綠色能源風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課件

1、綠色能源 風(fēng)力發(fā)電 前言：能源問題能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對能源的需要量日益增加，能源問題已成為影響我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸問題。 我國是一個能源資源比較豐富的國家，煤的探明儲量居世界第三位；水力資源的理論蘊(yùn)藏量達(dá)億千瓦，居世界首位；此外，還有儲量較豐富的石油和天然氣。但我國人口眾多，人均資源占有量很低，甚至不及世界的平均水平。 從世界能源狀況來看，目前工業(yè)發(fā)達(dá)國家的能源消費(fèi)都以油，氣為主，我國則以煤為主，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及我國汽車保有量的大副增加，我國油，氣消費(fèi)量也在大副增加?？墒鞘澜绲挠?，氣及煤的儲量有限，因此必須尋找新的替代能源。 而且油，氣和煤的燃燒放出大

2、量的二氧化碳和其他有毒氣體，嚴(yán)重的污染環(huán)境，這也逼迫我們尋找新的能源。關(guān)于能源的幾個概念： 一次能源：以現(xiàn)成的形式存在于自然界中的能源稱為一次能源。一次能源又可以分為再生能源和不可再生能源。 再生能源：不會隨著它本身的轉(zhuǎn)化或人類的利用而日益減少的能源，比如流水，風(fēng)，海洋熱能，地?zé)岬取?不可再生能源：隨著人類的利用而日益減少的能源。比如化石燃料和核燃料。 二次能源：需要依靠其他能源來制取的或產(chǎn)生的能源。比如電能，汽油等。 分類如下表所示：一次能源和二次能源，再生能源和非再生能源分類表 一次能源再生能源風(fēng)，海流，潮汐能，直接的太陽輻射，地震，地下熱水非再生能源化石燃料，（煤，石油，天然氣）核燃料（

3、鈾等）二次能源電能，氫能，汽油，柴油，酒精，甲醇等 第一章風(fēng)，風(fēng)能 風(fēng)：地球表面及周圍空間的空氣受到太陽不均勻照射加熱而產(chǎn)生密度差，形成的空氣的運(yùn)動。風(fēng)能：風(fēng)能是大氣運(yùn)動的動能。風(fēng)力等級氣象學(xué)上把風(fēng)力區(qū)分為十三個等級：風(fēng)力等級海面浪高 （m）相當(dāng)風(fēng)速 （m）00.00.210.10.31.520.20.31.63.330.61.03.45.441.01.55.57.952.02.58.010.763.04.010.813.874.05.513.917.185.57.517.220.797.010.020.824.4109.012.524.528.41111.516.028.532.61214.

4、0 32.6風(fēng)速，風(fēng)速頻率，風(fēng)玫瑰圖，風(fēng)能密度 風(fēng)速，風(fēng)速頻率，風(fēng)玫瑰圖，風(fēng)能密度 風(fēng)速 瞬時風(fēng)速：是指在極短時間的風(fēng)速，實(shí)際發(fā)生作用的風(fēng)速。 平均風(fēng)速：在一段時間間隔內(nèi)各瞬時風(fēng)速的平均風(fēng)速。 風(fēng)速頻率：用來表示一年（或一月）之內(nèi)具有相同風(fēng)速的時數(shù)占總時數(shù)的百分比。 風(fēng)玫瑰圖：用各方向上平均風(fēng)速頻率和平均風(fēng)速立方數(shù)的乘積繪制成風(fēng)玫瑰圖，用于顯示風(fēng)能資源情況及能量集中的方向。風(fēng)能密度：速度為u的1m3運(yùn)動著的空氣所具有的動能為 E= 2 J/m3 每一平方米與空氣流速相垂直的截面上流過的空氣量為u，故得能量密度 P=Eu=3 W/m2 P是討論風(fēng)輪機(jī)做功能力大小的參數(shù)。第二章風(fēng)能利用系數(shù)與輸出功

5、率下圖為空氣流經(jīng)風(fēng)輪前后的速度及壓力變化假定=常數(shù)，控制面2-2的壓力p2與控制面1-1的壓力面p相等，va=vb=vt按伯努力方程 p+1/2v2=pa+1/2va2 p2+1/2v22=pb+1/2vb2可得pa- pb=1/2(v2-v22)為葉輪掠掃的面積為A，作用在風(fēng)輪上的軸向力為： F=A（pa- pb ）=1/2A(v2-v22)軸向力也可通過風(fēng)輪的空氣動量變化來表示， F=A vt (v-v2) 由上述兩式得 vt=1/2(v+v2)這表明：在上述假定條件下，葉片處流速等于兩控制面上速度的平均值風(fēng)輪功率 W=1/2Avt(v2-v22) =1/4A(v+v2) (v2-v22)

6、 W輸入的風(fēng)能功率Win=1/2Av3 W則風(fēng)能利用系數(shù)為=W/Win令v2/v=a 則得=（1+a）（1-a2）/2 在速度v已知的情況下，風(fēng)輪功率W及風(fēng)能利用系數(shù)將取決于v2，或a，取d/da=0，則得a=1/3或v2=1/3v將上述結(jié)果代入式（1）及（2）可分別得出Wmax=8/27Av3風(fēng)輪機(jī)由空氣流中最大可能提取的能量是空氣流擁有能量的59.3%，這就是風(fēng)輪機(jī)的理論最高效率，稱為etz極限。實(shí)際上，對設(shè)計性較好的風(fēng)輪機(jī)而言，空氣動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的最高效率也不會超過50%低速風(fēng)輪機(jī)=0.3。立軸型可達(dá)左右由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的效率為75-95%，因此，風(fēng)力發(fā)電裝置大致只能將風(fēng)能的30-4

7、0%轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?第三章風(fēng)輪機(jī)水平軸風(fēng)輪機(jī)垂直軸風(fēng)輪機(jī)葉輪的工作原理風(fēng)輪機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置，有水平軸和垂直軸兩種類型，其原理都是讓空氣流經(jīng)風(fēng)輪，流速下降，把一部分動能變?yōu)闄C(jī)械能。風(fēng)輪由兩個或多個葉片組成，葉片成機(jī)翼型，當(dāng)空氣繞流過葉片時產(chǎn)生升力，這就是風(fēng)輪回轉(zhuǎn)的原動力。 按照空氣動力學(xué)原理，當(dāng)風(fēng)向與風(fēng)輪軸向重合時，葉片的受力情況和氣流的速度分析，v為氣流速度，r為牽連速度（角速度，r半徑），則氣流對葉片的相對速度 =v+ r 氣流以相對速度沖擊葉片各部分，在方向上產(chǎn)生阻力R，在與垂直方向上產(chǎn)生升力L，其合力為C=R+L。而又可分解為在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的升力Cy和水平分力Cx。Cy形成轉(zhuǎn)

8、矩使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，Cx則為正面壓力。沖角的大小影響到升力與阻力的比值，從能量轉(zhuǎn)換來說，希望L/R的比值盡可能大，以使風(fēng)輪獲得較大轉(zhuǎn)矩，這就要求處于最佳值。對于一個葉片如果契角是恒定的，而在葉片縱長方向上由于葉輪旋轉(zhuǎn)而引起的牽連速度r各不相同，這使得葉片上各處的沖角也不一樣，葉片各處就無法保持沖角為最佳值，葉片不能獲得最大升力。如果將葉片改為扭轉(zhuǎn)葉片，使截面的契角隨截面遠(yuǎn)離風(fēng)輪軸而減小，就能保證在葉槳全長上都能得到最有利的沖角。 水平軸風(fēng)輪機(jī)目前，使用較多的是水平軸風(fēng)力發(fā)動機(jī)，它由風(fēng)輪機(jī)頭，回轉(zhuǎn)體，尾舵及塔架等組成，風(fēng)輪由兩個或多個葉片組裝在機(jī)頭上，是將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的主要部件。分為少葉片式和多葉

9、片式少葉片式：風(fēng)輪葉片少于四個優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)速高，單位功率的平均重量輕，結(jié)構(gòu)較為緊湊，常用于年平均風(fēng)速較高地區(qū)。缺點(diǎn)：啟動比較困難多葉片式：風(fēng)輪葉片大于或等于四個。優(yōu)點(diǎn)：低風(fēng)速下易于啟動。常用于年平均風(fēng)速低于3-4（m/s)的地區(qū)。機(jī)頭機(jī)頭的作用是支撐風(fēng)輪和上部構(gòu)件（如發(fā)電機(jī)和變速機(jī)構(gòu)等），它能圍繞塔架中的垂直軸轉(zhuǎn)動，依靠位于機(jī)頭底盤和塔架間的回轉(zhuǎn)體在對風(fēng)裝置力矩作用下，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動到對準(zhǔn)風(fēng)向位置。 調(diào)向裝置： 常用種類尾舵?zhèn)蕊L(fēng)輪 伺服電機(jī)系統(tǒng) 人工調(diào)向 塔架：塔架用來支撐風(fēng)輪機(jī)的本體 風(fēng)力發(fā)電機(jī)由風(fēng)輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。分類：小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和中大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)垂直軸風(fēng)輪機(jī)水平軸風(fēng)輪機(jī)有較高的轉(zhuǎn)換效率

10、，經(jīng)濟(jì)性好，技術(shù)較為成熟等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：它的發(fā)電機(jī)要高位布置，與之連接的傳動機(jī)構(gòu)也相應(yīng)的放在塔架上方，安裝，維修不方便，為對正迎風(fēng)面，又必須有對風(fēng)裝置。 典型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是型，也稱為戴瑞斯（Darriens）風(fēng)力發(fā)電機(jī)。垂直型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成部分有立軸，葉片，上下軸承，傳動機(jī)構(gòu)，發(fā)電機(jī)等，固定在支架上，上軸承用三根鋼絲繩索；拉住。葉片被彎成類似正玄曲線的形狀，其斷面呈機(jī)翼型。連軸節(jié)，齒輪箱和發(fā)電機(jī)安裝在下部。 第四章 關(guān)于風(fēng)力發(fā)電的一些其他信息一我國的風(fēng)力資源我國風(fēng)力資源豐富，風(fēng)能理論儲藏量為32億KW近10%可開發(fā)利用。風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計要根據(jù)“設(shè)計風(fēng)速”或“額定風(fēng)速”來進(jìn)行。我國目前取v3m

11、/s為啟動風(fēng)速，這是我國大部分風(fēng)輪機(jī)所用的風(fēng)速，v=20m/s（25m/s）為上限風(fēng)速。風(fēng)速為320m/s的風(fēng)力稱為“有效風(fēng)力”我國風(fēng)能資源分布如下：1. 東南沿海及其島嶼為我國最大風(fēng)力資源區(qū)，沿海岸線有效風(fēng)能密度200（W/m2）。沿海島嶼風(fēng)能密度在300W/m2以上。v3m/s全年出現(xiàn)的時間為70008000小時，有效風(fēng)力出現(xiàn)的百分率占8090%，v6m/s的時間也有4000小時左右。2.內(nèi)蒙古和甘肅北部的風(fēng)能居第二位3.黑龍江，吉林北部及遼東半島沿海4.青藏高原北部，華北，東北，西北地區(qū)北部5.云，貴，川，甘肅，陜西北部，河南，湖南西部以及廣東，廣西的山區(qū)和塔里木盆地為我國最小風(fēng)能區(qū)6.

12、在4，5以外的廣大地區(qū)為風(fēng)能季節(jié)利用區(qū)。有的在冬，春季節(jié)可以利用，有的在夏秋季節(jié)可以利用。二風(fēng)力發(fā)電的環(huán)保效應(yīng) 以化石燃料（煤，石油，天然氣等）為主的電力生產(chǎn)，釋放出大量的二氧化碳，二氧化硫及氮氧化合物，其中的二氧化碳是全球變暖的一個重要因素，二氧化硫和氮氧化合物也嚴(yán)重污染空氣和土壤。 下表給出了一些國家1995年化石燃料發(fā)電的二氧化碳，二氧化硫和氮氧化合物的排放量，并對2000年的排放量做出了預(yù)測，其中二氧化碳的排放量是以釋放大氣中的碳噸來估算的序號風(fēng)能水能地?zé)?生物質(zhì)石油核能煤炭備注1土地占用原始能源加工運(yùn)輸發(fā)電廠廢物處理 0030 503020314333343154455434對環(huán)境影

13、響的等級0 極小或無影響1 很小潛在影響2 較少潛在影響3 中等潛在影響4 較多潛在影響5 很大潛在影響2水質(zhì)設(shè)備使用泄露及事故現(xiàn)場外影響0000001303013433543143氣體排放二氧化碳酸性煙氣顆粒金屬放射物非甲烷烴類000000000011111433024421400050444244生物影響25132445廢物發(fā)生0013254 非加權(quán)累計5131635404450 三 我國風(fēng)電發(fā)展歷程，現(xiàn)狀及其前景 我國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量（萬KW）隨年代變化表 70年代開始進(jìn)行并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的嘗試，1983年，山東容城引進(jìn)了3臺丹麥55KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，開始了并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的實(shí)驗(yàn)和示范；

14、1986年新疆達(dá)坂城安裝了1臺丹麥100KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，1989年又安裝了13臺丹麥150KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，同步在內(nèi)蒙古朱日和也安裝可5臺美國100KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，開始了我國風(fēng)電場的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)和示范。我國在“七五”末風(fēng)電場的建設(shè)裝機(jī)容量僅為KW，年均裝機(jī)KW，到“八五”末風(fēng)電場裝機(jī)容量猛增為KW，年均裝機(jī)KW，是“七五”的倍，進(jìn)入“九五”，1996年新增裝機(jī)容量為KW，年底總裝機(jī)容量為KW，1997年新增KW,總裝機(jī)容量KW，1998KW，年底總裝機(jī)容量為KW。時間項目七五八五1996年1997年1998年新增裝機(jī)0.3423.1933.23629.2324.295期末裝機(jī) 0.342 3.

15、535 5.7676 16.100 20.395裝機(jī)容量分布見表 這一市場基本上是由外國占據(jù)著。主要有丹麥（占有67%），德國（21%），美國（11%）雖然國產(chǎn)機(jī)組裝機(jī)容量占到1%，但由于質(zhì)量方面的問題，大多不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。四 全國風(fēng)電場裝機(jī)容量的發(fā)展下圖給出了1986年1999年全國風(fēng)電裝機(jī)容量發(fā)展情況 國外風(fēng)電發(fā)展單機(jī)功率由幾百KW上升到千瓦級，世界風(fēng)電技術(shù)呈加速發(fā)展態(tài)勢， 風(fēng)電在工業(yè)中的位置越來越重要 再見,風(fēng)力發(fā)電,下周電機(jī)動態(tài)理論再相會風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電第二篇風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行與控制第一章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 三種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率比較第

16、二章定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 第一節(jié)定槳距機(jī)組的特點(diǎn)第二節(jié)定槳距機(jī)組的基本運(yùn)行過程第三節(jié)定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動與保護(hù)系統(tǒng) 第一節(jié)定槳距機(jī)組的特點(diǎn)一、風(fēng)輪機(jī)構(gòu)二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理三、葉間擾流器四、雙速發(fā)電機(jī)一、風(fēng)輪機(jī)構(gòu)定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要特點(diǎn)是：槳葉與輪轂的連接是固定的，即當(dāng)風(fēng)速變化時，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。 一是當(dāng)風(fēng)速高于風(fēng)輪的設(shè)計點(diǎn)風(fēng)速即額定風(fēng)速時，槳葉必須能夠自動地將功率限制在額定值附近，因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)上的所有材料的物理性能是有限度的。 二是運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在突然失去電網(wǎng)的情況下，槳葉自身必須具備制動能力，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在大風(fēng)的情況下安全停機(jī)。 二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理由于氣流在

17、葉片上的分離隨攻角的增大而增大，分離區(qū)形成大的渦流，流動失去翼形效應(yīng)，與未分離時相比，上下翼面壓力差減小，致使阻力激增，升力減小，造成葉片失速，從而限制了功率的增加， 三、葉尖擾流器葉尖擾流器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要制動器，每次制動時都是它起主要作用。四、雙速發(fā)電機(jī)在整個運(yùn)行風(fēng)速范圍內(nèi)(3m/s25m/s)由于氣流的速度是在不斷變化的，如果風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速不能隨風(fēng)速的變化而調(diào)整，這就會使風(fēng)輪在低風(fēng)速時的效率低下。同時發(fā)電機(jī)本身也存在低負(fù)荷時的效率問題，發(fā)電機(jī)在功率大于額定功率時，均有高于的效率，但當(dāng)功率小于的額定功率時，效率會急劇的下降。為了解決這個問題，定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)普遍采用雙速發(fā)電機(jī)，分別設(shè)計成

18、4極和6極。這樣，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速段運(yùn)行時，不僅槳葉具有較高的氣動效率，發(fā)電機(jī)的效率也能保持在較高的水平。從而使定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在進(jìn)入額定功率前的功率曲線差異不大。第二節(jié) 定槳距機(jī)組的基本運(yùn)行過程 一、待機(jī)狀態(tài)二、定槳距機(jī)組的自起動三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)與脫網(wǎng)一、待機(jī)狀態(tài)當(dāng)風(fēng)速vm/s，但不足以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組拖動到切入的轉(zhuǎn)速，這時的風(fēng)力機(jī)處于自由轉(zhuǎn)動狀態(tài)，稱為待機(jī)狀態(tài)。待機(jī)狀態(tài)除了風(fēng)力機(jī)沒有并入電網(wǎng)，機(jī)組實(shí)際上以處于工作狀態(tài)。 二、定槳距機(jī)組的自起動風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自起動是指風(fēng)輪在自然風(fēng)速的作用下，不依靠其他的外力的協(xié)助，將發(fā)電機(jī)拖動到額定轉(zhuǎn)速。 早期的定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)

19、組不具備自起動能力，風(fēng)輪的起動是在發(fā)電機(jī)的協(xié)助下完成的，這時的發(fā)電機(jī)作電動機(jī)運(yùn)行，通常稱為電動機(jī)起動（Motor start）。直到現(xiàn)在，絕大多數(shù)定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仍具備otor start的功能。 三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)與脫網(wǎng)當(dāng)平均風(fēng)速高于3m/s時，風(fēng)輪開始逐漸起動；風(fēng)速繼續(xù)升高，當(dāng)v4m/s時，機(jī)組可自起動直到某一設(shè)定轉(zhuǎn)速，此時發(fā)電機(jī)將按控制程序自動地聯(lián)入電網(wǎng)。如果平均風(fēng)速處于820m/s,則直接從大發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。脫網(wǎng)時，釋放葉尖擾流器來協(xié)助完成。第三節(jié) 定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動與保護(hù)系統(tǒng)一、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動系統(tǒng)定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動系統(tǒng)由葉尖氣動剎車和機(jī)械盤式剎車組成。二、超速

20、保護(hù)由于風(fēng)速過高引起的風(fēng)力機(jī)組退出電網(wǎng)有以下幾種情況：1)風(fēng)速高于25m/s，持續(xù)10min。這時，如果轉(zhuǎn)速沒有超過允許限額，只執(zhí)行正常停機(jī)。如果過轉(zhuǎn)速，釋放葉尖擾流器，以便轉(zhuǎn)速迅速降下來。2)風(fēng)速高于33m/s，持續(xù)2s，正常停機(jī)。3)風(fēng)速高于50m/s，持續(xù)1s，安全停機(jī)，側(cè)風(fēng)90。4)當(dāng)轉(zhuǎn)速傳感器檢測到發(fā)電機(jī)或風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的110時，控制器將給出正常停機(jī)指令。5)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上另設(shè)有一個完全獨(dú)立于控制系統(tǒng)的、通過作用于液壓系統(tǒng)引起葉尖擾流器動作的停機(jī)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是通過在液壓缸與油箱之間并聯(lián)突開閥來實(shí)現(xiàn)的。三、電氣保護(hù)電氣保護(hù)主要是過電壓保護(hù)和雷擊保護(hù)過電壓保護(hù)是指控制器對通過電

21、纜傳入的瞬時沖擊，具有自我保護(hù)能力。雷擊保護(hù)是指機(jī)組應(yīng)提供便捷的接地通道以釋放雷電，避免高能雷電的積累。并通過在槳葉上安裝雷電接收器來避免槳葉因雷擊而造成的損壞。 第三章 定漿距風(fēng)力機(jī)的控制系統(tǒng)及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)第一節(jié)控制系統(tǒng)第二節(jié)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)第一節(jié)控制系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)必須具備以下的功能：）根據(jù)風(fēng)速信號自動進(jìn)入起動狀態(tài)或從電網(wǎng)切除。）根據(jù)功率及風(fēng)速大小自動進(jìn)行轉(zhuǎn)速和功率控制。）根據(jù)風(fēng)向信號自動對風(fēng)。）根據(jù)功率因數(shù)自動投入（或切除）相應(yīng)的補(bǔ)償電容。）當(dāng)發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)時，能確保機(jī)組安全停機(jī)。）在機(jī)組運(yùn)行過程中，能對電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測和記錄，對出現(xiàn)的異常情況能夠自行判

22、斷并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，并能夠根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，生成各種圖表，以反映風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項性能指標(biāo)。 7）對在風(fēng)場中運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還應(yīng)具備遠(yuǎn)程通信的功能。 第二節(jié)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一、定槳距機(jī)組的液壓系統(tǒng) 定漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)實(shí)際上是制動系統(tǒng)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，主要用來執(zhí)行風(fēng)力機(jī)的開關(guān)指令。通常它由兩個壓力保持回路組成，一路通過儲能器供給葉尖擾流器，另一路通過儲能器供給機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。這兩個回路的工作任務(wù)是使機(jī)組運(yùn)行時制動機(jī)構(gòu)始終保持壓力。當(dāng)需要停機(jī)時，兩回路中的常開電磁閥先后失電，葉尖擾流器一路壓力油被瀉回油箱，氣動剎車動作；稍后，機(jī)械剎車一路壓力油一路進(jìn)入剎車液壓缸，驅(qū)動剎車夾鉗，使風(fēng)輪停止轉(zhuǎn)

23、動。在兩個回路中各裝有兩個壓力傳感器，以指示系統(tǒng)壓力、控制液壓泵站補(bǔ)油和確定剎車機(jī)構(gòu)的狀態(tài)。二、偏航系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙安裝在旋轉(zhuǎn)支撐上，而旋轉(zhuǎn)支撐的內(nèi)齒環(huán)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架用螺栓緊固相連，外齒環(huán)與機(jī)艙固定。調(diào)向是通過兩臺與調(diào)向內(nèi)齒環(huán)相吻合的調(diào)向減速器驅(qū)動的。在機(jī)艙底板上裝有盤式剎車裝置。 偏航控制系統(tǒng)偏航系統(tǒng)是一隨動系統(tǒng)，當(dāng)風(fēng)向與風(fēng)輪軸線偏離一個角度時，控制系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的確認(rèn)后，會控制偏航電動機(jī)將風(fēng)輪調(diào)整到與風(fēng)向一致的方位。 三、實(shí)例43-600f風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓和偏航系統(tǒng)的實(shí)例。 這是一個液壓回路，它由個壓力回路組成。）圖左側(cè)是氣動剎車壓力保持回路 。）圖中間是兩個獨(dú)立的高速軸制

24、動器回路 。）圖右側(cè)為偏航系統(tǒng)回路，偏航系統(tǒng)有兩個工作壓力，分別提供偏航時的阻尼和偏航結(jié)束時的制動力。 下圖是整個機(jī)組的控制系統(tǒng)的總體機(jī)構(gòu)第三篇 未來的風(fēng)力發(fā)電第一部分 海上風(fēng)能技術(shù)第二部分 風(fēng)力發(fā)電新領(lǐng)域 1. 高空風(fēng)力發(fā)電 2. 飛輪儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用 3. 高層建筑風(fēng)力發(fā)電 4. 巨管風(fēng)力發(fā)電 第一部分 海上風(fēng)能技術(shù)海上風(fēng)能資源通常比陸上豐富，而且面積寬廣，自然條件的限制較少，噪聲問題、景觀影響問題、鳥類影響問題、電磁波干擾問題等，都比陸地上要小得多。因此，有越來越多的人認(rèn)為海洋是開發(fā)利用風(fēng)能的理想場所。尤其是歐洲，開發(fā)利用風(fēng)能的技術(shù)基礎(chǔ)雄厚，而人口比較集中，陸地面積相對較小，大

25、部分國家卻瀕臨海洋，因此對海上風(fēng)能的開發(fā)利用更加感興趣，已經(jīng)行動起來了，取得了令人矚目的成果。本文將以歐洲為重點(diǎn)，描述海上風(fēng)力發(fā)電的有關(guān)問題。本文的海上是指離沿海陸地10公里以內(nèi)的海面，不包括沿海的島嶼。 1. 海上風(fēng)力發(fā)電試驗(yàn)站80年代初，英國、瑞典、丹麥、荷蘭、美國等國就海上風(fēng)能開展了很多研究。大約在1990年，瑞典就生產(chǎn)了一臺海上風(fēng)輪機(jī)，功率200kW，安裝在近海進(jìn)行試驗(yàn)。丹麥在溫訥比離海岸大約3公里的海上建了一座海上風(fēng)電場，由11臺Bonus 450kW風(fēng)輪機(jī)組成，系丹麥丹麥電力公司Elkraft公司興建。該風(fēng)電場旨在積累海上風(fēng)速和湍流強(qiáng)度方面的資料，以開展疲勞負(fù)載之研究。它是向開發(fā)海

26、上風(fēng)能邁出的重要一步。丹麥的另一家國有電力公司（Elsam公司）也建了一座類似的海上風(fēng)電場。英國由政府出資，對海上風(fēng)能資源評價的風(fēng)輪機(jī)工藝設(shè)計等問題開展了大量的研究。有兩個項目比較重要，一個由Taylor Woodrow公司為首的小組實(shí)施，一個由可再生能源系統(tǒng)（RES）實(shí)施。前一個項目到1992年已實(shí)施近10年，分階段評價英國的海上風(fēng)能資源和設(shè)計直徑為50-120m的海上風(fēng)輪機(jī)系列，并且作了完整的成本分析；后一個項目已在1993年完成，對英國海上風(fēng)輪機(jī)的示范進(jìn)行了詳盡的可行性研究，認(rèn)為離英格蘭東海岸約5公里的海區(qū)是合適的場址，對中型風(fēng)輪機(jī)、支承結(jié)構(gòu)、監(jiān)控系統(tǒng)、電力基礎(chǔ)設(shè)施等進(jìn)行了初步設(shè)計，估計

27、預(yù)算金額達(dá)350-400萬英鎊（包括兩年期的運(yùn)行、維護(hù)和監(jiān)測費(fèi)用）。原蘇聯(lián)列寧格勒科技工作者西爾諾夫等人提出在芬蘭灣建一座功率為1000MWMW）MW）風(fēng)輪機(jī)，風(fēng)輪直徑30-70m。2. 海上風(fēng)能資源歐洲聯(lián)盟日前已完成兩項重要的海上風(fēng)能研究。其中一項由英國貿(mào)易工業(yè)部和德國技術(shù)投資管理局出資，Germanischer Lloyd 公司同Garrad Hassan合作實(shí)施，時間約3年，已于1993年底完成，對于海上風(fēng)電場有關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了評述，提出了設(shè)計時要考慮海上環(huán)境條件的風(fēng)輪機(jī)設(shè)計原則，進(jìn)行了資源評價，預(yù)估了風(fēng)輪機(jī)在風(fēng)和海浪負(fù)荷共同作用下可能作出的反應(yīng)。這項研究還想為海上風(fēng)能的研究提供一種通

28、用的方法，找出符合實(shí)際的、既考慮了自然限制又考慮了政策限制的海上風(fēng)速預(yù)測方法。它利用了地理信息系統(tǒng)（GIS），選用IDRISI系統(tǒng)作為工具。為此，使用如下資料：水深、海底坡度、航海日志、海洋保護(hù)區(qū)、國家海上公園、天然氣管道、石油管道、海下電纜、石油天然氣開采平臺。根據(jù)各國商船定期提供的氣象參數(shù)和和海況參數(shù)，估算風(fēng)速。數(shù)據(jù)從60年代初開始，到現(xiàn)在大約已有5000萬個數(shù)據(jù)集。從這些數(shù)據(jù)計算年平均風(fēng)速、平均氣溫、Weibull分布形狀和比例參數(shù)、極端風(fēng)速等。涵蓋了歐盟的全部沿海地區(qū)，繪制了風(fēng)能資源圖，并用IDRISI計算了風(fēng)能。從離岸0-30km、水深0-40m的風(fēng)能資源計算結(jié)果看，海上風(fēng)力發(fā)電宜使

29、用風(fēng)輪直徑達(dá)100m的大型風(fēng)輪機(jī)，各風(fēng)輪機(jī)之間取一合理間隔。如果歐盟把全部海上風(fēng)能（離岸30km以內(nèi)、水深不超過40m）都開發(fā)利用起來，其發(fā)電量可答歐盟電力消費(fèi)總量的1.5倍；即使考慮到各種不利因素，只開發(fā)利用其10%，也可以滿足歐盟電力需求量的15%左右。這項研究取得的一項重要成果是建了一個先進(jìn)的很有效的數(shù)據(jù)庫，且其他數(shù)據(jù)很容易加進(jìn)這個數(shù)據(jù)庫里。丹麥科學(xué)家對近海風(fēng)能資源也開展了研究。他們認(rèn)為海面粗糙度小，風(fēng)速高，湍流強(qiáng)度小，海上風(fēng)能比陸地要多60-70%。由于目前海上測風(fēng)站還很少，詳細(xì)而可靠地繪制出海上風(fēng)能圖還是很難的。現(xiàn)今，海上風(fēng)能資料通常取自海上小島的實(shí)測數(shù)據(jù)和所謂COADS數(shù)據(jù)庫。CO

30、ADS是海洋大氣綜合數(shù)據(jù)集的英文縮寫，是幾個美國機(jī)構(gòu)長期合作取得的一項成果，包括海上船只報告的風(fēng)速和風(fēng)向資料，涵蓋全球大部分海洋。美國巴特例實(shí)驗(yàn)室出版了一本近海風(fēng)能資源圖集。地區(qū)性海洋風(fēng)能圖集已有問世，如歐洲北海風(fēng)能圖集、波羅的海風(fēng)能圖集。3 海上風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3.1 風(fēng)輪機(jī)的動態(tài)負(fù)荷設(shè)計成本有效的海上風(fēng)輪機(jī)，有一個很基本的要求，就是要能可靠的預(yù)測出和海浪同時產(chǎn)生的負(fù)荷。第一步是利用現(xiàn)有的風(fēng)能和近海工程分析經(jīng)驗(yàn)。計算機(jī)仿真技術(shù)可以解決氣動特性、水力學(xué)特性和基礎(chǔ)特性等方面的非線性問題，使用的模型應(yīng)當(dāng)是綜合性的。海上風(fēng)輪機(jī)的模擬與陸上風(fēng)輪機(jī)相似，支承結(jié)構(gòu)的模擬則與其他海上支承結(jié)構(gòu)相近。設(shè)計海上風(fēng)輪機(jī)

31、時，會碰到如下一些新問題：海上風(fēng)況的仿真；獨(dú)特單立柱塔架和三角支承結(jié)構(gòu)上破壞性和非破壞性海浪作用力的預(yù)測；風(fēng)輪機(jī)和風(fēng)力疲勞、海浪疲勞和極端負(fù)荷之間的相互關(guān)系。解決了這些問題，才能分析風(fēng)輪機(jī)對海上支承結(jié)構(gòu)水利學(xué)負(fù)荷的反應(yīng)。已經(jīng)在時間域和頻率域逼近法的基礎(chǔ)上發(fā)展出兩種獨(dú)立的、同等重要的分析方法。時間域模型適合分析海上風(fēng)輪機(jī)的極端負(fù)荷，能夠接受任何形式的海浪負(fù)荷隨時間的變化，包括破波產(chǎn)生的負(fù)荷。頻率域逼近法計算快速，容易計算疲勞負(fù)荷，可以揭示特定海況下波高隨波譜的變化。Kuehn提出一種新方法，能導(dǎo)出各個子系統(tǒng)的運(yùn)動方程，直接進(jìn)行數(shù)值計算，比用傳統(tǒng)的lagrange發(fā)和hamilton法簡單。計算極

32、端負(fù)荷和疲勞負(fù)荷時，弄清負(fù)荷與海浪之間的關(guān)系是十分重要的。另外，海上風(fēng)輪機(jī)結(jié)構(gòu)動態(tài)特性對研究負(fù)荷也是很重要的，設(shè)計時不能置動態(tài)響應(yīng)于不顧。通過研究，目前對風(fēng)負(fù)荷和海浪符合共同給予海上風(fēng)輪機(jī)動態(tài)響應(yīng)的影響已有了很多的了解，提出了分析工具和仿真技術(shù)，為海上風(fēng)輪機(jī)的可靠設(shè)計計算奠定了基礎(chǔ)。3.2 風(fēng)輪機(jī)的浮置風(fēng)輪機(jī)聯(lián)盟完成的另一項重要的海上風(fēng)能研究是garrad hassan公司與英國tencomare公司共同進(jìn)行的，為的是研究浮置風(fēng)輪機(jī)的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性。分三步進(jìn)行：第一步是初步的設(shè)計研究，選定最佳構(gòu)型，供第二步詳細(xì)設(shè)計和分析利用。提出了很多種浮置想法，包括傳統(tǒng)的駁船和SPAR（海上聲學(xué)研究

33、平臺）浮體、非傳統(tǒng)的半潛式環(huán)形箱和雙體船結(jié)構(gòu)，最后選定SPAR浮體供海上風(fēng)輪機(jī)浮置用，這是考慮到系統(tǒng)性能、復(fù)雜程度、成本等因素后選定的。第二步研究詳細(xì)設(shè)計時采用這種浮置方式。海上風(fēng)輪機(jī)不是簡單的把陸上風(fēng)輪機(jī)移植到海上，而是要進(jìn)行專門的設(shè)計，以便充分利用海上的優(yōu)點(diǎn)。由于海上風(fēng)輪機(jī)不必考慮噪聲問題，工作轉(zhuǎn)速可以提高，可以用細(xì)長的重量輕的風(fēng)輪，降低塔架頂部高度和成本。風(fēng)輪直徑可以設(shè)計成60m，使用三只碳纖維葉片，可以呈錐形，位于塔架的下風(fēng)方，使風(fēng)輪機(jī)穩(wěn)定自由的對風(fēng)。MW，采用鋼質(zhì)三角立體構(gòu)架型塔架，離海平面45m。塔架用螺釘固定在混凝土SPAR浮體的甲板上，浮體則用8根鋼繩錨定在海床上。這種錨泊裝置

34、適合水深為75-500mkV升高到33kV，通過靜態(tài)電纜傳到岸上。這種風(fēng)輪機(jī)的動態(tài)特性和負(fù)荷情況已在一般工作條件和極端工作條件下做過研究。由于錨泊裝置、浮動塔架、風(fēng)輪機(jī)子系統(tǒng)之間有復(fù)雜的相互影響，這種海上風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還存在很多問題。研究時所取的環(huán)境條件有兩個地方：北愛爾蘭海和中愛琴海。海上石油和天然氣的開采是一個熱點(diǎn)，在開采平臺上安裝風(fēng)輪機(jī)，既可以降低開采成本，還可以解決陸上風(fēng)輪機(jī)運(yùn)行中中的噪聲問題、影響景觀問題等，是可再生能源與礦物燃料生產(chǎn)相結(jié)合產(chǎn)生效益的第一個重要步驟。芬蘭沿海懸崖很多，小島也不少，適宜安裝風(fēng)輪機(jī)，基礎(chǔ)可以設(shè)在堅硬的巖石上。雖然輸電電纜可能要長一些，風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運(yùn)輸費(fèi)用可

35、能會高一些，但海上風(fēng)況優(yōu)于陸地。此外，冬季海上有移動的堅冰、離現(xiàn)有電網(wǎng)較遠(yuǎn)等，這些是不利因素。芬蘭灣、阿蘭群島、圖爾庫群島、互薩群島都是理想的安裝場址。芬蘭現(xiàn)有的電網(wǎng)可以并入600GWh/a小型海上風(fēng)電，可以并入3300GWh/a大型海上風(fēng)電前述的歐盟第二項海上風(fēng)能研究的第三步是進(jìn)行模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)在BMT的2號“拖曳水池”中進(jìn)行，采用比例為1：48的模型。試驗(yàn)時，模型上同時加有風(fēng)和浪負(fù)荷。試驗(yàn)結(jié)果用于驗(yàn)證理論模型和設(shè)計原型系統(tǒng)。3.3 開發(fā)利用海上風(fēng)能的經(jīng)濟(jì)性芬蘭科學(xué)家認(rèn)為，海上風(fēng)電場只要比較靠近現(xiàn)有電網(wǎng)，且規(guī)模比較大時，其經(jīng)濟(jì)性可以超過陸上風(fēng)電場。英國科學(xué)家以諾福克近海水平軸風(fēng)輪機(jī)為對象，分

36、析了轉(zhuǎn)輪、機(jī)艙、塔架、支承結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備、輸電線路、制造和安裝等的成本，認(rèn)為通過合理配置、性能優(yōu)化，可以使海上風(fēng)力發(fā)電具有經(jīng)濟(jì)性。MW。估計總投資為3000萬英鎊。其中錨泊系統(tǒng)所占份額最大，達(dá)28%；其次是浮體的生產(chǎn)費(fèi)用，占19%；風(fēng)輪機(jī)只占18%，而電纜費(fèi)用也不小，占15%。.今后的發(fā)展與展望目前，全世界風(fēng)輪機(jī)年裝機(jī)容量可達(dá)到1300MW。風(fēng)能作為極具競爭力的一種可再生能源，必定會越來越受到重視。目前在開發(fā)利用風(fēng)能方面卻碰到了經(jīng)濟(jì)性、政策、自然界、和社會方面的障礙，其中自然界的障礙是指沒有足夠的空間安裝風(fēng)輪機(jī)，沒有足夠的電網(wǎng)用來并網(wǎng)。這兩個自然障礙是相左的，即有足夠空間安裝風(fēng)輪機(jī)的地方，通常

37、人煙稀少，經(jīng)濟(jì)不夠發(fā)達(dá)，沒有電網(wǎng)；而有現(xiàn)成電網(wǎng)可供并網(wǎng)的地方，卻人口密集，沒有足夠的空間安裝風(fēng)輪機(jī)。為了解決這個矛盾，們想到了開發(fā)利用海上風(fēng)能的問題。通過近幾年的研究，證明開發(fā)利用海上風(fēng)能是具有技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性的。作為一項長期的風(fēng)能開發(fā)利用戰(zhàn)略，應(yīng)當(dāng)積極考慮海上風(fēng)能的開發(fā)利用。第二部分 風(fēng)力發(fā)電的新領(lǐng)域（一） 高空風(fēng)力發(fā)電1. 適合風(fēng)力發(fā)電的區(qū)域 赤道附近的太陽輻射使氣流變熱上升，氣流在極地處冷卻下降，從而形成對流層中的氣流。對流層上持續(xù)性較好的強(qiáng)風(fēng)出現(xiàn)在赤道兩側(cè)各30緯度的區(qū)域內(nèi)，其中包括中國和澳大利亞的大部分地區(qū)。研究表明，澳大利亞上空的風(fēng)能非常豐富，而且風(fēng)向、風(fēng)速的穩(wěn)定性都很好，非

38、常適合用來發(fā)電，這些地區(qū)海拔2000-8000m空中的風(fēng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比在地表面的風(fēng)強(qiáng)而且穩(wěn)定。例如，澳大利亞布里斯班附近區(qū)域海拔8000m空中的年均風(fēng)能密度可高達(dá)20kw/m，是地表面風(fēng)能密度的50-100倍，而且風(fēng)向、風(fēng)速都很穩(wěn)定，安裝在此區(qū)域的風(fēng)力發(fā)電裝置，容量系數(shù)可達(dá)70%左右。中國和澳大利亞處于北、南半球的相應(yīng)地區(qū)，對流層的分布基本是相同的，故可以認(rèn)定中國上空的風(fēng)能也是非常豐富的，風(fēng)向、風(fēng)速的穩(wěn)定性也很好，適合與風(fēng)力發(fā)電。因此，確定我國上空風(fēng)能的分布情況，開發(fā)適合空中發(fā)電的發(fā)電技術(shù)，將成為風(fēng)力發(fā)電中一個新的研究課題。2. 利用高空風(fēng)能發(fā)電澳大利亞西悉尼大學(xué)的Roberts教授等人在利用高空風(fēng)能

39、的研究上做了大量的工作，他們提出采用系留于地面的旋翼機(jī)在空中進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電，并研制了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，進(jìn)行了低空發(fā)電研究，取得了許多有益的成果。用于空中發(fā)電的旋翼機(jī)采用框架結(jié)構(gòu)，上面并列安裝的兩個旋翼以相對轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)，整個旋翼機(jī)由纜繩系留至地面。作用在旋翼上的風(fēng)使其產(chǎn)生升力并帶動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能由傳輸電纜傳送到地面站。旋翼在這里起到了兩個作用：發(fā)電和給系統(tǒng)提供足夠的升力。當(dāng)風(fēng)速較低時，懸翼產(chǎn)生的升力不足以使發(fā)電平臺升在空中，這時可通過傳輸電纜從地面向系統(tǒng)傳送電能，從而使旋翼機(jī)以電動直升機(jī)方式運(yùn)行，以產(chǎn)生足夠的升力。因此，安裝在發(fā)電平臺上的電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作為電動機(jī)運(yùn)行。這種發(fā)電

40、方式能充分利用高空中的風(fēng)能，發(fā)電系統(tǒng)的容量系數(shù)比地面上的風(fēng)電站高的多，很有發(fā)展前景。 目前，已對兆瓦級的空中發(fā)電系統(tǒng)作過初步設(shè)計。系統(tǒng)在距地面km的空中運(yùn)行，裝在旋翼機(jī)上的兩臺旋翼，直徑各為35m，發(fā)電系統(tǒng)的容量系數(shù)可高達(dá)67%，大大超過地面上的數(shù)據(jù)。由于發(fā)電系統(tǒng)在空中運(yùn)行，要求電機(jī)的重量盡可能的輕。因此，為使發(fā)電系統(tǒng)具有兆瓦級的功率，電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)在10000r/min以上。為此，可考慮采用機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、堅固可靠的開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)、無刷雙饋電機(jī)系統(tǒng)等。 （二）飛輪儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用 由于風(fēng)力大小和方向以及負(fù)荷是隨機(jī)變化的,為了獲得最佳電能質(zhì)量和提高風(fēng)能利用率,以滿足負(fù)荷需要,風(fēng)力發(fā)電的

41、控制方式和儲能運(yùn)行方式一直是人們注意的焦點(diǎn).目前研究的風(fēng)力/柴油供電, 風(fēng)力/蓄能供電以及風(fēng)/光混合供電等方式都存在著許多技術(shù)問題.早在50年代就有人提出利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪儲存剩余能量,并設(shè)想將其用于電動力車,但由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制,一直未取得突破性進(jìn)展.90年代以來,由于在以下三個方面取得了突破,給飛輪儲能技術(shù)的應(yīng)用帶來了新的希望:一是超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的研究和真空技術(shù)的配合,把機(jī)械軸的摩擦損耗降到了最低限度;二是高強(qiáng)度的碳素纖維材料(CFPR)問世，允許線速度可達(dá)1000m/s以上，大大增加了飛輪的動能儲量；三是最新電力電子技術(shù)的發(fā)展，給飛輪儲能的電能和動能之間的轉(zhuǎn)換提供了非常好的控制技術(shù)。

42、1. 飛輪儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 飛輪儲能系統(tǒng)主要由三大部分組成：儲存能量用的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、支承轉(zhuǎn)子的軸承兼密封裝置系統(tǒng)、動能/電能轉(zhuǎn)換的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。另外還需要一些附屬系統(tǒng)，如真空、防護(hù)環(huán)和控制器等，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。 2. 飛輪儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用 飛輪儲能技術(shù)是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率大于負(fù)荷功率時，多余的功率供給飛輪儲能轉(zhuǎn)子，此時電動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)處于電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，電能轉(zhuǎn)化為動能；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率大于或等于零但小于負(fù)荷功率時，風(fēng)力機(jī)輸出功率與負(fù)荷功率之差由飛輪儲存的能量提供，此時電動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，動能釋放并轉(zhuǎn)化為電能。飛輪機(jī)組單元可以根據(jù)負(fù)荷和風(fēng)力機(jī)功率

43、大小的具體情況進(jìn)行設(shè)計，其容量可大可小。由于飛輪機(jī)組安裝在用戶附近，所以不受環(huán)境限制，可以埋藏在用戶配電裝置的下面，既安全又少占用空間。飛輪儲能系統(tǒng)的運(yùn)行是典型的周期性運(yùn)行，其壽命可達(dá)15年。 風(fēng)力/飛輪供電系統(tǒng)中，其運(yùn)行狀態(tài)是隨系統(tǒng)負(fù)荷變化和風(fēng)力機(jī)輸出功率而調(diào)整的，主要有電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和空轉(zhuǎn)狀態(tài)三種。若某日負(fù)荷曲線為圖2所示。 若假定風(fēng)力機(jī)輸出功率不變，相應(yīng)的飛輪機(jī)組運(yùn)行時，可以0-8點(diǎn)作為電動機(jī)運(yùn)行，8-16點(diǎn)作為空轉(zhuǎn)運(yùn)行，16-24點(diǎn)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。同理，考慮風(fēng)力機(jī)輸出功率有變化時，可以確定出各時段的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)飛輪機(jī)組作為電動機(jī)運(yùn)行時，飛輪機(jī)組從電力變頻裝置獲得頻率逐漸上升的三相交流電，使飛輪加速，其變頻控制信號是飛輪中安裝轉(zhuǎn)子位置傳感器信號來決定的；當(dāng)飛輪機(jī)組作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，飛輪機(jī)組發(fā)出頻率和幅值均做變化的三相交流電，然后通過微機(jī)控制的高效電能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成頻率為50Hz，幅侄不變的三相交流電；當(dāng)飛輪機(jī)組作空轉(zhuǎn)運(yùn)行時，機(jī)組基本上不吸收電能，也不發(fā)出電能，由于機(jī)組損耗很小，接近于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。綜上所述，