風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課件

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)1風(fēng)力發(fā)電技術(shù)1風(fēng)能和風(fēng)力發(fā)電概述二本課程內(nèi)容三背景介紹一2風(fēng)能和風(fēng)力發(fā)電概述二本課程內(nèi)容三背景介紹一2第一節(jié)概述風(fēng)能是大氣運動形成的一種能源形式，其能量來自于大氣所吸收的太陽能。人類對風(fēng)能的利用歷史久遠(yuǎn)，早在公元10世紀(jì)，波斯就出現(xiàn)了水平轉(zhuǎn)動的風(fēng)磨。3第一節(jié)概述風(fēng)能是大氣運動形成的一種能源形式，其能量來自公元12世紀(jì)，歐洲開始使用風(fēng)車抽水、碾磨谷物，此后風(fēng)車一直是主要的動力機(jī)械之一。4公元12世紀(jì)，歐洲開始使用風(fēng)車抽水、碾磨谷物，此后風(fēng)車一直是我國開始利用風(fēng)能作為動力大約在13世紀(jì)中葉?，F(xiàn)在所說的風(fēng)能利用主要是指風(fēng)力發(fā)電。采用風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電的設(shè)想始于1890年丹麥的一項風(fēng)力發(fā)電計劃，到1918年丹麥已經(jīng)投入運行了120臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)。5我國開始利用風(fēng)能作為動力大約在13世紀(jì)中葉。5風(fēng)力發(fā)電走向規(guī)模化應(yīng)用還是在20世紀(jì)90年代以后，風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)容量開始以每年平均20%以上的速度增長，已成為世界上各種能源中增長最快的一種。據(jù)統(tǒng)計，2007年底，全球風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量19791MW，總裝機(jī)容量達(dá)到94005MW，比2006年增加了27%，風(fēng)力發(fā)電的總量已占全球電力消費總量的1%以上。6風(fēng)力發(fā)電走向規(guī)?；瘧?yīng)用還是在20世紀(jì)90年代以后，風(fēng)力發(fā)電的我國風(fēng)能資源非常豐富。2006年國家氣候中心研究結(jié)果表明，我國陸地10米高度層可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量除青藏高原外總量約為25億kW，海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量約為7.5億kW，共計約32.5億kW。我國風(fēng)電開發(fā)的空間十分巨大。目前，風(fēng)力發(fā)電只占在全國電力裝機(jī)總?cè)萘康?.2%。而根據(jù)國家發(fā)改委的長期產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，2020年10000萬kW，占全國電力總裝機(jī)的2%。7我國風(fēng)能資源非常豐富。2006年國家氣候中心研究結(jié)果表明，一、世界風(fēng)能發(fā)電概述20世紀(jì)末，由于能源危急和全球環(huán)境保護(hù)的影響，歐洲、美國及亞洲的印度、中國風(fēng)力發(fā)電出現(xiàn)強(qiáng)勁勢頭，其中丹麥的風(fēng)電量已經(jīng)超過了總發(fā)電量的20%。目前，歐洲最大的風(fēng)力發(fā)電國是德國，西班牙居第二。全球風(fēng)力發(fā)電保持高速發(fā)展的勢頭，預(yù)計到2010年，全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總量可以達(dá)到160GW。8一、世界風(fēng)能發(fā)電概述20世紀(jì)末，由于能源危急和全球環(huán)境保護(hù)的風(fēng)力發(fā)電快速增長的原因在于兩個方面：一是經(jīng)濟(jì)發(fā)展對電力需求的快速增長和可持續(xù)發(fā)展的要求；二是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了發(fā)電價格不斷降低。風(fēng)電價格不斷降低的同時，化石燃料的價格呈總體上升趨勢，加之環(huán)保和二氧化碳減排的要求，化石燃料發(fā)電的價格總體是上漲的。因此風(fēng)力發(fā)電將稱為21世紀(jì)重要的能源形式之一。9風(fēng)力發(fā)電快速增長的原因在于兩個方面：一是經(jīng)濟(jì)發(fā)展對電力需求的就風(fēng)能資源的儲量來說，地球上風(fēng)力資源的利用才剛剛開始，發(fā)電技術(shù)的發(fā)展就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的發(fā)展。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在葉片材料、氣體動力學(xué)特性、控制方式等方面不斷進(jìn)步的同時，主要是向大型化的方向發(fā)展。世界風(fēng)能市場上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要供應(yīng)商來自歐洲和美國，其中丹麥一直居世界領(lǐng)先地位，占全部市場份額的60%以上。10就風(fēng)能資源的儲量來說，地球上風(fēng)力資源的利用才剛剛開始，發(fā)電技德國一直引領(lǐng)著世界風(fēng)電市場的發(fā)展。德國2006年底發(fā)電裝機(jī)容量2194MW，是目前世界上發(fā)電裝機(jī)容量最多和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)最先進(jìn)的國家。德國風(fēng)力發(fā)電的制造技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模都處于世界領(lǐng)先水平，目前世界上在運行的最大的商用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就產(chǎn)自德國。德國EnerconE112型風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大輸出功率達(dá)到6MW,風(fēng)力發(fā)電機(jī)全高186m,風(fēng)輪直徑為114m，切出風(fēng)速為28~34m/s，是目前世界上最大的風(fēng)輪機(jī)。11德國一直引領(lǐng)著世界風(fēng)電市場的發(fā)展。德國2006年底發(fā)電裝機(jī)容丹麥和西班牙----緊隨德國之后丹麥和西班牙的風(fēng)電也在高速發(fā)展。西班牙的2006年裝機(jī)容量達(dá)到11.6GW，欲挑戰(zhàn)德國爭奪歐洲之冠的地位。丹麥已經(jīng)成功地用風(fēng)電來滿足國內(nèi)23%的電力需求，是世界上風(fēng)電貢獻(xiàn)率最高的國家。丹麥在風(fēng)電機(jī)組制造、風(fēng)能資源評價和風(fēng)電場接入電網(wǎng)等領(lǐng)域的技術(shù)均居世界領(lǐng)先地位。12丹麥和西班牙----緊隨德國之后12美國的風(fēng)力發(fā)電美國的風(fēng)能資源豐富，據(jù)估算，如果全部開發(fā)美國三個州(得克薩斯州等)的風(fēng)電就可以滿足全美的電力需求。在美國，風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)很有競爭力，其成本相等甚至低于傳統(tǒng)電力的平均價格。目前，美國最大的風(fēng)電場是位于德克薩斯州的馬谷風(fēng)能中心，該中心建有421臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量達(dá)到735MW，于2006年9月全部建成。美國新建風(fēng)電場普遍使用GE公司1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其次是西門子公司的2.3MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)。13美國的風(fēng)力發(fā)電13印度--發(fā)展中國家的先鋒從20世紀(jì)80年代起，印度就啟動了風(fēng)電項目。在20世紀(jì)90年代后期印度風(fēng)電市場一度低靡，但最近卻開始復(fù)蘇。截至2006年底，風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)6270MW，印度已經(jīng)成為全球第五大風(fēng)電生產(chǎn)國。在過去幾年，政府積極推動風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鼓勵大型私有和公有企業(yè)投資，并同時給予當(dāng)?shù)刂圃旎赝瑯拥恼呒?。在印度，有的公司現(xiàn)在已經(jīng)可以生產(chǎn)70%的風(fēng)電機(jī)組零件，不需要從主要的歐洲制造商進(jìn)口，從而大大降低了風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)成本，并給當(dāng)?shù)貏?chuàng)造出額外的就業(yè)機(jī)會。印度還建立了兩百多個風(fēng)力監(jiān)測站，為風(fēng)能資源的開發(fā)利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。14印度--發(fā)展中國家的先鋒14二、我國風(fēng)力發(fā)電概況我國的風(fēng)電事業(yè)起步較晚，在20世紀(jì)末，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制造還主要在于簡單的小型家用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的風(fēng)電裝機(jī)容量開始快速增長，2006年底，裝機(jī)容量上升到將近260萬kW。我國國土面積遼闊，風(fēng)能資源豐富，目前風(fēng)電裝機(jī)容量還相對較低。規(guī)劃預(yù)計到2010年風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到2500萬kW,2020年風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到10000萬kW。15二、我國風(fēng)力發(fā)電概況我國的風(fēng)電事業(yè)起步較晚，在20世紀(jì)末，風(fēng)中國的風(fēng)能資源主要集中在兩個帶狀地區(qū),一條是“三北(東北、華北、西北)地區(qū)豐富帶”,其風(fēng)能功率密度在200瓦/平方米～300瓦/平方米以上,有的可達(dá)500瓦/平方米以上,如阿拉山口、達(dá)坂城、輝騰錫勒、錫林浩特的灰騰梁等,這些地區(qū)每年可利用風(fēng)能的小時數(shù)在5000小時以上，有的可達(dá)7000小時以上。從新疆到東北,面積大、交通方便、地勢平,風(fēng)速隨高度增加很快，三北地區(qū)風(fēng)能在上百萬千瓦的場地有四五個,這是歐洲沒法比的。而這個地帶的缺點是建網(wǎng)少,發(fā)出的電上不了網(wǎng)。一條是東部沿海風(fēng)帶，主要位于沿海幾十公里的大陸海岸和海道，其風(fēng)能資源比三北風(fēng)帶還好，海道煤和石油依靠大陸，電力聯(lián)網(wǎng)困難，發(fā)展發(fā)電迫在眉睫。16中國的風(fēng)能資源主要集中在兩個帶狀地區(qū),一條是“三北(東北、華1717中國現(xiàn)代風(fēng)電技術(shù)的開發(fā)利用始于20世紀(jì)70年代，0.1～15kW離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開始試驗、示范、應(yīng)用推廣?！傲濉薄ⅰ捌呶濉?、“八五”期間，國家和地方政府把22kW、30kW、55kW、75kW、120kW、200kW風(fēng)電機(jī)組列入重點科技攻關(guān)項目，但由于諸多原因，都未商業(yè)化運行。規(guī)模化的風(fēng)力發(fā)電場80年代后期投入運行。18中國現(xiàn)代風(fēng)電技術(shù)的開發(fā)利用始于20世紀(jì)70年代，0.1～15截至2006年底，我國除臺灣外累計安裝風(fēng)電機(jī)組3311臺，裝機(jī)容量259.9萬kW,共建設(shè)91個風(fēng)電場，分布在16個省。19截至2006年底，我國除臺灣外累計安裝風(fēng)電機(jī)組3311臺，裝“九五”期間，并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組得到快速發(fā)展。定槳距失速型200kW、250kW、300kW、600kW風(fēng)電機(jī)組；變槳距雙速型600kW風(fēng)電機(jī)組；中國一拖和西班牙Made合資建立一拖美德風(fēng)電設(shè)備公司，生產(chǎn)660kW風(fēng)電機(jī)組；中國西航和德國Nordex合作建立西安維德風(fēng)電設(shè)備公司，生產(chǎn)600kW風(fēng)電機(jī)組。20“九五”期間，并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組得到快速發(fā)展。20“十五”期間，國家提出研制“兆瓦級風(fēng)電機(jī)組”的攻關(guān)目標(biāo)，有如下3個課題： 1.3MW定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組 1MW雙饋型變速恒頻風(fēng)電機(jī)組 1.2MW直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)電機(jī)組21“十五”期間，國家提出研制“兆瓦級風(fēng)電機(jī)組”的攻關(guān)目標(biāo)，有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)過二十余年的發(fā)展，容量從十千瓦級增大到兆瓦級，從90年代定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組為主導(dǎo)機(jī)型，向變速變距型風(fēng)電機(jī)組為主流機(jī)型的方向發(fā)展，且隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變速恒頻的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成了風(fēng)力發(fā)電的大勢所趨。兆瓦級機(jī)組的市場份額1997年及以前還不到10%，2001年則超過一半，2002年達(dá)到62.1%。風(fēng)電裝機(jī)容量約以平均每年增幅30%的速度在增長，成為增長速度最快的清潔能源。22風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)過二十余年的發(fā)展，容量從十千瓦級增大到兆瓦級，新疆達(dá)坂城是我國最早建設(shè)規(guī)模化風(fēng)電場的地區(qū)，于1989年建成的達(dá)坂城風(fēng)電一場是我國第一個風(fēng)能發(fā)電場，所有設(shè)備全部從丹麥引進(jìn)。23新疆達(dá)坂城是我國最早建設(shè)規(guī)?；L(fēng)電場的地區(qū)，于1989年建成廣東省南澳島風(fēng)電場是我國第一個海島風(fēng)電場。南澳島是廣東唯一一個島縣，東南季風(fēng)長，風(fēng)力資源豐富，風(fēng)況屬世界最佳之列。到2005年底，裝機(jī)容量達(dá)到5.6萬kW，是亞洲最大的海島風(fēng)電場。24廣東省南澳島風(fēng)電場是我國第一個海島風(fēng)電場。南澳島是廣東唯一一2007年6月，我國最大的風(fēng)電場是內(nèi)蒙古的輝騰錫勒風(fēng)電場，總裝機(jī)容量189MW，為第29界奧運會輸送綠色電力。同時還有兩個風(fēng)電項目在建，到2010年將建成百萬千瓦級的風(fēng)電場。252007年6月，我國最大的風(fēng)電場是內(nèi)蒙古的輝騰錫勒風(fēng)電場，總官廳位于北京市官廳水庫南岸，是北京主要的風(fēng)口之一，一期項目總裝機(jī)容量49.5MW，2007年底竣工、并網(wǎng)發(fā)電，生產(chǎn)的電能直接輸入北京電網(wǎng)，供給市民和奧運場館使用。建設(shè)現(xiàn)場26官廳位于北京市官廳水庫南岸，是北京主要的風(fēng)口之一，一期項目總?cè)?、我國風(fēng)力發(fā)電工業(yè)的現(xiàn)狀我國在20世紀(jì)50年代開始風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研制。目前大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還依靠進(jìn)口。與國際水平相比，我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量較小，關(guān)鍵部件需要進(jìn)口，整機(jī)質(zhì)量還有差距。我國在海上發(fā)電的資源勘察、設(shè)備制造、施工安裝工藝和運行管理方面還比較落后。27三、我國風(fēng)力發(fā)電工業(yè)的現(xiàn)狀我國在20世紀(jì)50年代開始風(fēng)力發(fā)電2007年，國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠家通過引進(jìn)技術(shù)、合資、合作方式，可以批量生產(chǎn)600kW、660kW和750kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，同時也研發(fā)了兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。2006年10月，我國首臺自主研制的1.5MW變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在沈陽華創(chuàng)風(fēng)能有限公司正式出廠。對于我國實現(xiàn)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的國產(chǎn)化具有重要意義，1.5MW變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制填補(bǔ)了我國該項技術(shù)的空白。282007年，國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠家通過引進(jìn)技術(shù)、合資、合作1.5MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

291.5MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組292MW永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組

302MW永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組30我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的自主研發(fā)道路還十分漫長，一些領(lǐng)域與國外先進(jìn)水平差距甚至在拉大。我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應(yīng)該是以我為主，中外合作，通過合資、合作的方式引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，同時大力開展風(fēng)電領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，逐步形成風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的自主研發(fā)能力。31我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的自主研發(fā)道路還十分漫長，一些領(lǐng)域與國外先進(jìn)水平四、風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點以及負(fù)面影響

風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點風(fēng)能是可再生能源形式，有利于可持續(xù)發(fā)展。有利于環(huán)境保護(hù)。隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨成熟，風(fēng)電成本越來越低，可以和其他能源形式相競爭。32四、風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點以及負(fù)面影響風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點32風(fēng)力發(fā)電的負(fù)面影響間接的不可再生能源利用和污染物排放。機(jī)組生產(chǎn)過程中造成的污染物的排放是風(fēng)電的間接污染物排放。風(fēng)電可能對鳥類造成傷害噪聲問題對無線電通信的干擾安全問題，葉片折斷傷人等33風(fēng)力發(fā)電的負(fù)面影響33五、并網(wǎng)發(fā)電風(fēng)力機(jī)的總發(fā)電成本的影響因素投資成本成是影響風(fēng)力發(fā)電成本的主要因素，投資成本包括制造加工費、基建費等系統(tǒng)壽命運行費和維修成本風(fēng)系特性。風(fēng)能潛力與風(fēng)速的三次方成正比，平均風(fēng)速高則電站經(jīng)濟(jì)性好系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率技術(shù)利用率，即正常發(fā)電時間在一年中占的比例34五、并網(wǎng)發(fā)電風(fēng)力機(jī)的總發(fā)電成本的影響因素投資成本成是影響風(fēng)力第二節(jié)風(fēng)能和風(fēng)力發(fā)電一、風(fēng)能風(fēng)能是一種無污染的、可再生的能源，取之不盡，用之不竭，分布廣泛，但能量密度相對較低，具有時空上的不穩(wěn)定行。研究風(fēng)能的利用離不開對風(fēng)的特性描述，風(fēng)的最大特性是他的變化性。對于風(fēng)能的利用來講，我們主要關(guān)心風(fēng)速和風(fēng)向。35第二節(jié)風(fēng)能和風(fēng)力發(fā)電一、風(fēng)能35風(fēng)速的特性風(fēng)速是指空氣的移動速度，即單位時間內(nèi)空氣微團(tuán)移動的距離。瞬時風(fēng)速稱為有效風(fēng)速，即實際發(fā)生作用的風(fēng)速，通常指很短時間間隔內(nèi)的風(fēng)速。平均風(fēng)速是很長時間內(nèi)風(fēng)速的平均值，實際上是在較長時間范圍內(nèi)，多次風(fēng)速測量的平均值，即36風(fēng)速的特性36風(fēng)速頻率風(fēng)速頻率是風(fēng)速在一年內(nèi)或一個月內(nèi)中所出現(xiàn)的時間分布。在計算風(fēng)速頻率是，通常把風(fēng)速的間隔定為1m/s，依次劃分風(fēng)速區(qū)間，較長觀測時間內(nèi)各種風(fēng)速吹風(fēng)時數(shù)與該時間間隔內(nèi)吹風(fēng)總數(shù)的百分比就是風(fēng)速頻率分布。風(fēng)速頻率是確定風(fēng)能電站年工作時數(shù)的基本數(shù)據(jù)。37風(fēng)速頻率37

風(fēng)能“玫瑰”。風(fēng)速是矢量，既有大小，也有方向。風(fēng)速的大小隨時變化，其方向也是不穩(wěn)定的。在一段時間內(nèi)，風(fēng)速在不同的方向上出現(xiàn)的時間稱為風(fēng)速在該方向上的方向頻率。方向頻率與該方向上平均風(fēng)速的三次方的乘積沿個方向的分布即為風(fēng)能“玫瑰”。根據(jù)玫瑰圖可以看出哪個方向上的風(fēng)具有優(yōu)勢38風(fēng)能“玫瑰”。38風(fēng)能的能量密度39風(fēng)能的能量密度39

風(fēng)能資源的分布按照風(fēng)能資源的多少可以劃分成這樣幾個區(qū)域：最大風(fēng)能資源區(qū)。我國的最大陸上風(fēng)能資源區(qū)是東南沿海一帶及其島嶼，這一帶的面積相對較小，只在由海岸向內(nèi)陸幾十公里的范圍內(nèi)才有較大的風(fēng)能資源。次最大風(fēng)能資源區(qū)。為內(nèi)蒙古和甘肅北部。這一帶面積遼闊，終年在西風(fēng)帶的控制之下，適合大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電，是我國最大的風(fēng)能資源區(qū)。40風(fēng)能資源的分布40大風(fēng)能資源區(qū)。黑龍江和吉林省北部、遼東半島的沿海區(qū)。較大風(fēng)能資源區(qū)。除了上述地區(qū)以外的三北北部、青藏高原和其他沿海地區(qū)，其中青藏高原風(fēng)速全年出現(xiàn)時間可達(dá)6500h，但由于海拔高，空氣密度小，風(fēng)能密度也小。最小風(fēng)能資源區(qū)。云、貴、川地區(qū)，陜西南部，河南南部，湖南南部，福建、兩廣地區(qū)及塔里木盆地。其中西雙版納和四川盆地的風(fēng)能最小，只有部分山頂和峽谷等特殊地形的地區(qū)才可能進(jìn)行風(fēng)能利用。41大風(fēng)能資源區(qū)。黑龍江和吉林省北部、遼東半島的沿海區(qū)。414242二、風(fēng)力發(fā)電目前風(fēng)力發(fā)電可分為兩種方式：離網(wǎng)型的小型分散風(fēng)力發(fā)電裝置。這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率小，風(fēng)速適應(yīng)范圍廣，生產(chǎn)技術(shù)成熟，適合家庭和邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型用電負(fù)荷點。考慮到風(fēng)能的不連續(xù)性，通常需要配置蓄電池。并網(wǎng)型大型風(fēng)力發(fā)電裝置。是風(fēng)力發(fā)電規(guī)?；玫闹饕绞?，最大的功率已經(jīng)達(dá)到6MW。丹麥、德國是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)技術(shù)比較領(lǐng)先的國家。43二、風(fēng)力發(fā)電目前風(fēng)力發(fā)電可分為兩種方式：43風(fēng)力發(fā)電的價值風(fēng)電的當(dāng)量燃料價值。風(fēng)能進(jìn)入電網(wǎng)，其他發(fā)電裝置就可以少發(fā)電，從而節(jié)省燃料。風(fēng)電的容量價值。電力系統(tǒng)要求有必要的備用容量儲備，風(fēng)力機(jī)組同樣也有容量價值。減少污染物和溫室氣體的排放。通過風(fēng)力發(fā)電所能節(jié)省的燃料、容量和排放費用，可以計算出風(fēng)力發(fā)電的價值。44風(fēng)力發(fā)電的價值44風(fēng)力發(fā)電裝置風(fēng)力發(fā)電裝置包括風(fēng)輪機(jī)（風(fēng)力機(jī)）、傳動變速機(jī)構(gòu)和發(fā)電機(jī)三個主要部分。其中風(fēng)輪機(jī)是發(fā)電裝置的核心，風(fēng)輪機(jī)大體上分為兩種：槳葉繞水平軸轉(zhuǎn)動的翼式風(fēng)輪機(jī)槳葉繞垂直軸轉(zhuǎn)動的風(fēng)輪機(jī)實際上，目前并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)輪機(jī)主要是三葉式繞水平軸轉(zhuǎn)動的翼式風(fēng)輪機(jī)。45風(fēng)力發(fā)電裝置45水平軸的翼式風(fēng)力發(fā)電裝置主要由以下幾個部分組成：葉輪。也稱風(fēng)輪，將流體的運動動能轉(zhuǎn)換成軸功向外傳遞。葉片的設(shè)計需要滿足幾項要求：對特定的風(fēng)速具有最大的轉(zhuǎn)換效率；最大功率輸出在限制范圍內(nèi)，以保護(hù)發(fā)電機(jī)；可承受最大風(fēng)荷和長期疲勞負(fù)荷；避免出現(xiàn)共振；質(zhì)量小，價格低。46水平軸的翼式風(fēng)力發(fā)電裝置主要由以下幾個部分組成：46偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和風(fēng)向標(biāo)風(fēng)速不斷變化，風(fēng)輪葉片正對來風(fēng)方向，才能輸出最大的風(fēng)能。小型風(fēng)輪機(jī)用尾舵來調(diào)整方向，大型風(fēng)輪機(jī)普遍采用偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對風(fēng)輪方向進(jìn)行精確控制。傳動機(jī)構(gòu)一般包括低速軸、高速軸、增速齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)和剎車裝置。齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最重最昂貴的部件，因此，很多工程師都在努力探索和研制由風(fēng)輪機(jī)直接驅(qū)動的低速發(fā)電機(jī)。47偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和風(fēng)向標(biāo)47塔架風(fēng)速隨著高度的增加而增大，因此較高的塔架可以是風(fēng)輪機(jī)獲得更多的風(fēng)能。發(fā)電機(jī)為了與電網(wǎng)頻率保持一致，通常的發(fā)電機(jī)組采用：恒速恒頻系統(tǒng)，利用風(fēng)能的份額小；變速恒頻系統(tǒng)，是目前風(fēng)能發(fā)電的重要發(fā)展方向。風(fēng)速儀和控制器在風(fēng)速范圍內(nèi)控制器進(jìn)行風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，如風(fēng)速達(dá)到或超過啟動風(fēng)速，控制器啟動風(fēng)輪機(jī)；如風(fēng)速達(dá)到或超過切出風(fēng)速，控制器關(guān)閉風(fēng)輪機(jī)。48塔架48三、風(fēng)電場建設(shè)風(fēng)電場除了要考慮風(fēng)速條件外，還要綜合考慮場地狀況、道路狀況、接入電網(wǎng)的條件等因素。一個完整的風(fēng)電場項目，一般包括以下幾個步驟:風(fēng)電場選址項目可行性評估項目準(zhǔn)備風(fēng)電場建設(shè)風(fēng)電場運行和維護(hù)風(fēng)電場退役、場地恢復(fù)49三、風(fēng)電場建設(shè)風(fēng)電場除了要考慮風(fēng)速條件外，還要綜合考

風(fēng)電場選址一般需要考慮以下一些因素：風(fēng)能資源。主要考慮年平均風(fēng)速，風(fēng)速頻率，年發(fā)電量和容量系數(shù)。容量系數(shù)：發(fā)電機(jī)組的年度電能凈輸出，與風(fēng)電機(jī)組額定容量與全年運行8760h的乘積比值稱為風(fēng)電機(jī)組的容量系數(shù)。50風(fēng)電場選址50風(fēng)電場場地狀況場地應(yīng)該開闊，地質(zhì)條件好，便于大規(guī)模開發(fā)。交通運輸方便并網(wǎng)條件好距離電網(wǎng)越近，并網(wǎng)投資越少，線損和壓降也越小。不利氣象條件和環(huán)境的影響這些不利因素可能影響發(fā)電機(jī)組的壽命。土地征用和環(huán)境影響51風(fēng)電場場地狀況51風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型和布置風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的選型單機(jī)容量越大，風(fēng)能利用越高，但是，單機(jī)容量增大的同時價格也隨著增加，大容量的機(jī)組技術(shù)投入多而產(chǎn)量較小，成本偏高，所以總體來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量價格隨著單機(jī)容量的變化呈U字形曲線，國內(nèi)目前性價比較高的仍然是兆瓦級以下的機(jī)組。但單機(jī)大容量仍然是發(fā)展趨勢。52風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型和布置52風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的布置首先根據(jù)風(fēng)能玫瑰圖確定主導(dǎo)風(fēng)向，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排列應(yīng)與主導(dǎo)風(fēng)向垂直。對于開闊、平坦的場地，上游風(fēng)力發(fā)電機(jī)組會對下游風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生干擾，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以布置成有利于加大風(fēng)速的地形，采用單排布置或者多排差排布置方式。53風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的布置53風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行和安全性風(fēng)電場中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在工作期間可能處于如下狀態(tài)之一：正常工作狀態(tài)暫停狀態(tài)停機(jī)狀態(tài)緊急停機(jī)狀態(tài)每種工作狀態(tài)都可看作是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一個活動層次，運行狀態(tài)處在最高層次，緊急故障狀態(tài)處在最低層次。54風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行和安全性54運行控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的常規(guī)控制系統(tǒng)，此外，還有一套獨立于運行控制系統(tǒng)的安全系統(tǒng)。安全系統(tǒng)的任務(wù)是在出現(xiàn)嚴(yán)重問題或檢測到潛在嚴(yán)重問題時保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，使之處于安全狀態(tài)。保護(hù)動作通常是緊急剎車，使風(fēng)輪機(jī)停止工作。安全系統(tǒng)必須獨立于控制系統(tǒng)，而且具有高度的可靠性和自動故障免除性。為了保證安全，必須配備兩套以上的剎車系統(tǒng)，而且各自的工作方式和動力源必須不同。55運行控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的常規(guī)控制系統(tǒng)，此外，還有一套獨立

風(fēng)電對電網(wǎng)運行的影響風(fēng)速和風(fēng)向總是隨機(jī)變化，因此風(fēng)能的特點是具有不穩(wěn)定性，使得風(fēng)電場的輸出功率有波動性，從而影響局部的電能質(zhì)量。風(fēng)電容量到達(dá)一定程度后，會引起電壓不穩(wěn)，特別電網(wǎng)較大波動的時候，可能導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從電網(wǎng)解鏈，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致電網(wǎng)瓦解。56風(fēng)電對電網(wǎng)運行的影響56風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的不利影響可以通過超導(dǎo)儲能技術(shù)加以改善。超導(dǎo)儲能系統(tǒng)是一種新的儲能方式，代表著柔性交流輸電技術(shù)的發(fā)展方向，也可以吸收或釋放有功和無功，快速相應(yīng)電網(wǎng)系統(tǒng)的需求信號。相對與一般發(fā)電廠，風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般采用異步機(jī)，需要吸收電網(wǎng)無功來建立磁場，從而在并網(wǎng)后對局部電網(wǎng)的電壓水平有明顯的影響。57風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的不利影響可以通過超導(dǎo)儲能技術(shù)加以改善。超導(dǎo)儲第三節(jié)風(fēng)輪機(jī)的基本理論一、理想風(fēng)輪機(jī)的能量利用1919年，德國物理學(xué)家貝茲首次提出貝茲法則：如果采用風(fēng)輪機(jī)，只能把不足16/27的風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。假設(shè)風(fēng)輪是理想的，且由無限多葉片組成，氣流通過風(fēng)輪時也沒有阻力。此外，假定氣流經(jīng)過整個掃風(fēng)面是均勻的，氣流通過風(fēng)輪前后的速度方向為軸向。理想的風(fēng)輪的氣流模型如圖所示。58第三節(jié)風(fēng)輪機(jī)的基本理論一、理想風(fēng)輪機(jī)的能量利用58595960606161這就是著名的貝茲理論，他說明風(fēng)輪從自然界中獲得的能量是有限的，理論上最大值為0.593，損失部分可解釋為留在尾跡中的氣流旋轉(zhuǎn)動能。62這就是著名的貝茲理論，他說明風(fēng)輪從自然界中獲得的能量是有限的二、風(fēng)輪機(jī)的空氣動力特性風(fēng)能利用系數(shù)Cp風(fēng)能利用系數(shù)定義為風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)輪能夠從自然風(fēng)能中吸收的能量與輸入風(fēng)能之比。風(fēng)能利用系數(shù)可表示為63二、風(fēng)輪機(jī)的空氣動力特性63理想的風(fēng)能利用系數(shù)Cp的最大值是0.593，即貝茲理論的極限值。Cp值越大，表示風(fēng)輪機(jī)能夠從自然界中獲得的能量百分比越大，風(fēng)輪機(jī)的效率越高，即風(fēng)輪機(jī)對風(fēng)能的利用率也越高。對實際有用的風(fēng)輪機(jī)來說，風(fēng)能利用系數(shù)主要取決與風(fēng)輪葉片的氣動和機(jī)構(gòu)設(shè)計及制造工藝水平。如高性能螺旋槳式風(fēng)力機(jī)，其Cp值一般是0.45，而阻力型風(fēng)輪機(jī)只有0.15左右。64理想的風(fēng)能利用系數(shù)Cp的最大值是0.593，即貝茲理論的極限葉尖速比65葉尖速比65風(fēng)能利用系數(shù)和無因次數(shù)隨葉尖速比變化的曲線構(gòu)成風(fēng)輪機(jī)空氣動力特性曲線66風(fēng)能利用系數(shù)和無因次數(shù)隨葉尖速比變化的曲線三、風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計風(fēng)輪機(jī)的工程設(shè)計是根據(jù)功率要求，安裝選用的葉輪形式和相應(yīng)的風(fēng)輪機(jī)特性曲線，計算風(fēng)輪的半徑和轉(zhuǎn)速。67三、風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計676868設(shè)計步驟：（1）根據(jù)風(fēng)輪機(jī)特性曲線查取最優(yōu)風(fēng)能利用系數(shù)和葉尖速比配合（2）由Cp確定風(fēng)輪機(jī)半徑（3）確定風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速69設(shè)計步驟：69四、風(fēng)輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和能量控制風(fēng)輪機(jī)的機(jī)構(gòu)風(fēng)輪機(jī)設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)包括：風(fēng)輪機(jī)槳葉：通常采用３個或兩個槳葉。輪轂：槳葉安裝在輪轂上，輪轂與低速軸相連接。低速傳動軸：轉(zhuǎn)速通常較低，內(nèi)部的液壓傳動系統(tǒng)與輪轂內(nèi)的液壓裝置相連用于調(diào)節(jié)槳葉。齒輪箱：與低速軸和高速軸相連接高速軸：通常轉(zhuǎn)速在1500r/min左右，與發(fā)電機(jī)相連，配有剎車裝置。機(jī)械剎車裝置：用于制動，必要時用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。70四、風(fēng)輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和能量控制70風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙內(nèi)的組成

71風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙內(nèi)的組成71發(fā)電機(jī)：輸出電壓一般為690V,發(fā)電功率在500~1500kW,并朝大容量方向發(fā)展。電子控制裝置：監(jiān)測風(fēng)輪機(jī)運行狀況，并自動實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，故障時實現(xiàn)自動停機(jī)。冷卻系統(tǒng)：冷卻發(fā)電機(jī)。機(jī)塔：用于支撐風(fēng)輪機(jī)。通常高度越高，風(fēng)速越大，風(fēng)況越好，需要更高的機(jī)塔。偏轉(zhuǎn)裝置：保持風(fēng)輪機(jī)在迎風(fēng)方向。風(fēng)速風(fēng)向測量系統(tǒng)：與控制裝置相連，實現(xiàn)風(fēng)輪機(jī)切入和切出的啟停控制。72發(fā)電機(jī)：輸出電壓一般為690V,發(fā)電功率在500~1500k風(fēng)輪機(jī)的能量控制風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計思想是盡可能便宜的產(chǎn)生電能。風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計是基于目標(biāo)風(fēng)場的風(fēng)速條件，因此風(fēng)輪機(jī)一般被設(shè)計成在風(fēng)速為8~15m/s時具有最佳的性能，即有最大的電能產(chǎn)出。而不是花費心思把風(fēng)機(jī)設(shè)計在強(qiáng)風(fēng)是有最多電能產(chǎn)出，因為強(qiáng)風(fēng)天氣不多見。因此在強(qiáng)風(fēng)天氣時必須浪費多余風(fēng)能，以免破壞風(fēng)機(jī)。所以風(fēng)機(jī)設(shè)計有能量控制裝置，安全控制方式有如下幾種。73風(fēng)輪機(jī)的能量控制73可調(diào)契角控制風(fēng)輪機(jī)通過監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電能輸出，調(diào)節(jié)槳葉，使槳葉一次輕微地轉(zhuǎn)過一個角度，改變迎風(fēng)面積，實現(xiàn)能量控制。這種方式通常采用液壓驅(qū)動裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。被動失速控制風(fēng)輪機(jī)被動失速控制風(fēng)輪機(jī)的槳葉被固定，契角不可變。通過適當(dāng)設(shè)計風(fēng)輪機(jī)的槳葉，根據(jù)空氣動力學(xué)原理，當(dāng)實際風(fēng)速達(dá)到某一特點值時，開始出現(xiàn)失速。該方式避免使用復(fù)雜的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)槳葉，但同時出現(xiàn)了復(fù)雜的氣體動力學(xué)設(shè)計難題。74可調(diào)契角控制風(fēng)輪機(jī)74主動失速控制風(fēng)機(jī)越來越多的大型風(fēng)機(jī)在發(fā)展主動失速控制裝置。在低速時為了有足夠大的力矩，采用和可調(diào)契角同樣的控制方式；當(dāng)風(fēng)速增大，發(fā)電機(jī)將要超負(fù)荷時，則與可調(diào)契角控制方式相反，而是通過主動方式達(dá)到槳葉失速，它比被動失速方式更能精確控制能量輸出，另一方面優(yōu)點是它能在強(qiáng)風(fēng)天氣保持額定功率運行，而失速型通常因為失速而使電能輸出降低。它同時也帶來了投資成本和維護(hù)費用的提高。75主動失速控制風(fēng)機(jī)75其他能量控制方法一些老式的風(fēng)輪機(jī)用葉片上的副翼控制轉(zhuǎn)子輸出的能量。一般飛機(jī)上都裝有副翼，通過副翼的轉(zhuǎn)動可以改變機(jī)翼的幾何形狀，從而在飛機(jī)起飛時提供更多的升力。多翼式風(fēng)力機(jī)76其他能量控制方法多翼式風(fēng)力機(jī)76另一種在理論上可行的辦法是使風(fēng)輪機(jī)偏離迎風(fēng)方向，減小風(fēng)能輸入。偏離控制技術(shù)只應(yīng)用在小型機(jī)組上，因為偏離會使轉(zhuǎn)子受周期性變化的力，最終會破壞整個風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)。77另一種在理論上可行的辦法是使風(fēng)輪機(jī)偏離迎風(fēng)方向，減小風(fēng)能輸入當(dāng)風(fēng)速達(dá)到啟動風(fēng)速是，風(fēng)輪機(jī)開始運行，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。隨著風(fēng)速增加發(fā)電機(jī)的功率開始增加。達(dá)到設(shè)計風(fēng)速時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以達(dá)到額定功率。當(dāng)風(fēng)速進(jìn)一步增加時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量控制開始工作，是發(fā)電機(jī)不會超負(fù)荷，而是在額定點附近工作。如果風(fēng)速進(jìn)一步增大超過了能量控制調(diào)節(jié)的范圍，風(fēng)力發(fā)電機(jī)就會實施停機(jī)保護(hù)。典型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率曲線78當(dāng)風(fēng)速達(dá)到啟動風(fēng)速是，風(fēng)輪機(jī)開始運行，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。隨著風(fēng)第四節(jié)風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù)

變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的出現(xiàn)早期風(fēng)電系統(tǒng)中大多采用恒速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)，恒速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，其運行范圍比較窄，因此逐步被后來的變速恒頻系統(tǒng)所取代。變速恒頻指在風(fēng)力發(fā)電過程中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可隨風(fēng)速變化，而通過其他控制方式來得到恒頻電能?？砂凑詹东@最大風(fēng)能的要求,在風(fēng)速變化的情況下實時地調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速,使之始終運行在最佳轉(zhuǎn)速上,從而提高機(jī)組發(fā)電效率,優(yōu)化風(fēng)力機(jī)的運行條件。一、變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)79第四節(jié)風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的出現(xiàn)一、

變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動能。齒輪箱將風(fēng)力機(jī)的低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)運行所需高轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)把風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。發(fā)電機(jī)側(cè)變流器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的變頻交流轉(zhuǎn)換為直流。直流環(huán)節(jié)的電壓控制一般為恒定。網(wǎng)側(cè)變流器使直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗾也ń涣麟?，并能有效的補(bǔ)償電網(wǎng)功率因數(shù)。變壓器把電能變?yōu)楦邏航涣麟姟?0變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)80變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)81變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)81變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類在變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)中，主要有以下幾種風(fēng)電系統(tǒng)：永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子型異步雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)異步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)目前應(yīng)用較為廣泛且較有發(fā)展前景的主要是雙饋式和永磁直驅(qū)式。永磁直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)是未來風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。82變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類82缺點永磁體增加了電機(jī)的成本，永磁物質(zhì)具去磁性，并且電機(jī)的功率因數(shù)不可控。永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點風(fēng)輪與永磁同步發(fā)電機(jī)直接相連，無需升速齒輪箱。轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，無需勵磁繞組，因此不存在勵磁繞組的損耗，提高了效率。轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)，運行更加安全可靠。83缺點永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)83繞線轉(zhuǎn)子型異步雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點減小了逆變器損失，因為逆變器功率只需為整個系統(tǒng)總功率的1/4，這是因為變流器只需要控制轉(zhuǎn)子滑差功率。減小逆變器和電磁噪聲濾波損失。在外部擾動下，雙饋電機(jī)具有更好的魯棒性和可靠性。缺點就是雙饋電機(jī)使用滑環(huán)，需要定期維修，這極為不方便，尤其是用于海上風(fēng)力發(fā)電時。84繞線轉(zhuǎn)子型異步雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)缺點84異步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點異步電機(jī)相當(dāng)結(jié)實，無電刷，可靠，經(jīng)濟(jì)而普遍。整流器可產(chǎn)生用于電機(jī)的可調(diào)勵磁?？焖偎矐B(tài)響應(yīng)。當(dāng)有剩余容量時，逆變器可作為無功或諧波補(bǔ)償器。缺點復(fù)雜的系統(tǒng)控制（FOC），其性能依靠對于電機(jī)參數(shù)的了解，而電機(jī)參數(shù)是隨溫度和頻率而變化。為滿足電機(jī)磁場需要，定子側(cè)變流器容量要比額定功率高30~40%。85異步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)缺點85無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)這種采用無刷雙饋發(fā)電機(jī)的控制方案除了可實現(xiàn)變速恒頻控制，降低變頻器的容量外，還可實現(xiàn)有功、無功功率的靈活控制，對電網(wǎng)而言可起到無功補(bǔ)償?shù)淖饔?。同時發(fā)電機(jī)本身沒有滑環(huán)和電刷，既降低了電機(jī)的成本，又提高了系統(tǒng)運行的可靠性。86無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)同時發(fā)電機(jī)本身沒有滑環(huán)和電刷，既降低了電變速恒頻機(jī)組的控制變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行分三個階段:起動階段。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速從靜止上升到切入速度。在切入速度以下，發(fā)電機(jī)并沒有工作，機(jī)組在風(fēng)力作用下作機(jī)械轉(zhuǎn)動，并不涉及發(fā)電機(jī)變速的控制。在變速運行階段。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速被控制以跟蹤風(fēng)速的變化，從而獲取最大的能量。功率恒定階段。在額定風(fēng)速以上，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械和電氣極限要求轉(zhuǎn)子速度和輸出功率維持在限定值以下。87變速恒頻機(jī)組的控制變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行分三個階段:8變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控制框圖88變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控制框圖88根據(jù)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同區(qū)域的運行將基本控制策略確定為：低于額定風(fēng)速時，通過對變頻器進(jìn)行控制，從而控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，以改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而能在在變速運行區(qū)域跟蹤曲線，風(fēng)力發(fā)電機(jī)受到給定的功率-轉(zhuǎn)速曲線控制，獲得最大能量。風(fēng)力機(jī)在高于額定風(fēng)速時，進(jìn)入功率恒定區(qū)，通過對槳距角和發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的控制，跟蹤曲線，并保持輸出穩(wěn)定。89根據(jù)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同區(qū)域的運行將基本控制策略確定為：8二、基于雙PWM的永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)交-直-交變頻系統(tǒng)

由于風(fēng)速的隨機(jī)性，輸入到發(fā)電機(jī)的能量也在不斷地變化，然而，同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間是剛性耦合的，不可直接并網(wǎng)?，F(xiàn)在一般采取的方法是在同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間采用交-直-交變頻系統(tǒng)，使得這一問題得到解決，該系統(tǒng)有以下優(yōu)點：90二、基于雙PWM的永磁直驅(qū)式90由于采用交-直-交變頻系統(tǒng)，使發(fā)電機(jī)組工作頻率與電網(wǎng)頻率相互獨立，因此不必?fù)?dān)心并網(wǎng)時可能出現(xiàn)的失步問題。發(fā)電機(jī)可以運行在不同轉(zhuǎn)速下，最大限度地捕捉風(fēng)能。采用變頻裝置進(jìn)行輸出控制，并網(wǎng)時沒有電流沖擊，對系統(tǒng)幾乎沒有影響。91由于采用交-直-交變頻系統(tǒng)，使發(fā)電機(jī)組工作頻率與電網(wǎng)頻率相基于雙PWM的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用PWM整流器可以對功率因數(shù)進(jìn)行控制，從而降低了發(fā)電機(jī)的銅耗和鐵耗，并且PWM整流器可提供幾乎為正弦的電流，因而減少了發(fā)電機(jī)側(cè)的諧波電流。直流環(huán)節(jié)并有一大電容，可維持電壓恒定。電網(wǎng)側(cè)串聯(lián)電感可用于濾波。通過控制系統(tǒng)的控制，將永磁電機(jī)發(fā)出的變頻變幅值電壓通過網(wǎng)側(cè)逆變器轉(zhuǎn)化為可用的恒頻電壓，并達(dá)到俘獲最大風(fēng)能的目的。

92基于雙PWM的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用PWM整流器可以對功率基于雙PWM的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)93基于雙PWM的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)93永磁直驅(qū)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制94永磁直驅(qū)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制94

控制方法對于發(fā)電機(jī)側(cè)的整流器，在同步旋轉(zhuǎn)(d,q)坐標(biāo)系中采取電流矢量解耦控制，從而可以獨立控制有功無功電流，實現(xiàn)無靜差控制?？刂平Y(jié)構(gòu)如前圖所示,采用速度外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制方式。其中外環(huán)速度參考值由最大功率點跟蹤算法得出,它根據(jù)發(fā)電機(jī)實際轉(zhuǎn)速和輸出有功功率的變化得出一個最優(yōu)的參考速度，發(fā)電機(jī)在該轉(zhuǎn)速下運行便能獲得最大的能量。95控制方法95參考速度w*與實際電機(jī)速度w相比較，通過比例積分控制器得到有功電流參考iq*。令無功電流參考id=0，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩T=kiq，即發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與有功電流iq成正比，可以通過調(diào)節(jié)iq跟從iq*來控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從而改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速w，保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為給定的最優(yōu)轉(zhuǎn)速的w*。96參考速度w*與實際電機(jī)速度w相比較，通過比例積分控制通過逆變器控制，保持了直流電壓的恒定，使其能穩(wěn)定的向電網(wǎng)輸送電能，并且通過電流內(nèi)環(huán)解耦控制，逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓的頻率始終為一致，在電網(wǎng)正常運行時，當(dāng)無功需求為0時能保持功率因素為一，并且在特殊情況時能向電網(wǎng)提供無功功率。其中給定直流電壓Ud*與實際檢測到的直流連接環(huán)電壓Ud相比較，所得誤差信號經(jīng)比例積分控制器調(diào)節(jié)產(chǎn)生有功參考電流iq*，而無功功率外環(huán)產(chǎn)生無功電流id*。電壓環(huán)外環(huán)控制直流電壓穩(wěn)定，可以使逆變器穩(wěn)定地向電網(wǎng)傳輸功率，而無功功率環(huán)控制逆變器輸出無功功率，從而滿足電網(wǎng)對于無功功率的要求。電流內(nèi)環(huán)依然采用基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的解耦控制，采用比例積分調(diào)節(jié)器作為電流環(huán)的控制器。97通過逆變器控制，保持了直流電壓的恒定，使其能穩(wěn)定的向電網(wǎng)輸送通過電流內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)作用可得到控制整流器所需的電壓信號，采用SPWM調(diào)制法對其進(jìn)行調(diào)制，即信號波與三角載波進(jìn)行比較得開關(guān)信號Su,Sv,Sw對IGBT開關(guān)進(jìn)行關(guān)斷和開通，即可實現(xiàn)控制目的。也可以采用空間矢量PWM調(diào)制法(SVPWM)對其進(jìn)行調(diào)制。無論是在減小電動機(jī)電流諧波損耗，消除轉(zhuǎn)矩波動，提高控制系統(tǒng)性能，還是從逆變器直流側(cè)電壓利用率方面看，采用空間矢量方法調(diào)制都具有明顯的優(yōu)勢。采用Matlab7.0中Simulink根據(jù)PWM整流器的數(shù)學(xué)模型以及控制模型對系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。取仿真參數(shù)為電機(jī)側(cè)交流電壓為500v，頻率為10赫茲，給定直流電壓U*為1300v，電網(wǎng)側(cè)交流電壓為220V，頻率為50赫茲。98通過電流內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)作用可得到控制整流器所需的電壓信號，采用S在PWM控制下實際的直流電壓Udc迅速跟從給定的Udc*=1300V，保持了直流連接電壓為恒定值。仿真結(jié)果99在PWM控制下實際的直流電壓Udc迅速跟從給定的Udc*=1發(fā)電機(jī)輸出的電壓Ueu和電流ieu，其頻率為10赫茲，從圖中可以看出，通過0.06秒時間的調(diào)節(jié)，電流迅速穩(wěn)定下來，與發(fā)電機(jī)輸出電壓相位保持一致，即發(fā)電機(jī)側(cè)的功率因數(shù)為1。100發(fā)電機(jī)輸出的電壓Ueu和電流ieu，其頻率為10赫茲，從圖中電網(wǎng)側(cè)輸出電壓Usa和輸出電流isa，由圖可以看出，經(jīng)過逆變器的控制，輸出電流由原來的10赫茲變?yōu)?0赫茲，與電網(wǎng)頻率完全同步，并且同電網(wǎng)電壓相位也保持一致，功率因數(shù)控制為一。101電網(wǎng)側(cè)輸出電壓Usa和輸出電流isa，由圖可以看出，經(jīng)過逆變在0~0.1秒時，電網(wǎng)側(cè)給定交流電流的幅值大小為給定is*=20A，在0.1秒以后，突然變化為25A。從圖可以看出當(dāng)給定is*發(fā)生變化時，通過直接電流PWM控制，電網(wǎng)電流的幅值能即時從20A變化到25A，跟從給定電流的變化，具有非常好的調(diào)節(jié)效果。102在0~0.1秒時，電網(wǎng)側(cè)給定交流電流的幅值大小為給定is*=

影響隨著越來越多的風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運行，風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的影響也越來越受到人們的廣泛關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電原動力是不可控的，它的出力大小決定于風(fēng)速的狀況。從電網(wǎng)的角度看，并網(wǎng)運行的風(fēng)電機(jī)組相當(dāng)于一個具有隨機(jī)性的擾動源，會對電網(wǎng)電能質(zhì)量和穩(wěn)定性等方面造成影響。(1)電壓波動和閃變(2)諧波污染問題(3)對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響三、風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響103影響三、風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響103改善風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)性能的一些措施靜止無功補(bǔ)償器(SVC)利用靜止無功補(bǔ)償器(SVC)減小風(fēng)力發(fā)電功率波動對電網(wǎng)電壓影響。風(fēng)電場是一個發(fā)出有功功率、吸收無功功率的特殊元件,風(fēng)電場的電壓往往很低,利用SVC改善系統(tǒng)電能質(zhì)量和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性是一個有效的措施。目前TRC-FC型SVC在國內(nèi)外風(fēng)電場已得到了廣泛的應(yīng)用。有源電力濾波器(APF)近年來,采用電力晶體管(GTR)和可關(guān)斷晶閘管(GTO)及脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)等構(gòu)成的有源濾波器,可對負(fù)荷電流作實時補(bǔ)償，有效地抑制了電壓波動和閃變。

104改善風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)性能的一些措施104超導(dǎo)儲能裝置(SMES)通過采用基于GTO的雙橋結(jié)構(gòu)換流裝置,SMES可以在四象限靈活地調(diào)節(jié)有功和無功功率,為系統(tǒng)提供功率補(bǔ)償,跟蹤電氣量的波動。充分利用SMES有功無功綜合調(diào)節(jié)能力,可以降低風(fēng)電場輸出功率的波動,穩(wěn)定風(fēng)電場電壓,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。SMES是一種有源的補(bǔ)償裝置，與SVC相比其無功補(bǔ)償量對接入點電壓的依賴程度小，在低電壓時的補(bǔ)償效果更好。105超導(dǎo)儲能裝置(SMES)105106106107107108108109109110110Thankyouforyourattention!Anyquestion?111Thankyouforyourattention!1風(fēng)力發(fā)電技術(shù)112風(fēng)力發(fā)電技術(shù)1風(fēng)能和風(fēng)力發(fā)電概述二本課程內(nèi)容三背景介紹一113風(fēng)能和風(fēng)力發(fā)電概述二本課程內(nèi)容三背景介紹一2第一節(jié)概述風(fēng)能是大氣運動形成的一種能源形式，其能量來自于大氣所吸收的太陽能。人類對風(fēng)能的利用歷史久遠(yuǎn)，早在公元10世紀(jì)，波斯就出現(xiàn)了水平轉(zhuǎn)動的風(fēng)磨。114第一節(jié)概述風(fēng)能是大氣運動形成的一種能源形式，其能量來自公元12世紀(jì)，歐洲開始使用風(fēng)車抽水、碾磨谷物，此后風(fēng)車一直是主要的動力機(jī)械之一。115公元12世紀(jì)，歐洲開始使用風(fēng)車抽水、碾磨谷物，此后風(fēng)車一直是我國開始利用風(fēng)能作為動力大約在13世紀(jì)中葉?，F(xiàn)在所說的風(fēng)能利用主要是指風(fēng)力發(fā)電。采用風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電的設(shè)想始于1890年丹麥的一項風(fēng)力發(fā)電計劃，到1918年丹麥已經(jīng)投入運行了120臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)。116我國開始利用風(fēng)能作為動力大約在13世紀(jì)中葉。5風(fēng)力發(fā)電走向規(guī)模化應(yīng)用還是在20世紀(jì)90年代以后，風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)容量開始以每年平均20%以上的速度增長，已成為世界上各種能源中增長最快的一種。據(jù)統(tǒng)計，2007年底，全球風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量19791MW，總裝機(jī)容量達(dá)到94005MW，比2006年增加了27%，風(fēng)力發(fā)電的總量已占全球電力消費總量的1%以上。117風(fēng)力發(fā)電走向規(guī)?；瘧?yīng)用還是在20世紀(jì)90年代以后，風(fēng)力發(fā)電的我國風(fēng)能資源非常豐富。2006年國家氣候中心研究結(jié)果表明，我國陸地10米高度層可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量除青藏高原外總量約為25億kW，海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量約為7.5億kW，共計約32.5億kW。我國風(fēng)電開發(fā)的空間十分巨大。目前，風(fēng)力發(fā)電只占在全國電力裝機(jī)總?cè)萘康?.2%。而根據(jù)國家發(fā)改委的長期產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，2020年10000萬kW，占全國電力總裝機(jī)的2%。118我國風(fēng)能資源非常豐富。2006年國家氣候中心研究結(jié)果表明，一、世界風(fēng)能發(fā)電概述20世紀(jì)末，由于能源危急和全球環(huán)境保護(hù)的影響，歐洲、美國及亞洲的印度、中國風(fēng)力發(fā)電出現(xiàn)強(qiáng)勁勢頭，其中丹麥的風(fēng)電量已經(jīng)超過了總發(fā)電量的20%。目前，歐洲最大的風(fēng)力發(fā)電國是德國，西班牙居第二。全球風(fēng)力發(fā)電保持高速發(fā)展的勢頭，預(yù)計到2010年，全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總量可以達(dá)到160GW。119一、世界風(fēng)能發(fā)電概述20世紀(jì)末，由于能源危急和全球環(huán)境保護(hù)的風(fēng)力發(fā)電快速增長的原因在于兩個方面：一是經(jīng)濟(jì)發(fā)展對電力需求的快速增長和可持續(xù)發(fā)展的要求；二是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了發(fā)電價格不斷降低。風(fēng)電價格不斷降低的同時，化石燃料的價格呈總體上升趨勢，加之環(huán)保和二氧化碳減排的要求，化石燃料發(fā)電的價格總體是上漲的。因此風(fēng)力發(fā)電將稱為21世紀(jì)重要的能源形式之一。120風(fēng)力發(fā)電快速增長的原因在于兩個方面：一是經(jīng)濟(jì)發(fā)展對電力需求的就風(fēng)能資源的儲量來說，地球上風(fēng)力資源的利用才剛剛開始，發(fā)電技術(shù)的發(fā)展就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的發(fā)展。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在葉片材料、氣體動力學(xué)特性、控制方式等方面不斷進(jìn)步的同時，主要是向大型化的方向發(fā)展。世界風(fēng)能市場上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要供應(yīng)商來自歐洲和美國，其中丹麥一直居世界領(lǐng)先地位，占全部市場份額的60%以上。121就風(fēng)能資源的儲量來說，地球上風(fēng)力資源的利用才剛剛開始，發(fā)電技德國一直引領(lǐng)著世界風(fēng)電市場的發(fā)展。德國2006年底發(fā)電裝機(jī)容量2194MW，是目前世界上發(fā)電裝機(jī)容量最多和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)最先進(jìn)的國家。德國風(fēng)力發(fā)電的制造技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模都處于世界領(lǐng)先水平，目前世界上在運行的最大的商用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就產(chǎn)自德國。德國EnerconE112型風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大輸出功率達(dá)到6MW,風(fēng)力發(fā)電機(jī)全高186m,風(fēng)輪直徑為114m，切出風(fēng)速為28~34m/s，是目前世界上最大的風(fēng)輪機(jī)。122德國一直引領(lǐng)著世界風(fēng)電市場的發(fā)展。德國2006年底發(fā)電裝機(jī)容丹麥和西班牙----緊隨德國之后丹麥和西班牙的風(fēng)電也在高速發(fā)展。西班牙的2006年裝機(jī)容量達(dá)到11.6GW，欲挑戰(zhàn)德國爭奪歐洲之冠的地位。丹麥已經(jīng)成功地用風(fēng)電來滿足國內(nèi)23%的電力需求，是世界上風(fēng)電貢獻(xiàn)率最高的國家。丹麥在風(fēng)電機(jī)組制造、風(fēng)能資源評價和風(fēng)電場接入電網(wǎng)等領(lǐng)域的技術(shù)均居世界領(lǐng)先地位。123丹麥和西班牙----緊隨德國之后12美國的風(fēng)力發(fā)電美國的風(fēng)能資源豐富，據(jù)估算，如果全部開發(fā)美國三個州(得克薩斯州等)的風(fēng)電就可以滿足全美的電力需求。在美國，風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)很有競爭力，其成本相等甚至低于傳統(tǒng)電力的平均價格。目前，美國最大的風(fēng)電場是位于德克薩斯州的馬谷風(fēng)能中心，該中心建有421臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量達(dá)到735MW，于2006年9月全部建成。美國新建風(fēng)電場普遍使用GE公司1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其次是西門子公司的2.3MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)。124美國的風(fēng)力發(fā)電13印度--發(fā)展中國家的先鋒從20世紀(jì)80年代起，印度就啟動了風(fēng)電項目。在20世紀(jì)90年代后期印度風(fēng)電市場一度低靡，但最近卻開始復(fù)蘇。截至2006年底，風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)6270MW，印度已經(jīng)成為全球第五大風(fēng)電生產(chǎn)國。在過去幾年，政府積極推動風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鼓勵大型私有和公有企業(yè)投資，并同時給予當(dāng)?shù)刂圃旎赝瑯拥恼呒?。在印度，有的公司現(xiàn)在已經(jīng)可以生產(chǎn)70%的風(fēng)電機(jī)組零件，不需要從主要的歐洲制造商進(jìn)口，從而大大降低了風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)成本，并給當(dāng)?shù)貏?chuàng)造出額外的就業(yè)機(jī)會。印度還建立了兩百多個風(fēng)力監(jiān)測站，為風(fēng)能資源的開發(fā)利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。125印度--發(fā)展中國家的先鋒14二、我國風(fēng)力發(fā)電概況我國的風(fēng)電事業(yè)起步較晚，在20世紀(jì)末，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制造還主要在于簡單的小型家用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的風(fēng)電裝機(jī)容量開始快速增長，2006年底，裝機(jī)容量上升到將近260萬kW。我國國土面積遼闊，風(fēng)能資源豐富，目前風(fēng)電裝機(jī)容量還相對較低。規(guī)劃預(yù)計到2010年風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到2500萬kW,2020年風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到10000萬kW。126二、我國風(fēng)力發(fā)電概況我國的風(fēng)電事業(yè)起步較晚，在20世紀(jì)末，風(fēng)中國的風(fēng)能資源主要集中在兩個帶狀地區(qū),一條是“三北(東北、華北、西北)地區(qū)豐富帶”,其風(fēng)能功率密度在200瓦/平方米～300瓦/平方米以上,有的可達(dá)500瓦/平方米以上,如阿拉山口、達(dá)坂城、輝騰錫勒、錫林浩特的灰騰梁等,這些地區(qū)每年可利用風(fēng)能的小時數(shù)在5000小時以上，有的可達(dá)7000小時以上。從新疆到東北,面積大、交通方便、地勢平,風(fēng)速隨高度增加很快，三北地區(qū)風(fēng)能在上百萬千瓦的場地有四五個,這是歐洲沒法比的。而這個地帶的缺點是建網(wǎng)少,發(fā)出的電上不了網(wǎng)。一條是東部沿海風(fēng)帶，主要位于沿海幾十公里的大陸海岸和海道，其風(fēng)能資源比三北風(fēng)帶還好，海道煤和石油依靠大陸，電力聯(lián)網(wǎng)困難，發(fā)展發(fā)電迫在眉睫。127中國的風(fēng)能資源主要集中在兩個帶狀地區(qū),一條是“三北(東北、華12817中國現(xiàn)代風(fēng)電技術(shù)的開發(fā)利用始于20世紀(jì)70年代，0.1～15kW離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開始試驗、示范、應(yīng)用推廣?！傲濉?、“七五”、“八五”期間，國家和地方政府把22kW、30kW、55kW、75kW、120kW、200kW風(fēng)電機(jī)組列入重點科技攻關(guān)項目，但由于諸多原因，都未商業(yè)化運行。規(guī)?；娘L(fēng)力發(fā)電場80年代后期投入運行。129中國現(xiàn)代風(fēng)電技術(shù)的開發(fā)利用始于20世紀(jì)70年代，0.1～15截至2006年底，我國除臺灣外累計安裝風(fēng)電機(jī)組3311臺，裝機(jī)容量259.9萬kW,共建設(shè)91個風(fēng)電場，分布在16個省。130截至2006年底，我國除臺灣外累計安裝風(fēng)電機(jī)組3311臺，裝“九五”期間，并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組得到快速發(fā)展。定槳距失速型200kW、250kW、300kW、600kW風(fēng)電機(jī)組；變槳距雙速型600kW風(fēng)電機(jī)組；中國一拖和西班牙Made合資建立一拖美德風(fēng)電設(shè)備公司，生產(chǎn)660kW風(fēng)電機(jī)組；中國西航和德國Nordex合作建立西安維德風(fēng)電設(shè)備公司，生產(chǎn)600kW風(fēng)電機(jī)組。131“九五”期間，并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組得到快速發(fā)展。20“十五”期間，國家提出研制“兆瓦級風(fēng)電機(jī)組”的攻關(guān)目標(biāo)，有如下3個課題： 1.3MW定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組 1MW雙饋型變速恒頻風(fēng)電機(jī)組 1.2MW直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)電機(jī)組132“十五”期間，國家提出研制“兆瓦級風(fēng)電機(jī)組”的攻關(guān)目標(biāo)，有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)過二十余年的發(fā)展，容量從十千瓦級增大到兆瓦級，從90年代定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組為主導(dǎo)機(jī)型，向變速變距型風(fēng)電機(jī)組為主流機(jī)型的方向發(fā)展，且隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變速恒頻的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成了風(fēng)力發(fā)電的大勢所趨。兆瓦級機(jī)組的市場份額1997年及以前還不到10%，2001年則超過一半，2002年達(dá)到62.1%。風(fēng)電裝機(jī)容量約以平均每年增幅30%的速度在增長，成為增長速度最快的清潔能源。133風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)過二十余年的發(fā)展，容量從十千瓦級增大到兆瓦級，新疆達(dá)坂城是我國最早建設(shè)規(guī)?；L(fēng)電場的地區(qū)，于1989年建成的達(dá)坂城風(fēng)電一場是我國第一個風(fēng)能發(fā)電場，所有設(shè)備全部從丹麥引進(jìn)。134新疆達(dá)坂城是我國最早建設(shè)規(guī)?；L(fēng)電場的地區(qū)，于1989年建成廣東省南澳島風(fēng)電場是我國第一個海島風(fēng)電場。南澳島是廣東唯一一個島縣，東南季風(fēng)長，風(fēng)力資源豐富，風(fēng)況屬世界最佳之列。到2005年底，裝機(jī)容量達(dá)到5.6萬kW，是亞洲最大的海島風(fēng)電場。135廣東省南澳島風(fēng)電場是我國第一個海島風(fēng)電場。南澳島是廣東唯一一2007年6月，我國最大的風(fēng)電場是內(nèi)蒙古的輝騰錫勒風(fēng)電場，總裝機(jī)容量189MW，為第29界奧運會輸送綠色電力。同時還有兩個風(fēng)電項目在建，到2010年將建成百萬千瓦級的風(fēng)電場。1362007年6月，我國最大的風(fēng)電場是內(nèi)蒙古的輝騰錫勒風(fēng)電場，總官廳位于北京市官廳水庫南岸，是北京主要的風(fēng)口之一，一期項目總裝機(jī)容量49.5MW，2007年底竣工、并網(wǎng)發(fā)電，生產(chǎn)的電能直接輸入北京電網(wǎng)，供給市民和奧運場館使用。建設(shè)現(xiàn)場137官廳位于北京市官廳水庫南岸，是北京主要的風(fēng)口之一，一期項目總?cè)?、我國風(fēng)力發(fā)電工業(yè)的現(xiàn)狀我國在20世紀(jì)50年代開始風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研制。目前大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還依靠進(jìn)口。與國際水平相比，我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量較小，關(guān)鍵部件需要進(jìn)口，整機(jī)質(zhì)量還有差距。我國在海上發(fā)電的資源勘察、設(shè)備制造、施工安裝工藝和運行管理方面還比較落后。138三、我國風(fēng)力發(fā)電工業(yè)的現(xiàn)狀我國在20世紀(jì)50年代開始風(fēng)力發(fā)電2007年，國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠家通過引進(jìn)技術(shù)、合資、合作方式，可以批量生產(chǎn)600kW、660kW和750kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，同時也研發(fā)了兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。2006年10月，我國首臺自主研制的1.5MW變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在沈陽華創(chuàng)風(fēng)能有限公司正式出廠。對于我國實現(xiàn)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的國產(chǎn)化具有重要意義，1.5MW變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制填補(bǔ)了我國該項技術(shù)的空白。1392007年，國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠家通過引進(jìn)技術(shù)、合資、合作1.5MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

1401.5MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組292MW永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組

1412MW永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組30我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的自主研發(fā)道路還十分漫長，一些領(lǐng)域與國外先進(jìn)水平差距甚至在拉大。我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應(yīng)該是以我為主，中外合作，通過合資、合作的方式引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，同時大力開展風(fēng)電領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，逐步形成風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的自主研發(fā)能力。142我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的自主研發(fā)道路還十分漫長，一些領(lǐng)域與國外先進(jìn)水平四、風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點以及負(fù)面影響

風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點風(fēng)能是可再生能源形式，有利于可持續(xù)發(fā)展。有利于環(huán)境保護(hù)。隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨成熟，風(fēng)電成本越來越低，可以和其他能源形式相競爭。143四、風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點以及負(fù)面影響風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點32風(fēng)力發(fā)電的負(fù)面影響間接的不可再生能源利用和污染物排放。機(jī)組生產(chǎn)過程中造成的污染物的排放是風(fēng)電的間接污染物排放。風(fēng)電可能對鳥類造成傷害噪聲問題對無線電通信的干擾安全問題，葉片折斷傷人等144風(fēng)力發(fā)電的負(fù)面影響33五、并網(wǎng)發(fā)電風(fēng)力機(jī)的總發(fā)電成本的影響因素投資成本成是影響風(fēng)力發(fā)電成本的主要因素，投資成本包括制造加工費、基建費等系統(tǒng)壽命運行費和維修成本風(fēng)系特性。風(fēng)能潛力與風(fēng)速的三次方成正比，平均風(fēng)速高則電站經(jīng)濟(jì)性好系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率技術(shù)利用率，即正常發(fā)電時間在一年中占的比例145五、并網(wǎng)發(fā)電風(fēng)力機(jī)的總發(fā)電成本的影響因素投資成本成是影響風(fēng)力第二節(jié)風(fēng)能和風(fēng)力發(fā)電一、風(fēng)能風(fēng)能是一種無污染的、可再生的能源，取之不盡，用之不竭，分布廣泛，但能量密度相對較低，具有時空上的不穩(wěn)定行。研究風(fēng)能的利用離不開對風(fēng)的特性描述，風(fēng)的最大特性是他的變化性。對于風(fēng)能的利用來講，我們主要關(guān)心風(fēng)速和風(fēng)向。146第二節(jié)風(fēng)能和風(fēng)力發(fā)電一、風(fēng)能35風(fēng)速的特性風(fēng)速是指空氣的移動速度，即單位時間內(nèi)空氣微團(tuán)移動的距離。瞬時風(fēng)速稱為有效風(fēng)速，即實際發(fā)生作用的風(fēng)速，通常指很短時間間隔內(nèi)的風(fēng)速。平均風(fēng)速是很長時間內(nèi)風(fēng)速的平均值，實際上是在較長時間范圍內(nèi)，多次風(fēng)速測量的平均值，即147風(fēng)速的特性36風(fēng)速頻率風(fēng)速頻率是風(fēng)速在一年內(nèi)或一個月內(nèi)中所出現(xiàn)的時間分布。在計算風(fēng)速頻率是，通常把風(fēng)速的間隔定為1m/s，依次劃分風(fēng)速區(qū)間，較長觀測時間內(nèi)各種風(fēng)速吹風(fēng)時數(shù)與該時間間隔內(nèi)吹風(fēng)總數(shù)的百分比就是風(fēng)速頻率分布。風(fēng)速頻率是確定風(fēng)能電站年工作時數(shù)的基本數(shù)據(jù)。148風(fēng)速頻率37

風(fēng)能“玫瑰”。風(fēng)速是矢量，既有大小，也有方向。風(fēng)速的大小隨時變化，其方向也是不穩(wěn)定的。在一段時間內(nèi)，風(fēng)速在不同的方向上出現(xiàn)的時間稱為風(fēng)速在該方向上的方向頻率。方向頻率與該方向上平均風(fēng)速的三次方的乘積沿個方向的分布即為風(fēng)能“玫瑰”。根據(jù)玫瑰圖可以看出哪個方向上的風(fēng)具有優(yōu)勢149風(fēng)能“玫瑰”。38風(fēng)能的能量密度150風(fēng)能的能量密度39

風(fēng)能資源的分布按照風(fēng)能資源的多少可以劃分成這樣幾個區(qū)域：最大風(fēng)能資源區(qū)。我國的最大陸上風(fēng)能資源區(qū)是東南沿海一帶及其島嶼，這一帶的面積相對較小，只在由海岸向內(nèi)陸幾十公里的范圍內(nèi)才有較大的風(fēng)能資源。次最大風(fēng)能資源區(qū)。為內(nèi)蒙古和甘肅北部。這一帶面積遼闊，終年在西風(fēng)帶的控制之下，適合大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電，是我國最大的風(fēng)能資源區(qū)。151風(fēng)能資源的分布40大風(fēng)能資源區(qū)。黑龍江和吉林省北部、遼東半島的沿海區(qū)。較大風(fēng)能資源區(qū)。除了上述地區(qū)以外的三北北部、青藏高原和其他沿海地區(qū)，其中青藏高原風(fēng)速全年出現(xiàn)時間可達(dá)6500h，但由于海拔高，空氣密度小，風(fēng)能密度也小。最小風(fēng)能資源區(qū)。云、貴、川地區(qū)，陜西南部，河南南部，湖南南部，福建、兩廣地區(qū)及塔里木盆地。其中西雙版納和四川盆地的風(fēng)能最小，只有部分山頂和峽谷等特殊地形的地區(qū)才可能進(jìn)行風(fēng)能利用。152大風(fēng)能資源區(qū)。黑龍江和吉林省北部、遼東半島的沿海區(qū)。4115342二、風(fēng)力發(fā)電目前風(fēng)力發(fā)電可分為兩種方式：離網(wǎng)型的小型分散風(fēng)力發(fā)電裝置。這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率小，風(fēng)速適應(yīng)范圍廣，生產(chǎn)技術(shù)成熟，適合家庭和邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型用電負(fù)荷點?？紤]到風(fēng)能的不連續(xù)性，通常需要配置蓄電池。并網(wǎng)型大型風(fēng)力發(fā)電裝置。是風(fēng)力發(fā)電規(guī)?；玫闹饕绞剑畲蟮墓β室呀?jīng)達(dá)到6MW。丹麥、德國是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)技術(shù)比較領(lǐng)先的國家。154二、風(fēng)力發(fā)電目前風(fēng)力發(fā)電可分為兩種方式：43風(fēng)力發(fā)電的價值風(fēng)電的當(dāng)量燃料價值。風(fēng)能進(jìn)入電網(wǎng)，其他發(fā)電裝置就可以少發(fā)電，從而節(jié)省燃料。風(fēng)電的容量價值。電力系統(tǒng)要求有必要的備用容量儲備，風(fēng)力機(jī)組同樣也有容量價值。減少污染物和溫室氣體的排放。通過風(fēng)力發(fā)電所能節(jié)省的燃料、容量和排放費用，可以計算出風(fēng)力發(fā)電的價值。155風(fēng)力發(fā)電的價值44風(fēng)力發(fā)電裝置風(fēng)力發(fā)電裝置包括風(fēng)輪機(jī)（風(fēng)力機(jī)）、傳動變速機(jī)構(gòu)和發(fā)電機(jī)三個主要部分。其中風(fēng)輪機(jī)是發(fā)電裝置的核心，風(fēng)輪機(jī)大體上分為兩種：槳葉繞水平軸轉(zhuǎn)動的翼式風(fēng)輪機(jī)槳葉繞垂直軸轉(zhuǎn)動的風(fēng)輪機(jī)實際上，目前并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)輪機(jī)主要是三葉式繞水平軸轉(zhuǎn)動的翼式風(fēng)輪機(jī)。156風(fēng)力發(fā)電裝置45水平軸的翼式風(fēng)力發(fā)電裝置主要由以下幾個部分組成：葉輪。也稱風(fēng)輪，將流體的運動動能轉(zhuǎn)換成軸功向外傳遞。葉片的設(shè)計需要滿足幾項要求：對特定的風(fēng)速具有最大的轉(zhuǎn)換效率；最大功率輸出在限制范圍內(nèi)，以保護(hù)發(fā)電機(jī)；可承受最大風(fēng)荷和長期疲勞負(fù)荷；避免出現(xiàn)共振；質(zhì)量小，價格低。157水平軸的翼式風(fēng)力發(fā)電裝置主要由以下幾個部分組成：46偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和風(fēng)向標(biāo)風(fēng)速不斷變化，風(fēng)輪葉片正對來風(fēng)方向，才能輸出最大的風(fēng)能。小型風(fēng)輪機(jī)用尾舵來調(diào)整方向，大型風(fēng)輪機(jī)普遍采用偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對風(fēng)輪方向進(jìn)行精確控制。傳動機(jī)構(gòu)一般包括低速軸、高速軸、增速齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)和剎車裝置。齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最重最昂貴的部件，因此，很多工程師都在努力探索和研制由風(fēng)輪機(jī)直接驅(qū)動的低速發(fā)電機(jī)。158偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和風(fēng)向標(biāo)47塔架風(fēng)速隨著高度的增加而增大，因此較高的塔架可以是風(fēng)輪機(jī)獲得更多的風(fēng)能。發(fā)電機(jī)為了與電網(wǎng)頻率保持一致，通常的發(fā)電機(jī)組采用：恒速恒頻系統(tǒng)，利用風(fēng)能的份額?。蛔兯俸泐l系統(tǒng)，是目前風(fēng)能發(fā)電的重要發(fā)展方向。風(fēng)速儀和控制器在風(fēng)速范圍內(nèi)控制器進(jìn)行風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，如風(fēng)速達(dá)到或超過啟動風(fēng)速，控制器啟動風(fēng)輪機(jī)；如風(fēng)速達(dá)到或超過切出風(fēng)速，控制器關(guān)閉風(fēng)輪機(jī)。159塔架48三、風(fēng)電場建設(shè)風(fēng)電場除了要考慮風(fēng)速條件外，還要綜合考慮場地狀況、道路狀況、接入電網(wǎng)的條件等因素。一個完整的風(fēng)電場項目，一般包括以下幾個步驟:風(fēng)電場選址項目可行性評估項目準(zhǔn)備風(fēng)電場建設(shè)風(fēng)電場運行和維護(hù)風(fēng)電場退役、場地恢復(fù)160三、風(fēng)電場建設(shè)風(fēng)電場除了要考慮風(fēng)速條件外，還要綜合考

風(fēng)電場選址一般需要考慮以下一些因素：風(fēng)能資源。主要考慮年平均風(fēng)速，風(fēng)速頻率，年發(fā)電量和容量系數(shù)。容量系數(shù)：發(fā)電機(jī)組的年度電能凈輸出，與風(fēng)電機(jī)組額定容量與全年運行8760h的乘積比值稱為風(fēng)電機(jī)組的容量系數(shù)。161風(fēng)電場選址50風(fēng)電場場地狀況場地應(yīng)該開闊，地質(zhì)條件好，便于大規(guī)模開發(fā)。交通運輸方便并網(wǎng)條件好距離電網(wǎng)越近，并網(wǎng)投資越少，線損和壓降也越小。不利氣象條件和環(huán)境的影響這些不利因素可能影響發(fā)電機(jī)組的壽命。土地征用和環(huán)境影響162風(fēng)電場場地狀況51風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型和布置風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的選型單機(jī)容量越大，風(fēng)能利用越高，但是，單機(jī)容量增大的同時價格也隨著增加，大容量的機(jī)組技術(shù)投入多而產(chǎn)量較小，成本偏高，所以總體來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量價格隨著單機(jī)容量的變化呈U字形曲線，國內(nèi)目前性價比較高的仍然是兆瓦級以下的機(jī)組。但單機(jī)大容量仍然是發(fā)展趨勢。163風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型和布置52風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的布置首先根據(jù)風(fēng)能玫瑰圖確定主導(dǎo)風(fēng)向，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排列應(yīng)與主導(dǎo)風(fēng)向垂直。對于開闊、平坦的場地，上游風(fēng)力發(fā)電機(jī)組會對下游風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生干擾，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以布置成有利于加大風(fēng)速的地形，采用單排布置或者多排差排布置方式。164風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的布置53風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行和安全性風(fēng)電場中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在工作期間可能處于如下狀態(tài)之一：正常工作狀態(tài)暫停狀態(tài)停機(jī)狀態(tài)緊急停機(jī)狀態(tài)每種工作狀態(tài)都可看作是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一個活動層次，運行狀態(tài)處在最高層次，緊急故障狀態(tài)處在最低層次。165風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行和安全性54運行控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的常規(guī)控制系統(tǒng)，此外，還有一套獨立于運行控制系統(tǒng)的安全系統(tǒng)。安全系統(tǒng)的任務(wù)是在出現(xiàn)嚴(yán)重問題或檢測到潛在嚴(yán)重問題時保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，使之處于安全狀態(tài)。保護(hù)動作通常是緊急剎車，使風(fēng)輪機(jī)停止工作。安全系統(tǒng)必須獨立于控制系統(tǒng)，而且具有高度的可靠性和自動故障免除性。為了保證安全，必須配備兩套以上的剎車系統(tǒng)，而且各自的工作方式和動力源必須不同。166運行控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的常規(guī)控制系統(tǒng)，此外，還有一套獨立

風(fēng)電對電網(wǎng)運行的影響風(fēng)速和風(fēng)向總是隨機(jī)變化，因此風(fēng)能的特點是具有不穩(wěn)定性，使得風(fēng)電場的輸出功率有波動性，從而影響局部的電能質(zhì)量。風(fēng)電容量到達(dá)一定程度后，會引起電壓不穩(wěn)，特別電網(wǎng)較大波動的時候，可能導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從電網(wǎng)解鏈，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致電網(wǎng)瓦解。167風(fēng)電對電網(wǎng)運行的影響56風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的不利影響可以通過超導(dǎo)儲能技術(shù)加以改善。超導(dǎo)儲能系統(tǒng)是一種新的儲能方式，代表著柔性交流輸電技術(shù)的發(fā)展方向，也可以吸收或釋放有功和無功，快速相應(yīng)電網(wǎng)系統(tǒng)的需求信號。相對與一般發(fā)電廠，風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般采用異步機(jī)，需要吸收電網(wǎng)無功來建立磁場，從而在并網(wǎng)后對局部電網(wǎng)的電壓水平有明顯的影響。168風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的不利影響可以通過超導(dǎo)儲能技術(shù)加以改善。超導(dǎo)儲第三節(jié)風(fēng)輪機(jī)的基本理論一、理想風(fēng)輪機(jī)的能量利用1919年，德國物理學(xué)家貝茲首次提出貝茲法則：如果采用風(fēng)輪機(jī)，只能把不足16/27的風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。假設(shè)風(fēng)輪是理想的，且由無限多葉片組成，氣流通過風(fēng)輪時也沒有阻力。此外，假定氣流經(jīng)過整個掃風(fēng)面是均勻的，氣流通過風(fēng)輪前后的速度方向為軸向。理想的風(fēng)輪的氣流模型如圖所示。169第三節(jié)風(fēng)輪機(jī)的基本理論一、理想風(fēng)輪機(jī)的能量利用58170591716017261這就是著名的貝茲理論，他說明風(fēng)輪從自然界中獲得的能量是有限的，理論上最大值為0.593，損失部分可解釋為留在尾跡中的氣流旋轉(zhuǎn)動能。173這就是著名的貝茲理論，他說明風(fēng)輪從自然界中獲得的能量是有限的二、風(fēng)輪機(jī)的空氣動力特性風(fēng)能利用系數(shù)Cp風(fēng)能利用系數(shù)定義為風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)輪能夠從自然風(fēng)能中吸收的能量與輸入風(fēng)能之比。風(fēng)能利用系數(shù)可表示為174二、風(fēng)輪機(jī)的空氣動力特性63理想的風(fēng)能利用系數(shù)Cp的最大值是0.593，即貝茲理論的極限值。Cp值越大，表示風(fēng)輪機(jī)能夠從自然界中獲得的能量百分比越大，風(fēng)輪機(jī)的效率越高，即風(fēng)輪機(jī)對風(fēng)能的利用率也越高。對實際有用的風(fēng)輪機(jī)來說，風(fēng)能利用系數(shù)主要取決與風(fēng)輪葉片的氣動和機(jī)構(gòu)設(shè)計及制造工藝水平。如高性能螺旋槳式風(fēng)力機(jī)，其Cp值一般是0.45，而阻力型風(fēng)輪機(jī)只有0.15左右。175理想的風(fēng)能利用系數(shù)Cp的最大值是0.593，即貝茲理論的極限葉尖速比176葉尖速比65風(fēng)能利用系數(shù)和無因次數(shù)隨葉尖速比變化的曲線構(gòu)成風(fēng)輪機(jī)空氣動力特性曲線177風(fēng)能利用系數(shù)和無因次數(shù)隨葉尖速比變化的曲線三、風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計風(fēng)輪機(jī)的工程設(shè)計是根據(jù)功率要求，安裝選用的葉輪形式和相應(yīng)的風(fēng)輪機(jī)特性曲線，計算風(fēng)輪的半徑和轉(zhuǎn)速。178三、風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計6717968設(shè)計步驟：（1）根據(jù)風(fēng)輪機(jī)特性曲線查取最優(yōu)風(fēng)能利用系數(shù)和葉尖速比配合（2）由Cp確定風(fēng)輪機(jī)半徑（3）確定風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速180設(shè)計步驟：69四、風(fēng)輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和能量控制風(fēng)輪機(jī)的機(jī)構(gòu)風(fēng)輪機(jī)設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)包括：風(fēng)輪機(jī)槳葉：通常采用３個或兩個槳葉。輪轂：槳葉安裝在輪轂上，輪轂與低速軸相連接。低速傳動軸：轉(zhuǎn)速通常較低，內(nèi)部的液壓傳動系統(tǒng)與輪轂內(nèi)的液壓裝置相連用于調(diào)節(jié)槳葉。齒輪箱：與低速軸和高速軸相連接高速軸：通常轉(zhuǎn)速在1500r/min左右，與發(fā)電機(jī)相連，配有剎車裝置。機(jī)械剎車裝置：用于制動，必要時用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。181四、風(fēng)輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和能量控制70風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙內(nèi)的組成

182風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙內(nèi)的組成71發(fā)電機(jī)：輸出電壓一般為690V,發(fā)電功率在500~1500kW,并朝大容量方向發(fā)展。電子控制裝置：監(jiān)測風(fēng)輪機(jī)運行狀況，并自動實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，故障時實現(xiàn)自動停機(jī)。冷卻系統(tǒng)：冷卻發(fā)電機(jī)。機(jī)塔：用于支撐風(fēng)輪機(jī)。通常高度越高，風(fēng)速越大，風(fēng)況越好，需要更高的機(jī)塔。偏轉(zhuǎn)裝置：保持風(fēng)輪機(jī)在迎風(fēng)方向。風(fēng)速風(fēng)向測量系統(tǒng)：與控制裝置相連，實現(xiàn)風(fēng)輪機(jī)切入和切出的啟?？刂啤?83發(fā)電機(jī)：輸出電壓一般為690V,發(fā)電功率在500~1500k風(fēng)輪機(jī)的能量控制風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計思想是盡可能便宜的產(chǎn)生電能。風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計是基于目標(biāo)風(fēng)場的風(fēng)速條件，因此風(fēng)輪機(jī)一般被設(shè)計成在風(fēng)速為8~15m/s時具有最佳的性能，即有最大的電能產(chǎn)出。而不是花費心思把風(fēng)機(jī)設(shè)計在強(qiáng)風(fēng)是有最多電能產(chǎn)出，因為強(qiáng)風(fēng)天氣不多見。因此在強(qiáng)風(fēng)天氣時必須浪費多余風(fēng)能，以免破壞風(fēng)機(jī)。所以風(fēng)機(jī)設(shè)計有能量控制裝置，安全控制方式有如下幾種。184風(fēng)輪機(jī)的能量控制73可調(diào)契角控制風(fēng)輪機(jī)通過監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電能輸出，調(diào)節(jié)槳葉，使槳葉一次輕微地轉(zhuǎn)過一個角度，改變迎風(fēng)面積，實現(xiàn)能量控制。這種方式通常采用液壓驅(qū)動裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。被動失速控制風(fēng)輪機(jī)被動失速控制風(fēng)輪機(jī)的槳葉被固定，契角不可變。通過適當(dāng)設(shè)計風(fēng)輪機(jī)的槳葉，根據(jù)空氣動力學(xué)原理，當(dāng)實際風(fēng)速達(dá)到某一特點值時，開始出現(xiàn)失速。該方式避免使用復(fù)雜的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)槳葉，但同時出現(xiàn)了復(fù)雜的氣體動力學(xué)設(shè)計難題。185可調(diào)契角控制風(fēng)輪機(jī)74主動失速控制風(fēng)機(jī)越來越多的大型風(fēng)機(jī)在發(fā)展主動失速控制裝置。在低速時為了有足夠大的力矩，采用和可調(diào)契角同樣的控制方式；當(dāng)風(fēng)速增大，發(fā)電機(jī)將要超負(fù)荷時，則與可調(diào)契角控制方式相反，而是通過主動方式達(dá)到槳葉失速，它比被動失速方式更能精確控制能量輸出，另一方面優(yōu)點是它能在強(qiáng)風(fēng)天氣保持額定功率運行，而失速型通常因為失速而使電能輸出降低。它同時也帶來了投資成本和維護(hù)費用的提高。186主動失速控制風(fēng)機(jī)75其他能量控制方法一些老式的風(fēng)輪機(jī)用葉片上的副翼控制轉(zhuǎn)子輸出的能量。一般飛機(jī)上都裝有副翼，通過副翼的轉(zhuǎn)動可以改變機(jī)翼的幾何形狀，從而在飛機(jī)起飛時提供更多的升力。多翼式風(fēng)力機(jī)187其他能量控制方法多翼式風(fēng)力機(jī)76另一種在理論上可行的辦法是使風(fēng)輪機(jī)偏離迎風(fēng)方向，減小風(fēng)能輸入。偏離控制技術(shù)只應(yīng)用在小型機(jī)組上，因為偏離會使轉(zhuǎn)子受周期性變化的力，最終會破壞整個風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)。188另一種在理論上可行的辦法是使風(fēng)輪機(jī)偏離迎風(fēng)方向，減小風(fēng)能輸入當(dāng)風(fēng)速達(dá)到啟動風(fēng)速是，風(fēng)輪機(jī)開始運行，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。隨著風(fēng)速增加發(fā)電機(jī)的功率開始增加。達(dá)到設(shè)計風(fēng)速時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以達(dá)到額定功率。當(dāng)風(fēng)速進(jìn)一步增加時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量控制開始工作，是發(fā)電機(jī)不會超負(fù)荷，而是在額定點附近工作。如果風(fēng)速進(jìn)一步增大超過了能量控制調(diào)節(jié)的范圍，風(fēng)力發(fā)電機(jī)就會實施停機(jī)保護(hù)。典型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率曲線189當(dāng)風(fēng)速達(dá)到啟動風(fēng)速是，風(fēng)輪機(jī)開始運行，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。隨著風(fēng)第四節(jié)