[电气精品] 风力发电技术研究 毕业论文

[电气精品] 风力发电技术研究 毕业论文 () 论文题目: 风力发电技术研究 学生姓名: 学号 7 专业: 热动 二〇一一 年八月 (摘要) 风力发电技术研究 摘 要 风力发电是目前成本最接近常规电力、发展前景最大的可再生能源发电，受到世界各国的重视。近年来，我国风力发电市场快速发展，迫切需求风力发电技术的同步发展。本文对我国风力发电技术进行了简单的阐述，主要叙述了风况预测技术、风力发电储存技术、互补发电系统、风力发电设计制造技术、风力发电并网技术，指出了我国风力发电技术的光明前景。 关键词:风能;风力发电;电能储存;互补发电系统;并网 I (摘要) Wind Power Technology ABSTRACT The cost of wind power is currently the closest to conventional power, promising the largest renewable energy generation by the world's attention. In recent years, the rapid development of China's wind power market, the urgent needs of the simultaneous development of wind power technology. In this paper, China's wind power generation technology was a simple exposition of the major forecasting techniques described wind conditions, wind power generation storage technology, hybrid power systems, wind power design and manufacturing technology, wind power and network technology, that .our bright future of wind power technology Keywords: Wind energy; wind power; energy storage; solar power generation system; grid II (目录) 目 录 中文摘要……………………………………………………………………………………..? ABSTRACT………………………………………………………………………………….? 1( 绪论………………………………………………………………………………………1 1. 1 本课题的研究背景及意义……………………………………………………………...1 1. 2 本课题的主要研究现状………………………………………………. ……. …………2 1. 3 本课题的研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ………………………………………………. ……………………..5 2(相关设备介绍……………………………………………………………………………10 3(运行中遇见的问题和解决方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 3. 1独立运行的风力发电系统运行中晕倒的问题机解决方法.............................................14 3. 2并网运行的风力发电系统运行中遇到的问题及解决方法„„„„„„„„„„„14 4(结论………………………………………………………………………………………...15 参考文献………………………………………………………………………………….16 致谢………………………………………………………………………………………..17 III (论文) 1. 绪论 ) 1.1 课题研究背景及意义 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。 风是一种潜力很大的新能源，人们也许还记得，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，风在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦;一马力等于0(75千瓦)的功率!有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，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三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。 利用风力发电的尝试，早在本世纪初就已经开始了。三十年代，丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用，它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。不过，当时的发电量较低，大都在5千瓦以下。 目前，据了解，国外已生产出15，40，45，100，225千瓦的风力发电机了。1978年1月，美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成的200千瓦风力发电机，其叶片直径为38米，发电量足够60户居民用电。而1978年初夏，在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置，其发电量则达2000千瓦，风车高57米，所发电量的75%送入电网，其余供给附近的一所学校用。 1979年上半年，美国在北卡罗来纳州的蓝岭山，又建成了一座世界上最大的发电用的风车。这个风车有十层楼高，风车钢叶片的直径60米;叶片安装在一个塔型建筑物上，因此风车可自由转动并从任何一个方向获得电力;风力时速在38公里以上时，发电能力也可达2000千瓦。由于这个丘陵地区的平均风力时速只有29公里，因此风车不能全部运动。据估计，即使全年只有一半时间运转，它就能够满足北卡罗来纳州七个县1%到2%的用电需要。 第1页 (论文) 风力发电对于中国具有巨大的意义:燃煤发电一直是我国电力供应的主体。虽然我国煤炭产量占世界总产量36.5%，但煤炭储量只占世界总储量的13%，煤炭发电能否满足我国经济的快速发展，仍是个很大的问题。需要指出的是，煤炭发电对环境的污染有着很大的影响。国家环境保护总局指出，2002年燃煤电厂二氧化硫排放量达到666万吨，占全国排放总量的34.6%。严格控制燃煤电厂二氧化硫排放对实现全国二氧化硫总量控制目标至关重要。从近年来的发展情况来看，在保持经济发展持续增速的条件下，我国的石油使用量每年有将近八千万吨的进口量。中国2004年新投产的电力装机容量破世界纪录，但同时全国却仍然发生大范围拉闸限电现象。形成这种巨大反差的基本原因是，快速增长的电力供给赶不上更快速增长的电力需求。 在我国，风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。这些地区缺少煤炭及其他常规能源，并且冬春季节风速高，雨水少;夏季风速小，降雨多，风能和水能具有非常好的季节补偿作用。另外在我国内陆地区，由于特殊的地理条件，有些地区具有丰富的风能资源，适合发展风电，比如江西省鄱阳湖地区以及湖北省通山地区。沿海发达地区和西北地区都是我国风能资源分布的丰富区。如果能够充分开发地区的风能优势，则风力发电正好可以弥补东南沿海经济发达地区电力短缺的难题。在西北经济落后地区发展风电，既可以提高当地人民生活水平，又可以增加就业并向经济发达地区卖电，提高地方经济发展速度。 此外，制约我国风力发电产业发展的关键问题是缺少高效率的兆瓦级的大型风力发电机组设备。建设风电场所需兆瓦级发电机组全部需要从国外进口，而设备成本占去了风能发电的80%，风力发电机组成本过高制约了风电产业的发展。目前国际上流行的兆瓦级风电机组虽然已有一定的成熟经验和技术，但仍存在较大的缺陷，主要问题是:设计不合理、体积大成本高、转数高故障多、运营成本高，特别不适合发展中国家采用。 为此，大力开发国产风电技术，规模化生产高效率的兆瓦级风力发电机组、大幅度降低风电机组成本，对发展我国风电产业、开发利用我国的风力资源、保护环境、缓解和解决能源紧张等问题，具有重要的意义。 1.2 课题研究现状 发展可再生能源已经是大势所趋。主要发达国家、发展中国家，都已经将发展风能、太阳能等可再生能源作为应对新世纪能源和气候变化双重挑战的重要手段。然而，除水能之外的所有可再生能源中，风能无疑是世界上公认的最接近商业化的可再生能源技术之一——与太阳能、生物质能相比，风能的产业化基础最好，经济性优势最明显，而且不存在 第2页 (论文) 生物质能所面临的资源约束，另外也没有任何大的环境影响，在可预见的时间内(2030—2050年)，都将是最有可能大规模发展的能源资源之一。 在不考虑常规电力的环境成本情况下，根据目前的风电技术水平，风电成本仍高于常规电力成本，因此许多国家采取了诸如价格、市场配额、税收等各种激励政策，从不同的方面引导和支持风电的发展。例如，德国和西班牙等欧洲国家采用的长期保护性电价政策，为风电和其他可再生能源开发商提供担保的上网电价，并要求电力公司与风力发电开发商签署长期购电 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 ;英美等国主要采取可再生能源配额制政策，规定在总电力供应量中可再生能源应达到一个目标数量，从而为风电建立稳定的需求市场等，同时规定达标责任人;风电价格由市场决定，该政策与政府的发展规划结合，形成一个持续性的政策机制;另外，建立公共效益基金，支持风力发电的发展，该基金是风能和其他可再生能源发展的一种融资机制，通常采用电费加价的方式来筹集，此政策被许多国家采用;此外，美国有些州还采取生产税减免，减少风电开发的成本;荷兰采取绿电交易的方式，从不同的角度引导和支持风电的发展。总之，鼓励风电的发展政策有很多种，这些政策的力度和范围也有所差别，但这些政策都明确表明风电不参与市场的竞争，从而给风电以非常规的待遇。而且，在气候变化压力不断加大的情况下，发展以风电为代表的可再生能源，已成为各国应对未来能源和气候变化压力的长期策略。 在政策的鼓励下，2007 年全球风电新装机容量约为2 000 万千瓦，累计装机 9 400 万千瓦。 2008 年是风电发展具有标志性的一年:这一年风电成为非水电可再生能源中第一个全球装机超过1亿千瓦的电力资源。风电作为能源领域增长最快的行业，共为全球提供了近 20 万个就业机会，仅 2006 年风电场建设投资就接近 170 亿欧元。欧洲和美国在风电市场中占统治地位，其中德国是目前风电装机最大的国家，装机容量超过2 000万千瓦;美国和西班牙也都超过了1 000 万千瓦;印度是除美国和欧洲之外新装机容量最大的国家，装机总容量也超过 600 万千瓦。 经过 30 年的努力，随着市场不断扩展，风电的成本也大幅度下降，每千瓦时风电成本由20 世纪80年代初的20 美分下降到 2007年的4,6美分。在风能资源较好的地方，风电完全可以和燃煤电厂竞争，在某些地区甚至可以与燃气电力匹敌。值得注意的是，在经济性不断改善以及多重政策激励作用下，欧洲2007年新增电源中风电首次超过天然气发电，成为第一大电源(图 1-1);美国2007年新增的风电装机也仅次于气电，位居第二。尽管发展风电仍然存在着这样那样的难度，如电网适应能力、风能资源预报水平、海上风电发展等，但在市场稳步扩大、技术和产业成熟度不断提升、与常规能源相比的经济 第3页 (论文) 性优势逐步凸显，特别是政策环境前景非常明朗的情况下，世界各国都对风电发展充满了信心。例如，欧美都公布了 2030 年风电发展目标，提出了 2030 年风电满足 20% 甚至更多电力需求的宏大目标，届时都将发展约 3 亿千瓦的规模，这也为全球风电的长期发展定下了基调。国际能源署(IEA) 2008年颁布的《2050年能源技术情景》判断，2010 —2050年，全球风电平均每年增加7 000万千瓦，风电将成为一个庞大的新兴电力市场。 随着风电技术的日趋成熟，依靠风力发电来增加能源供应的方式越来越受到世界各国的青睐。以欧美等发达国家为代表，全球风电呈现出 了 规 模 化 发 展 态 势 。 据 全 球 风 能 理 事 会(GWEC)统计资料，2007年全球新增风电装机容量 2 000 万千瓦，分布在全球 70 多个国家和地区，其中，排在前五位的是美国(520 万千瓦)、西班牙(350万千瓦)、中国(330万千瓦)、印度(170 万千瓦)、德国(166 万千瓦)。在欧洲和美国，新增风电装机容量在近几年成为仅次于新增天然气发电装机容量的第二大新增电源。此外，2007 年，英国、意大利、法国、葡萄牙、波兰、埃及、摩洛哥、伊朗、智利、新西 MW 25 000 兰等国家在发展风电方面也有很好的表现。 2003 — 2007 年，全球风电平均增长率为 24.7%，总装机容量目前累计达到9 400万千瓦。 2007年，全球大约生产了 2 000亿千瓦时风电电力，约占全球电力供应的 1%。按照累计风电装机容量数据排名，全球前十个国家依次是:德国(2 230 万千瓦)、美国(1 690 万千瓦)、西班牙(1 470 万千瓦)、印度(780万千瓦)、中国(590 万千瓦)、丹麦(310 万千瓦)、意大利(270万千瓦)、法国(250万千瓦)、英国(240 万千瓦)和葡萄牙(220万千瓦);前十名国家累计装机容量 8 100 万千瓦，占全球的 86%。 第4页 (论文) 1.3 课题研究内容 空气的流动形成了风，风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源，也是一种巨大的、无污染、永不枯竭的可再生能源。风能的特点是具有随机性并随高度的变化而变化。几千年来，风能一直被用来作为碾磨谷物、抽水、船舶等机械设施的动力。但是风能的主要应用是风力发电:风力发电是通过风力发电机组实现风能到机械能，再到电能的转换。 与传统能源相比，风力发电不依赖矿物能源，没有燃料价格风险，发电成本稳定，也没有包括碳排放等环境成本。近年来，我国风力发电市场快速发展，迫切需求风力发电技术的同步发展。 风况预测技术 风电输出功率预测是确保电网平衡风电波动，减少备用容量和经济运行的重要技术保障。风电输出功率与风速大小有关，因此风电输出功率预测主要集中在风况预测。风能不仅随季节变化，而且每年也有变化，原则上完全预测风况是不大可能的。 风况有效预测是国际风能界正在从事的一项具体工作。风况预测方法主要有基于风况观测数据和气象模拟两种方法。利用风况观测数据方法预测风况时，主要是利用线性或非线性风况预测模型来预测。而利用风况观测数据预测风况时可能存在持续时间比较长。精度低等问题，所以不能只依靠风来观测，进年来，随着气象预报技术的发展和进步，利用气象模拟进行预测已经成为现实。利用气象模拟进行预测风况的技术，目前已被用于风力发电的 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ，实施和运用的每一阶段。这种风况预测方法已经成为风力发电选址及制定风力发电系统稳定性的重要工具。 风力发电储存技术 第5页 (论文) 在风力发电系统中，应用蓄能技术是解决风能不稳定性和负荷峰谷比问题的极为有效的措施，将富裕的风能储存起来，以满足负荷高峰时需求，同时风能存储装置还能尽量减少存储一转换过程中的能量损失。目前，经济可行的风能储存技术的研究在国内外理论界、工程界得到了越来越广泛的重视。下面将介绍比较常用的风能储存方式。 (1)新型电池储能技术 由风能转换的电能采用电池来存储是风能存储方式中最简单的方法。在中小型单独运行的风力发电机常需配备蓄电池储能，以应对风况、载荷的变化。目前该存储方式主要有铅酸电池(Lead-Acid Battery)、钠硫电池(NaS Battery)、钒电池全称为全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery，缩写为VRB)、镍镉电池(Ni-Cd Batte ry)、锂离子电池(Li-ion Battery)等。 (2)水利蓄能技术 在水资源充足并有大容量高位水箱或水库的情况下，可用风能来驱动水泵，从而构成一个水利蓄能系统。当风能过量时，风力机带动水泵把水从低水位抽到高水位。当风能减 小或电网中的功率不足时，就可采取存储的水利势能。采用水力涡轮发电机发电。 (3)压缩空气蓄能技术 压缩空气蓄能(CAES)是一种适用于缺水干旱地区风能储存的新型蓄能方式。在电力负载较小时，将风力发电机组提供的多余电能通过电动机带动空气压缩机，将空气压缩后储存到容量大、强度高的金属容器或地下岩盐矿内的岩洞或挖掘的岩石洞或现存的矿洞内;在电力负荷达到高峰、风小或无风时再释放存储的压缩空气作为动力，带动涡轮机实现发电。 (4)飞轮蓄能技术 飞轮蓄能是一种容量有限、存储时间较短、可适应于大容量发电机的蓄能方式。在风力机与发电机之间安装一个飞轮，利用飞轮旋转时的惯性储能。当风速高时，风能以动能的形式储存于飞轮中;当风速低时，储存在飞轮中的动能即可带动发电机发电。飞轮蓄能包括高速飞轮蓄能和超高速飞轮蓄能方式。超高速飞轮蓄能的转速是高速飞轮的10倍以上，具有更好的蓄能能力，是今后研究的重点。飞轮蓄能系统需附带必要设备来降低飞轮的风损失和轴承损失，可见对飞轮和轴承等零部件的材料提出了更高的要求。 (5)氢能存储技术 氢能存储技术即电解水制氢储能技术，在电力负载减小时，将风力发电多余下来的电能用来电解水，使氢和氧分离制备氢气，把氢作为燃料储存起来，需要时再把氢和氧在燃 第6页 (论文) 料电池中进行反应产生电能。 互补发电系统 互补发电系统是风能和太阳能等两种或多种以上能源组合起来的复合发电系统。其作用是在弱风时，由太阳能等补充电力，这样两种或多种能源组合起来得到的电力更稳定。也降低了发电成本。常见的互补发电系统有风光互补发电系统、风水互补发电系统、风气互补发电系统、风柴互补发电系统、风能和生物能互补发电系统等。下面针对我国的实际情况，分别介绍以上几种互补发电系统。 (1)风光互补发电系统 我国地域辽阔，风能资源丰富，风能资源受地理位置、季风、地形等因素的影响。我国属于季风气候区，一般冬季风大，太阳辐射小;夏季风小，太阳辐射大。风能和太阳能正好可以相互补充利用，采用风光互补发电系统可以很好的克服风能和太阳能提供能量的随机性和间歇性的缺点，实现连续供电。 风光互补发电系统特别适应于风能和太阳光资源丰富的地区，如:草原、海岛、沙漠、山区、林场、渔排、渔船等地区;风光互补发电系统还可用于城市的住宅小区和环境工程，如照明路灯、庭院、草坪、景观灯、广场、公园、公共设施、广告牌等。 (2)风水互补发电系统 风水互补发电系统是风能和水能相互结合的一种互补发电系统，当风电场对电网的出力随机波动时，水电站可迅速调节发电机的出力，对风电场出力进行补偿。另外，在资源分布上二者具有天然的时间互补性。在我国西藏、青海、新疆和内蒙古等部分地区，夏秋季节风速较小，风电场的出力较低，而这时候正是雨量充足的时候，水电站可以承担相应的负荷。到了冬春季节，水库的水位较低，水电站的出力不足，而这时风电场的风速较大，能够承担更多的负荷。 (3)风气互补发电系统 风气互补发电系统即指风电燃气轮机发电的互补系统。通过具有快速启停和快速负荷调节特性的燃气轮机电站来补偿风电场出力的波动，使得整个系统的出力在一段时间内有稳定的输出的一种互补发电系统。目前，风气互补发电系统在新疆已得到了较好的应用。 (4)风柴互补发电系统 风,柴互补发电系统指的是利用柴油发电机(内燃机)和风力发电机组成的互补发电系统，主要是用于解决孤岛等偏僻地区的供电。 (5)风能和生物能互补发电系统 第7页 (论文) 风能和生物能互补发电系统是风能和生物能互相结合发电的一种互补发电系统。生物能和风能或者太阳能等其他可再生能源不同的是可以通过燃料形式储存起来，与负载相对应，可以通过人为的改变发电量。利用风能和生物能互补发电系统不仅可以提供稳定的电力输出，还可以避免地球温暖化，因此这种发电系统是,种非常有前景的互补发电系统。 当然互补发电系统还可以有多种以上的能源组合起来，如:风,光,柴互补发电系统、风能、太阳能和生物能互补发电系统等，这都是值得研究的互补发电系统。 风力发电设计制造技术 风力发电技术中，风电机组设备和零部件设计制造技术是其中的关键。风电机组研发着重在风电机组总体设计与仿真软件试验系统方面的研究，目前，已经开发了风力发电机组总体设计eWind软件应用系统，以进行风力发电机组设计的分析、计算和校核验证。 风电机组零部件的设计主要集中在叶轮的设计，而叶轮的关键则是叶片。叶片的形状和大小要符合流体力学特性并根据强度计算后得到的结构设计制作，已开展了先进翼型族的设计、实验与应用的研究。在翼型设计技术，数值模拟技术，风洞实验技术，数据库建立，翼型数据三维修正及在叶片设计中的应用都取得了较好的效果。但是，叶片制造过程中的智能化加工技术水平还有待于进一步提高。 风力发电机组的发展趋向大型化，与之相伴大型叶片的开发制作也随之发展。而叶片的大型化必须是在性能提高的同时尽量减少叶片重量，因此，在追求性能的同时要注意叶片材料的选择。用于制造叶片的材料必须强度高、重量轻，并且在恶劣气象条件下物理、化学性能稳定。叶片的材料主要在铝合金、不锈钢、木材、玻璃纤维树脂基复合材料、碳纤维树脂基复合材料等中选择。而大型风力发电机组的叶片基本上采用玻璃纤维树脂基复合材料、碳纤维树脂基复合材料等。目前，叶片设计与检测方面研究了1.5MW风力机叶片的气动与结构设计，开发设计适合我国风能资源和环境条件特点的大尺寸预弯式叶片。 风力发电并网技术 由于风能的不稳定性，中小型风力发电机一般采用直流发电系统并配合蓄能器或与其他发电装置互补运行的方式，以满足离散区域的稳定供电需求;而大型风力发电机大多采用直接或间接并网运行向外界输出电能。 由于发电机并网过程是一个瞬变过程，它受制于并网前的发电状况，影响并网后发电机的运行和电网电能质量，在并网运行方式中主要解决的是并网控制和功率调节问题。在大规模风电运行要求电网提高接纳风电承受能力的同时，电网为了维持自身的稳定性，也向并网风电机提出了更高的技术要求。并网问题的根源在于风能自然具有随机性及不可控 第8页 (论文) 性带来的风电出力的波动性。 解决并网问题的可能方向主要在以下两方面:一是“非并网”风力发电系统采用近距离直接利用，避免对电网的冲击。二是减少风电的波动性。在风电系统方面，发展变桨变速式功率调节等驱动技术;在风电场方面。发展先进的整体控制技术和输出功率短期预测技术;在系统集成方面，推动探索研究风电储能系统技术及风能与其他能源系统互补技术;在电网方面，发展智能电网，发展大规模低电压穿越技术，使其具有适应所有电源种类和电能储存的方式。 随着科技的进步，人类对风能的认识不断深化，风力发电具有极大的潜力可以部分满足剧增的全球能源需求。风电是目前成本最接近常规电力、发展前景最大的可再生能源发电品种，受到世界各国的重视。我国的风力发电技术自20世纪70年代起步，在大型风电机组的自主研发、风电机组及零部件的检错手段、风电机组认证体系等方面都和世界先进国家还存在较大的差距，但是经过几个五年计划的科技攻关，我国在风电机组整机及零部件制造技术、风电接入系统仿真技术、风电场选择及建设技术等方面都取得了长足的进步。同时，我国已开始发展近海风能资源的近海风电机组和风电场技术。可以预测，随着风电产业和技术的快速发展，风力发电将成为我国可再生能源中极具规模化开发条件和商业化发展前景的一种新能源，是成本最低的温室气体减排 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 之一。 第9页 (论文) 2(课题相关设备介绍 基本原理和部件组成如下: 风电场设备包括风电机组、输变电装置和集中监控系统等，后两种是通用的电力和控制设备。由于风速变化的随机性，风电机组又常年在野外运行，承受极为复杂恶劣的交变载荷，目前风电机组的运行寿命按20年设计，要求能经受住60m/s的二级暴风雨袭击，代表机组可靠性的可利用率要达到0.95以上，并能够无人值班运行。而且由于风的能量密度小，需要庞大的机体，如当前600kw-750kw主力机型，风轮直径和塔架高度都达到40m-50m。综合上述，对风力发电机组材质要求高，设计和制造难度大。 风电机结构 机舱:机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。机舱上安装有散热器，用于齿轮箱和发电机的冷却;同时，在机舱内还安装有加热器，使得风电机组在冬季寒冷的环境下，机舱内保持在10?以上的温度。 第10页 (论文) 转子叶片:捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上，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。 轴心:转子轴心附着在风电机的低速轴上。 低速轴:风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。 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，或风电机被维修时。 发电机:通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上，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。图中显示了风电机偏航。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。 第11页 (论文) 电子控制器:包含一台不断监控风电机状态的计算机，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电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。 液压系统:用于重置风电机的空气动力闸。 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。一些风电机具有水冷发电机。 塔:风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。 风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与你通常看到的，电网上的发电设备相比，有点不同。原因是，发电机需要在波动的机械能条件下运转。 大型风电机(100-150千瓦)通常产生690伏特的三相交流电。然后电流通过风电机旁的变压器(或在塔内)，电压被提高至一万至三万伏，这取决于当地电网的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 大型制造商可以提供50赫兹风电机类型(用于世界大部分的电网)，或60赫兹类型(用于美国电网)。 冷却系统 发电机在运转时需要冷却。在大部分风电机上，发电机被放置在管内，并使用大型风扇来空冷;一部分制造商采用水冷。水冷发电机更加小巧，而且电效高，但这种方式需要在机舱内设置散热器，来消除液体冷却系统产生的热量。 启动及停止发电机 如果你通过弹开一个普通开关，将大型风电机发电机与电网连接或解开，你很可能会损毁发电机、齿轮箱及邻近电网。 发电机电网的设计 风电机可以使用同步或异步发电机，并直接或非直接地将发电机连接在电网上。直接电网连接指的是将发电机直接连接在交流电网上。非直接电网连接指的是，风电机的电流通过一系列电力设备，经调节与电网匹配。采用异步发电机，这个调节过程自动完成。 转子叶片 第12页 (论文) 风电机转子叶片看起来像航行器的机翼。实际上，转子叶片设计师通常将叶片最远端的部分的横切面设计得类似于正统飞机的机翼。但是叶片内端的厚轮廓，通常是专门为风电机设计的。为转子叶片选择轮廓涉及很多折衷的方面，诸如可靠的运转与延时特性。叶片的轮廓设计，即使在表面有污垢时，叶片也可以运转良好。 转子叶片的材质 大型风电机上的大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料(GRP)制造。采用碳纤维或芳族聚酰胺作为强化材料是另外一种选择，但这种叶片对大型风电机是不经济的。木材、环氧木材、或环氧木纤维合成物目前还没有在转子叶片市场出现，尽管目前在这一领域已经有了发展。钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题，他们目前只用在小型风电机上。 风电机齿轮箱 为什么要使用齿轮箱, 风电机转子旋转产生的能量，通过主轴、齿轮箱及高速轴传送到发电机。 为什么要使用齿轮箱,为什么我们不能通过主轴直接驱动发电机, 如果我们使用普通发电机，并使用两个、四个或六个电极直接连接在50赫兹交流三相电网上，我们将不得不使用转速为1000至3000转每分钟的风电机。对于43米转子直径的风电机，这意味着转子末端的速度比声速的两倍还要高。另外一种可能性是建造一个带许多电极的交流发电机。但如果你要将发电机直接连在电网上，你需要使用200个电极的发电机，来获得30转每分钟的转速。另外一个问题是，发电机转子的质量需要与转矩大小成比例。因此直接驱动的发电机会非常重。 使用齿轮箱，你可以将风电机转子上的较低转速、较高转矩，转换为用于发电机上的较高转速、较低转矩。风电机上的齿轮箱，通常在转子及发电机转速之间具有单一的齿轮比。对于600千瓦或750千瓦机器，齿轮比大约为1比50。 风电机偏航装置 风电机偏航装置用于将风电机转子转动到迎风的方向。 偏航误差 当转子不垂直于风向时，风电机存在偏航误差。偏航误差意味着，风中的能量只有很少一部分可以在转子区域流动。如果只发生这种情况，偏航控制将是控制向风电机转子电力输入的极佳方式。但是，转子靠近风源的部分受到的力比其它部分要大。一方面，这意味着转子倾向于自动对着风偏转，逆风或顺风的汽轮机都存在这种情况。另一方面，这意 第13页 (论文) 味着叶片在转子每一次转动时，都会沿着受力方向前后弯曲。存在偏航误差的风电机，与沿垂直于风向偏航的风电机相比，将承受更大的疲劳负载。 偏航机构 几乎所有水平轴的风电机都会强迫偏航。即使用一个带有电动机及齿轮箱的机构来保持风电机对着风偏转。本图显示的是750千瓦风电机上的偏航机构。我们可以看到环绕外沿的偏航轴承，及内部偏航马达及偏航闸的轮子。几乎所有逆风设备的制造商都喜欢在不需要的情况下，停止偏航机构。偏航机构由电子控制器来激发电缆扭曲计数器 。电缆用来将电流从风电机运载到塔下。但是当风电机偶然沿一个方向偏转太长时间时，电缆将越来越扭曲。因此风电机配备有电缆扭曲计数器，用于提醒操作员应该将电缆解开了。类似于所有风电机上的安全机构，系统具有冗余。风电机还会配备有拉动开关，在电缆扭曲太厉害时被激发。 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，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。 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。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。使用风力发电机， 第14页 (论文) 就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯;高速公路可用它做夜晚的路标灯;山区的孩子可以在日光灯下晚自习;城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务，使人们看电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富， 目前运用的发电机组种类:定桨矩型，变桨矩型，变桨变速型，直驱型 定桨矩型优点:结构简单，运行可靠性较高 缺点:效率低，对电网影响大，常发生过发电现象，加速机组的疲劳损坏 市场情况:在欧美市场已停产，在中国仍有一定的需求 变桨矩型优点:结构较简单，运行可靠性较高，不会发生过发电现象 缺点:效率不高，对电网影响大 市场情况:逐渐退出欧美市场，中国市场仍有一定的需求 变桨变速型优点:不会发生过发电现象，效率高，对电网影响小 缺点:电控系统较复杂，运行维护难度较大 市场情况:欧美市场大量在使用，近几年进入中国市场商业运行 直驱型优点:不会发生过发电现象，效率高，对电网影响小，无齿轮箱损坏的风险 缺点:电控系统复杂，运行维护难度较大 第15页 (论文) 市场情况:在欧美市场处于发展阶段，中国市场目前尚无商业运行机组 第16页 (论文) 3(课题运行中遇到的问题及解决的方法 3.1独立运行的风力发电系统遇到的问题及解决方法 独立运行的风力发电机组，又称离网型风力发电机组。 在运行中当风力减小，锋利机转速降低，致使直流发电机电压低于蓄电池组电压时，则发电机不能对蓄电池充电，而蓄电池却要向发电机反向送电。为了防止这种情况出现，在发电机电枢电路与蓄电池组之间装有由逆流继电器控制的动断触点，当智力发电机电压低于蓄电池组电压时，逆流继电器动作，断开动断触点，使蓄电池不能向发电机反向供电。 3.2并网运行的风力发电系统遇到的问题及解决方法 由于风能的不稳定性，中小型风力发电机一般采用直流发电系统并配合蓄能器或与其他发电装置互补运行的方式，以满足离散区域的稳定供电需求;而大型风力发电机大多采用直接或间接并网运行向外界输出电能。 由于发电机并网过程是一个瞬变过程，它受制于并网前的发电状况，影响并网后发电机的运行和电网电能质量，在并网运行方式中主要解决的是并网控制和功率调节问题。在大规模风电运行要求电网提高接纳风电承受能力的同时，电网为了维持自身的稳定性，也向并网风电机提出了更高的技术要求。并网问题的根源在于风能自然具有随机性及不可控性带来的风电出力的波动性。 解决并网问题的可能方向主要在以下两方面:一是“非并网”风力发电系统采用近距离直接利用，避免对电网的冲击。二是减少风电的波动性。在风电系统方面，发展变桨变速式功率调节等驱动技术;在风电场方面。发展先进的整体控制技术和输出功率短期预测技术;在系统集成方面，推动探索研究风电储能系统技术及风能与其他能源系统互补技术;在电网方面，发展智能电网，发展大规模低电压穿越技术，使其具有适应所有电源种类和电能储存的方式。 第17页 (论文) 结 论 风电企业的前景一片光明: 风电产业在未来40年内将持续高速发展。而中国作据全球风能理事会预测, 为全球风电产业发展的中坚力量,将会以更高的速度带动全球风电产业的发展,全球风能委员会年度报告都会对未来五年内全球风电产业发展作出预测,而美国和中国在过去几年间的表现都好于其最乐观的预测情况还要好,未来1-2年间,美风能产业的发展会因为其实体经济的下滑而受到牵制,但是中国将继续以惊人 同时由于我国政府制定了非常具有进取心的政的速度推进全球风电产业的发展, 策,加强了风电的快速发展,支持电力供应的多样性、国内电力行业的增长以及对电力输送的重大投资,预计到2020年,中国预计增加将过20GW,而且据电力专家预测,从当前中国风电发展的形势看,在2020年之后,中国风电可能超过核电成为第三大主力发电电源,在2050年后甚至可能超过水电,成为第二大主力发电电源。 第18页 (论文) 参考文献 于国强《新能源发电技术》--北京:中国电力出版社，2009 顾为东《中国风电产业发展新战略与风电非并网理论》,化学工业出版社 产业和区域经济管理,2009余维洲《我国风电产业化发展的难点与前景》, 年第06期 王承熙，张源《风力发电》，北京:中国电力出版社，2002 姚兴佳《风力发电机组原理与应用》，机械工业出版社 第19页 (论文) 致谢 经过三年的学习，本次毕业设计已经接近尾声。作为一个本科生的毕业设计，由于经验的缺乏，难免有许多考虑不周全的地方，很多时候会走一些弯路，如果没有老师的指导，以及一起设计的同学们的帮助，想要完成这个设计是不容易的。他们使我在设计的过程中不仅学到了很多的知识，还明白了团队精神，我们设计组的各位老师和同学们就是一个团队。 在这里首先要感谢我的指导教师陈鸿伟老师以及辅导学长陈江涛，平日里工作繁多的你们，在本次设计中无论从选题、开题还是从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计及制图等过程中都给予了我悉心的指导。老师不仅治学严谨而且为人师表，教给我们的不仅是书本上的知识，还有为人处世的积极态度，这些宝贵知识将积极影响我今后的学习和工作，在此表示衷心的感谢。感谢您们在此期间对我的关怀和帮助，这份帮助使我在这段日子里可以专心于设计，使我真正体会到了师生之间的友谊，这种感觉是那么的美好，再次感谢两位的鼓励和帮助。 其次要感谢和我一起作毕业设计的各位同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次验证了团结就是力量这句真理，把一个庞大的，从来没有上手的课题，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我得到了知识以外的东西，就是团结和友谊。虽然毕业在即,我们各自心中通过这次实习更加的增进了友谊,心中更加多了一份不舍,使我们更加珍惜这段晚来的友谊。 在老师和同学们的帮助下，我的专业知识得到了进一步的提高，在整个设计过程中我也体会到了坚持的重要性，对待任何困难都要有坚持不懈的心理和斗志，才能在学习的过程中取得更多的知识和经验。 知识是人类进步的阶梯，而传授知识的各位老师则是我们登上阶梯的领路人。没有各位老师的辛勤教育，便不会有我们今天的累累果实。在这里，我要感谢那些曾经孜孜不倦传授我们知识的各位恩师，衷心祝愿你们桃李满天下。 最后还要感谢我的母校---河北保定电力职业技术学院五年来对我的培养。她使我从一个小毛头转变成为一个有理想，有抱负的青年，她教给我的不仅是进入社会后生存的本领，更重要的是艰苦朴实，求实进取的精神力量，遇到困难不 第20页 (论文) 懈不馁，多一份坚持少一份浮躁，这将鼓舞我在人生的道路上不断前进。 第21页 (论文) 第22页