《清洁能源概论》风力发电技术.pptVIP

绪论 风力发电技术 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，如机械能、电能、热能等，以实现提水灌溉、发电、供热、风帆助航等功能。21世纪风能利用的主要领域是风力发电。 风力发电设备 一、组成：风力发电机组包括两大部分； 一部分是风力机，由它将风能转换为机械能； 另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能。 二、分类： 1）根据它收集风能的结构形式及在空间的布置，可分为水平轴式或垂直轴式。 2）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、四叶片和多叶片式。 4）从桨叶和形式上分，有螺旋桨式、H型、S型等； 5）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(1kW以下)、小型(1—10kW)、中型(10—100kW)和大型(100kw以上)机。 1、水平轴力风机 特点：风力机的风轮轴与地面呈水平状态，称水平轴风力机。 组成：它一般内风轮增速器、调速器、调向装置、发电机和塔架等部件组成，大中型风力机还有自动控制系统。 应用：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： 类型：有传统风车、低速风力机及高速风力机等3大类型。 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； 叶片数目，高速发电用风力机为2—4片，低速风力机大干4片； 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0.15—0.5之间； 启动风速，一般为3—5m/s; 停机风速，通常为15—35m／s; 输出功率，现代风力机一般为几百干瓦—几兆瓦； 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。 2、垂直轴风力机 特点：凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风力机叫垂直抽风力机。 形式有：如s型、H型、Ф型等。 应用：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、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，各种形式不断出现。各种形式的垂直轴风力机。 Ф型风力机图 风力发电系统及装置 (一)风力发电机组的系统组成 风力发电系统是将风能转换为电能的机械、电气及共控制设备的组合。 通常包括风轮、发电机、变速器(小、微容量及特殊类型的也有不包括变速器的)及有关控制器和储能装置。 （二）调向机构 作用：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，因而风力机的输出功率最大，所以调向机构又称为迎风机构(国外通称偏航系统)。 类型：小型水平轴风力机常用的调向机构有尾舵和尾车；风电场中并网运行的中大型风力机则采用由伺服电动机。 （三）发电机 微型及容量在10kW以下的小型风力发电机组，采用永磁式或自励式交流发电机，经整流后向负载供电及向蓄电池充电； 容量在l00kw以上的并网运行的风力发电机组，则应用同步发电机或异步发电机： （四）升速齿轮箱 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的转速相匹配。 (五)塔架 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。 类型：即由钢板制成的锥形筒状塔架和由角钢制成的桁架式塔架。 (六)控制系统 组成： 100kw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微机或可编程控制器(PLC)组成的控制系统来实现控制、自检和显示功能。 控制系统主要功能： ①按预先设定的风速值(一般为3—4m／s)自动启动风力发电机组，并通过软启动装置将异步发电机并人电网。 ②借助各种传感器自动检测风力发电机组的运行参数及状态，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、电压、电流等以从齿轮箱轴承的油温、液压系统的油压等。 ③当风速大干最大运行速度(一般设定为25m／s)时实现自动停机。 ④故障保护。 ⑤通过调制解调器与电话线连接。 水平轴中大风力发电机组基本结构 风轮机的设计思想是尽可能便宜地生产电能。风轮机的设计基于目标风场的风速条件，因此风轮机一般被设计成在风速为8～15m／s时具有最佳的性能，即有最大的电能产出。人们不会花大力气把风机设计在强风时有最多电能产出，因为强风天气不多见。 因此，在强风天气时必须浪费部分多余风能，以避免损坏风机。所以所有的风机都设计有某种能量控制装置，在现代风机上有两种不同的安全实现方式。 (1)可调楔角控制风轮机。在可调楔角控制(pitch)的风力发电机上，风力发电机的电子控制器每秒钟检查几次风力发电机的电能输出。当能量输出过高时，它就会向桨叶调节装置发出一个指令，后者将立即把桨叶轻微地