新技术讲座论文

新技术讲座论文 浅谈风力发电 风是一种潜力很大的新能源，十八世纪初，横扫英法两国的一次狂暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到伤害，二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论，风在数秒钟 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。 中国自主知识产权产品的介绍 二十世纪九十年代，我国的独立电源系统主要采用水平轴风力发电机和太阳能光伏系统来供应电力，主要应用于通信基站、边防哨所、海岛部队等特殊场合，主要是面向部队的一套后勤保障系统。经过一定时间的应用后，发现诸多问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。如台风期间的设备损坏严重;噪音大，影响人员正常休息;对通信设备的干扰，使得某些设备无法正常运转。这些问题的 各种风力发电设备(5张)发生使得部队正常通讯受到了影响。2001年，为了解决这些问题，召集相关单位展开讨论，作为部队通信产品配套厂家的上海模斯电子设备有限公司也受到了邀请。会后，经过一定时间的调研和研究，MUCE公司提出承担此项科研攻关的重任，得到了部队领导的同意，并下达指示，必须尽快拿出技术 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 并作出样机。 在西军电、西交大、上复旦、上同济等高校一批专家的配合下，上海模斯电子设备有限公司成功研制出了世界上第一台新型(H型)垂直轴风力发电机，并装机试验成功，获得了基础数据和实际经验。(这也成为了全球首台新型垂直轴风力发电机诞生日)在后续的一年里，MUCE对产品进 底产品通过了各项测试，并达到了各项设计要求。 2002行无数次改进和测试，2002年 年底至今，MUCE先后在部队安装了60多套垂直轴风力发电机和风光互补系统。 由深圳诚远公司生产的风光互补路灯供电系统是综合利用太阳能和风能的一种新兴的道路照明系统。单独的太阳能或风能供暖系统，由于受时间和地域的约束，很难全天候利用太阳能和风能资源。而太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性，白天光照强时风小，夜间光照弱时，风能由于地表温差变化大而增强，太阳能和风能在时间上的互补性是风光互补路灯供电系统在资源利用上的最佳匹配。该系统节能环保、可再生、取之不尽、用之不竭，必将成为今后替代其它道路照明系统成为主流。系统工作时，太阳能集热器收集太阳辐射能量发电(白天)，通过专用线路传入电力控制系统，蓄存、派发。风力发电机全天候使用风能，将风能转化成电能，再通过控制器整流，给蓄电池组充电。上海麟风风能科技有限公司是一家将会改变行业结构和产业格局的创新型风能科技公司，从2005年起开始进入上海， 对垂直轴风力发电机包括从空气动力学，到材料、结构、发电机等多方面进行系统研发，现已在垂直轴风力发电机这一世界级难题的项目中取得突破。2007年12月28日迁入上海市金山工业区进行规模化生产。上海麟风200瓦、300瓦、500瓦、1000瓦、3000瓦和10千瓦的产品已经开始规模化销售，超小型10瓦机型已完成样机制作并通过风洞实验，进入规模化销售阶段，同时开始已经开始设计、制造可变“攻角”50千瓦风机，并着手500千瓦和1000千瓦产品机构设计。 全球风电市场状况 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能 约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。 随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。自2004年以来，全球风力发电能力翻了一番，2006年至2007年间，全球风能发电装机容量扩大27%。2007年已有9万兆瓦，这一数字到2010年将是16万兆瓦。预计未来20-25年 2008年以来，国内风电建设的热潮达到了白热化的程度。2009年，中国(不含台湾地区)新增风电机组10129台，容量13803.2MW，同比增长124%;累计安装风电机组21581台，容量25805.3MW。2009年，台湾地区新增风电机组37台，容量77.9MW;累计安装风电机组227台，容量436.05MW。 风力发电机原理 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。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。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;我国也在西部地区大力提倡。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。 风力发电机结构 1.机舱:机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。2.转子叶片:捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。3.轴心:转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。 4.低速轴:风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。5.齿轮箱:齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。高速轴及其机械闸:高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。6.发电机:通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。偏航装置:借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风力发电机偏航。通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。7.电子控制器:包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障(即齿轮箱或发电机的过热)，该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。8.液压系统:用于重置风力发电 机的空气动力闸。9.冷却元件:包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。10.塔:风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。 风速计及风向标:用于测量风速及风向。 尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类:?水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行;?垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。 水平轴风力发电机:水平轴风力发电机科分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢。对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。大多数水平轴风力发电机具有对风装置，能随风向改变而转动。对于小型风力发电机，这种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电机，则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机，风轮在塔架后面的则成为下风向风机。水平轴风力发电机的式样很多，有的具有反转叶片的风轮，有的再一个塔架上安装多个风轮，以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本，还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。 垂直轴风力发电机:垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置;S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。 达里厄式风轮:是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。在20世纪70年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。 达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。现在有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。马格努斯效应风轮，由自旋的圆柱体组成，当它在气流中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔，通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增加速度，偶写还利用太阳能或者燃烧某种燃料，是水平气流变成垂直方向的气流。 径流双轮效应风轮:径流双轮效应或叫双轮效应是一种新型风能转化方式。首先它是一种双轮结构，相对于水平轴流式风机，它是径流式的，同已有的立轴式风机一样都是沿长轴布设桨叶的，直接利用风的推力旋转工作的,单轮立轴风轮因轴两侧桨叶同时接受风力而扭矩相反，相互抵消，输出力矩不大。设计为双轮结构并靠近安装，同步运转，就将原来的立轴力矩输出对桨叶流体力学形状的依赖进而改变为双轮间的利用转动产生涡流力的利用，两轮相互借力，相互推动;而对吹向两轮间的逆向风流可以互相遮挡，进而又依次轮流将其分拨于两轮的外侧，使两轮外侧获得有叠加的风流，因此使双轮的外缘线速度可以高于风速，双轮结构的这种互相助力，主动利用风力的特点产生了“双轮效应”。相比有些单轮式结构风机中采用外加的遮挡法、活动式变桨矩等被动式减少叶轮回转复位阻力的设计，体现了积极利用风力的特点。因此这一发明的不仅具有实用作用，促进风力利用的研究和发展，而且具有新的流体力学方面的意义。它开辟了风能发展的新空间，是一项带有基础性质的发明，这种双轮风机具有的设计简捷，易于制造加工，转数较低，重心下降，安全性好，运行成本低，维护容易，无噪音污染等明显特点，可以广泛普及推广，适应中国节能减排需求，大有市场 前景。 随着电力电子技术的发展，双馈型感应发电机(Double-Fed Induction Generator)在风能发电中的应用越来越广。这种技术不过分依赖于蓄电池的容量，而是从励磁系统入手，对励磁电流加以适当的控制，从而达到输出一个恒频电能的目的。双馈感应发电机在结构上类似于异步发电机，但在励磁上双馈发电机采用交流励磁。我们知道一个脉振磁势可以分解为两个方向相反的旋转磁势，而三相绕组的适当安排可以使其中一个磁势的效果消去，这样一来就得到一个在空间旋转的磁势，这就相当于同步发电机中带有直流励磁的转子。双馈发电机的优势就在于，交流励磁的频率是可调的，这就是说旋转励磁磁动势的频率可调。这样当原动机的转速不定时，适当调节励磁电流的频率，就可以满足输出恒频电能的目的。由于电力电子元器件的容量越来越大，所以双馈发电机组的励磁系统调节能力也越来越强，这使得双馈机的单机容量得以提高。 例:四级变速风力发电机原理 多级变速风力发电机主要由2台发电机(发电机1和发电机2)、控制系统和变速机3部分组成，其技术原理如图1所示。大功率的发电机2的定子绕组与电网连接，向电网输送频率为ft的工频电流，转子绕组经控制系统与小功率的发电机1的定子绕组相连[1]。 大功率的发电机2只有在风速较大(风机输入功率较大)时才和变速机联接运行。发电机2输出的电流频率不仅和转子的机械转速有关，还和输入转子绕组的电流频率有关，具有将转子的机械旋转频率和转子绕组电路的电流频率“相加”的功能，其定子绕组输出“频率相加”后的电流，这一特点简称为“合频”特性。 根据“合频”特性，在图1两台电机组合发电中，发电机2定子绕组输出的电流频率、发电机1定子绕组输出的电流频率和电机转子的机械旋转频率应符合如下关系[3]: f1= P1×fn1 ft= P2×fn2 + P1×fn1 (1) 式中:ft——发电机2定子绕组输出的电流频率，与电网频率相同; P2——发电机2的极对数; fn2——发电机2的转子机械旋转频率; P1——发电机1的极对数; fn1——发电机1的转子机械旋转频率。 只要设计和控制好P1，fn1，P2，fn2这4个参数，完全可以使发电机2输出的电流频率保持为电网频率或其他所需频率，这4个参数主要由变速机机械变速和改变发电机极对数来实现。因此，利用发电机2“合频”特性，通过变速机机械变速和改变发电机极对数，可实现风速变化时风力机在多级风轮转速下能输出恒定频率的电能，以提高风能的利用率。 由式(1)知，增加电机极对数，可降低机械旋转频率，相应降低转子及齿轮转速，改善润滑条件，减少维护费用。[4]小功率的发电机1的额定功率约为发电机2额定功率的1/4，其电机极对数一般可以变化。当风速较小时，变速机只带动发电机1工作，发电机2脱开与变速机的连接停止工作，发电机1发出的电流经控制系统切换，直接输到电网或其他电路，由此提 高了发电机发电效率，延长了大功率发电机2的寿命;当风速较大(风机输入功率较大)时，2台发电机经变速机带动都发电工作，且发电机1发出的电流经控制系统输入到发电机2的转子绕组电路进行“合频”，结合变速机机械变速、改变电机极对数等方法，使风力发电装置输出的电流频率仍保持电网频率。 控制系统主要起到电流切换、改变电机极对数、控制发电机1输向发电机2的电流频率等参数、控制发电机2转子电路电阻值等作用。改变电阻值可控制电机的滑差率，使得风速及风轮转速在小范围变化时发电机发出的电流频率仍保持恒定[4]。 结论:四级变速风力发电技术利用改变发电机极对数及大小2个发电机的相互配合，达到在4个风速点都能实现风能最大利用，根据统计如果变速恒频风力发电在整个工作风速范围内风能利用量为1个单位，则四级变速风力发电风能利用量能达到80%左右，恒速恒 频风力发电风能利用量约为40%。而且与传统发电技术比还有其他优点，相比恒速恒频发电机系统的增速箱，多级变速风力发电的变速器为低速变速箱，降低了润滑要求，减少了维护费用;由于风速不大、风机输入功率较小时，只有小功率发电机2起发电作用，不存在“大功率发小电”现象，提高了发电机的效率，延长了大功率发电机1的寿命。 风力发电的优缺点 优点1、清洁，环境效益好;2、可再生，永不枯竭;3、基建周期短;4、装机规模灵活。 缺点1、噪声，视觉污染;2、占用大片土地;3、不稳定，不可控;4、目前成本仍然很高。5、影响鸟类。 风力发电的输出 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。 通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在 中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。2009年该行业的利润总额将保持高速增长，经过2009年的高速增长，预计2010、2011年增速会稍有回落，但增长速度也将达到60%以上。风电发展到目前阶段，其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。风电的优势在于:能力每增加一倍，成本就下降15%，近几年世界风电增长一直保持在30%以上。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。因此风电开始成为越来越多投资者 的逐金之地。 参考文献: [1]倪受元，风力发电讲座(第三讲)风力发电用的发电机及其机构[J].太阳能，2000(4):12-17。 [2]陈忠维，胡晓珍，徐献忠，顾平灿，多级变速风力发电技术[J].可再生能源，2006(6):84-87。 [3]彭晓，杨向宇，石安乐，无刷双馈电机的原理与结构特征[J].湖南工程学院学报，2002，12(3):1-4。 [4]孙明伦，600 kW/125 kW风力发电机的优化设计[J].上海大中型电机，2003 (3):6-7。