风力发电行星轮.docxVIP

1 引 言1.1 课题研究的背景 石油、煤、水或核电是当今世界能源的主要构成部分。随着科技进步和国民经济的日益发展，能源的需求量也在不断增长。而传统能源的一些弊端也逐渐显露。石油资源日益枯竭，而燃煤、核能等又存在大量环境污染和安全隐患，寻找新的可再生清洁能源、改善世界能源结构就成为了世界各国迫在眉睫的头等大事。经过几十年对可再生能源现代开发的研究和应用，目前，新型清洁可再生能源的优势已逐步体现。作为一种洁净无污染的可再生能源，风能是人类最早利用的能源之一。作为为太阳能的一种形式，风能取之不尽，用之不竭，分布广泛、储量巨大、清洁无污染。据有关资料显示，地球上近地层的风能总量约为13000亿千瓦。从理论上讲，地球上1％的风能就能完全满足全世界的能源需求。我国风力资源十分丰富，风能资源总储量为32．26亿千瓦，实际可开发量为2．53亿千瓦，约占7．8％。目前，我国加快了风电产业发展步伐。装机总容量已经进入世界风电规模前十位，紧随欧美传统风力发电强国，成为风电应用最为广泛的国家之一。进入新千年后，我国风电产业进一步迅猛发展，风力发电电厂建设和设备制造成为科研前沿和热门产业。虽然我国风电事业发展如此迅猛，但其生产设备长期依赖进口，在自主开发风力发电机方面还比较落后，特别是大功率发电机组的核心技术领域更是基本属于空白。国内各大主要风力发电厂的生产机组基本全部是引进国外设备，部分国产机组也是以仿制国外产品为主，核心技术领域仍然是空白，设计水平以及实验水平与国外先进技术相比不可同日而语。而且不同地域的风况存在较大差异，这也造成了仿制风机的“水土不服’’，很难达到生产应用要求。所以单纯的仿制并不能解决我国风力发电机设计水平较差的现状，必须以提高我国风力机的设计和研究水平为目标来实现“国产化”，设计出具有自主知识产权的风力发电核心设备，突破我国风电行业发展的“瓶颈”，使风电行业走上一条健康发展之路。据统计，风力发电机组中的齿轮箱是出现故障最高的部件，而它恰恰是风力发电机传动系统的核心部件，也是我国风电制造业最为薄弱的一个环节。可见风力发电增速器设计能力的好坏决定了我国风机制造业国产化发展的成败。1.2 国内外风电现状1.2.1 国外现状与发展趋势进入二十世纪九十年代以来，世界各发达国家纷纷加大了风电技术开发力度。由于传统能源的短缺危机及对环境保护的要求同益严格，特别是哥本哈根国际气候峰会等环境保护会议的纷纷举行，进一步为风电行业的飞速发展提供了历史契机。早在2004年，美国就已经实现了风力发电在全国范围内的普遍应用，风力发电的总装机容量已经超过6740MW，可以达到20％的普通居民用电要求。而风力资源比较丰富的加拿大发展风电的步伐也十分迅速，风力发电已成为其能源结构的一个重要构成。到2015年，加拿大的风力发电能力预计将达到4700MW。传统风电强国——德国、西班牙、荷兰等国家的风力发电发展速度也以惊人的速度在增长。作为我们的邻国和主要经济竞争对手，印度在风力发电领域走在了我国的前面。经过短短的二十多年时间，印度风电产业从无到有，从弱到强，迅速成为世界上风力发电应用最为广泛的国家之一。轻型、高效、高可靠性及大功率是现代风力发电机组的主要发展方向。经过近五十年的研究与发展，风力发电技术由百千瓦级向兆瓦级甚至十兆瓦级发展，它极大地提高了电厂单位面积发电量，极大提高了风力发电的经济效益。二十世纪八十年代以来，由于相关技术的逐渐成熟，风力发电技术迎来了一个大踏步前进的时期。风机容量由55KW发展到了5MW，可靠性也得到了大幅提升，西班牙等国目前已经开始研制10MW风力发电机组。在风电产业发展的初期，由于受到技术限制，单个零部件的结构动力学的研究只是停留在准静态空气动力学阶段，对于结构动力学仅仅采用放大动力学系数的经验计算方法。随着风力发电机组设计制造水平和计算机技术的发展，设计人员在研究工作中开始考虑更可靠的动态分析方法——利用有限元分析法和模态分析法两种方法对整机进行动态分析。而叶片、轴承、增速箱等核心部分的研究是各国在风力机组件的设计研究中的重点。其中，风力发电机组的心脏——增速箱更是研究的重中之重。1.2.2 国内现状与发展趋势全球风电装机容量迅速增长。中国巨大的风电市场以及廉价的劳动力成本，吸引了大量国外风电巨头纷纷在中国设厂，或采取与国内企业合资的方式，生产的产品都被贴上了中国制造的标签。中国制造的风电设备产品占据越来越大的市场份额，风机产品正在经历一个由全球制造向中国制造的转变。同时我国幅员辽阔，风能储量惊人，具备大规模开发风电的前提条件。目前我国新能源应用仍以水电为主，但与水能储量相比，我国风能储量毫不逊色。根据有关资料显示，我国各类可开发风电装机容量可达10亿千瓦，远超欧美风电强国，所以我国开发风电产业是具有先天优势的。近几年我国更是连续