的容量分，则有微型(1kW以下以下)、小型小型(110kW)、中型中型(10100kW)和大型和大型(100kw以上以上)机。机。91、水平轴力风机、水平轴力风机特点：特点：风力机的风轮轴与地面呈水平状态，称风力机的风轮轴与地面呈水平状态，称水平轴风力机。水平轴风力机。组成：组成：它一般内它一般内风轮增速器风轮增速器、调速器调速器、调向装调向装置置、发电机和、发电机和塔架塔架等部件组成，大中型风力等部件组成，大中型风力机还有机还有自动控制系统自动控制系统。图图应用：应用：这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦，这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦，是日前最具有灾际开发价值的风力机：是日前最具有灾际开发价值的风力机：类型：有类型：有传统风车传统风车、低速风力机低速风力机及及高速风力高速风力机机等等3大类型。大类型。10风力机的主要技术指标参数风力机的主要技术指标参数风轮直径，通常风力机的功率越大，直径越大；风轮直径，通常风力机的功率越大，直径越大；叶片数目，高速发电用风力机为叶片数目，高速发电用风力机为24片，低速风力片，低速风力机大干机大干4片；片；叶片材料，现代常采用高强度低密度的复合材料；叶片材料，现代常采用高强度低密度的复合材料；风能利用系数，一般为风能利用系数，一般为0.150.5之间；之间；启动风速，一般为启动风速，一般为35m/s;停机风速，通常为停机风速，通常为1535ms;输出功率，现代风力机一般为几百干瓦输出功率，现代风力机一般为几百干瓦几兆瓦；几兆瓦；发电机，分为直流发电机和交流发电机；发电机，分为直流发电机和交流发电机；另外还有塔架高度等等。另外还有塔架高度等等。11水平轴力风机图水平轴力风机图122、垂直轴风力机、垂直轴风力机特点：特点：凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风力凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风力机叫垂直抽风力机。机叫垂直抽风力机。形式有：形式有：如如s型、型、H型、型、型型等。等。应用：应用：虽然目前垂直轴风力机尚未大量商品虽然目前垂直轴风力机尚未大量商品化，但是它有许多特点，如不需大型塔架、化，但是它有许多特点，如不需大型塔架、发电机可安装在地面上、维修方便及叶片发电机可安装在地面上、维修方便及叶片制造简便等，研究日趋增多，各种形式不制造简便等，研究日趋增多，各种形式不断出现。各种形式的垂直轴风力机。断出现。各种形式的垂直轴风力机。13型风力机图型风力机图14三、风力发电系统及装置三、风力发电系统及装置(一一)风力发电机组的系统风力发电机组的系统组成组成 风力发电系统是将风能转风力发电系统是将风能转换为电能的机械、电气及换为电能的机械、电气及共控制设备的组合。共控制设备的组合。通常包括通常包括风轮风轮、发电机发电机、变速器变速器(小、微容量及特殊小、微容量及特殊类型的也有不包括变速器类型的也有不包括变速器的的)及有关及有关控制器控制器和和储能装储能装置置。15（二）调向机构（二）调向机构作用：作用：用来调整风力机的风轮叶片旋转平而与空气用来调整风力机的风轮叶片旋转平而与空气流动方向相对位置的机构。因为当风轮叶片旋转平流动方向相对位置的机构。因为当风轮叶片旋转平面与气流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机面与气流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机从流动的空气中获取的能量最大，因而风力机的输从流动的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率最大，所以调向机构又称为出功率最大，所以调向机构又称为迎风机构迎风机构(国外国外通称偏航系统通称偏航系统)。类型：类型：小型水平轴风力机常用的调向机构有小型水平轴风力机常用的调向机构有尾尾舵舵和和尾车尾车；风电场中并网运行的中大型风力；风电场中并网运行的中大型风力机则采用由机则采用由伺服电动机伺服电动机。16（三）发电机（三）发电机u微型及容量在微型及容量在10kW以下的小型风力发电机组，以下的小型风力发电机组，采用采用永磁式或自励式交流发电机永磁式或自励式交流发电机，经整流后，经整流后向负载供电及向蓄电池充电；向负载供电及向蓄电池充电；u容量在容量在l00kw以上的并网运行的风力发电机组，以上的并网运行的风力发电机组，则应用则应用同步发电机或异步发电机同步发电机或异步发电机：（四）升速齿轮箱（四）升速齿轮箱 作用：是将风力机轴上的低速旋转输入转变作用：是将风力机轴上的低速旋转输入转变为高速旋转输出，以便与发电机运转所需要为高速旋转输出，以便与发电机运转所需要的转速相匹配。的转速相匹配。17(五五)塔架塔架 水平抽风力发电机组需要通过塔架将其置水平抽风力发电机组需要通过塔架将其置于空中，以捕捉更多的风能。于空中，以捕捉更多的风能。类型：即由钢板制成的类型：即由钢板制成的锥形筒状塔架锥形筒状塔架和由和由角钢制成的角钢制成的桁架式塔架桁架式塔架。(六六)控制系统控制系统组成：组成：100kw以上的中型风力发电机组及以上的中型风力发电机组及1Mw以上的大型风力发电机组皆配有由以上的大型风力发电机组皆配有由微机或微机或可编程控制器可编程控制器(PLC)组成的控制系统来实现组成的控制系统来实现控制、自检和显示功能。控制、自检和显示功能。18控制系统主要功能：控制系统主要功能：按预先设定的风速值按预先设定的风速值(一般为一般为34ms)自动启动风自动启动风力发电机组力发电机组，并通过软启动装置将异步发电机并人，并通过软启动装置将异步发电机并人电网电网。借助各种传感器借助各种传感器自动检测风力发电机组的运行参数自动检测风力发电机组的运行参数及状态，及状态，包括风速、风向、风力机风轮转速、发电包括风速、风向、风力机风轮转速、发电机转速、发电机温升、发电机输出功率、功率因数、机转速、发电机温升、发电机输出功率、功率因数、电压、电流等以从齿轮箱轴承的油温、液压系统的电压、电流等以从齿轮箱轴承的油温、液压系统的油压等。油压等。当风速大干最大运行速度当风速大干最大运行速度(一般设定为一般设定为25ms)时实时实现现自动停机自动停机。故障保护故障保护。通过调制解调器与电话线连接通过调制解调器与电话线连接。19水平轴中大风力发电机组基本结构水平轴中大风力发电机组基本结构20四、大型并网型风力发电机组四、大型并网型风力发电机组类型类型：目前世界上比较成熟的并网型风力发电：目前世界上比较成熟的并网型风力发电机组多采用水平轴风力机，其形式多种多样机组多采用水平轴风力机，其形式多种多样常见的水平轴风力机类型有：常见的水平轴风力机类型有：单叶片式；双叶片式；三叶片式；单叶片式；双叶片式；三叶片式；多叶片风车式车