風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)原理及技術(shù)課件

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)風(fēng)電場(chǎng)中，高級(jí)工程技術(shù)及管理人員培訓(xùn)班2008年9月12日1DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"吳金城：浙江風(fēng)電公司副總經(jīng)理1992：Bonus合作生產(chǎn)120千瓦風(fēng)電機(jī)1993：參加200千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制1994：浙江風(fēng)電公司

NTK550千瓦、Micon600千瓦、V42、D4、V52－V80250千瓦、750千瓦風(fēng)電機(jī)2DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"時(shí)間安排

12日

08:30–09:30 介紹 風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理、發(fā)展

空氣動(dòng)力學(xué)原理 風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展歷史

09:30–10:00 休息

10:00–11:30 風(fēng)力發(fā)電機(jī)分類

各類風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)

14:00–15:00 風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及主要部件

15:00–15:30 休息

15:30–17:00 風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱

齒輪箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)和常見(jiàn)故障3DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"時(shí)間安排

13日

08:30–09:30 風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航系統(tǒng)

09:30–10:00 休息

10:00–11:30 風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓系統(tǒng)和剎車(chē)結(jié)構(gòu) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制和安全系統(tǒng)

14:00–15:00 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架和基礎(chǔ)

塔架種類、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

15:00–15:30 休息

15:30–17:00 風(fēng)電機(jī)特性及環(huán)境影響

功率特性、噪聲特性、風(fēng)電機(jī)對(duì)環(huán)境影響4DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"

兩天課程的最低目標(biāo)：了解風(fēng)力發(fā)電基本原理、風(fēng)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和幾個(gè)基本概念。5DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理風(fēng)中蘊(yùn)含的能量風(fēng)電機(jī)將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電能。從動(dòng)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化是通過(guò)葉片來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而從機(jī)械能到電能則是通過(guò)發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)能能量和功率空氣的質(zhì)量空氣密度隨著空氣壓力的增大而增大，隨著溫度的升高而減?。?冷空氣比熱空氣密度大（熱氣球升空就是利用的這個(gè)原理）。在普通大氣壓力和20°C溫度的條件下每立方米空氣的質(zhì)量是1.204kg；在-10°C的溫度下，每立方米空氣重1.342kg，比常溫下重了11%。也就是說(shuō)，同樣的風(fēng)速同樣的風(fēng)電機(jī)，-10°C冷風(fēng)比20°C熱風(fēng)能夠多產(chǎn)生11%的電能。?單位體積的空氣，密度大的比密度小的要重，也含有更多的能量。高壓地區(qū)（1020hPa）的空氣密度比低壓地區(qū)（980hPa）的空氣密度大，單位體積重量也大。6DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理一臺(tái)2MW的風(fēng)電機(jī)葉片半徑在40米左右。在普通空氣密度下，溫度10°C，風(fēng)速6米/秒（=21km/h）的情況下，風(fēng)電機(jī)的功率是780KW。在這個(gè)風(fēng)速下，每秒流經(jīng)風(fēng)電機(jī)的空氣是43噸。其中所蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于一輛小型貨車(chē)（2.5噸重）開(kāi)90公里/小時(shí)的時(shí)候，或者一臺(tái)小轎車(chē)（700公斤）開(kāi)170公里/小時(shí)的時(shí)候的能量。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到18米/秒（=65公里/小時(shí)）的時(shí)候，每秒流經(jīng)風(fēng)電機(jī)的空氣大約是110噸。風(fēng)速增長(zhǎng)到3倍，但風(fēng)的功率卻要增長(zhǎng)到3的3次方倍，也就是27倍。這個(gè)時(shí)候風(fēng)的功率大約是21兆瓦。7DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"基本原理A1AA2v1v2vPmech空氣是不可壓縮的，高速氣流減慢后必然擴(kuò)散。8DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"基本原理動(dòng)能:風(fēng)能:風(fēng)電機(jī)吸收的能量:MaxDPw?9DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能升力型和阻力型風(fēng)力機(jī)風(fēng)會(huì)對(duì)切割它移動(dòng)方向上的任意面積A形成一個(gè)力，這個(gè)力就是阻力。阻力型機(jī)器利用阻力產(chǎn)生動(dòng)力。10DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"阻力型風(fēng)力機(jī)

阻力與下面的參數(shù)成比例關(guān)系：風(fēng)速U的平方切割面積A該面積的阻力系數(shù)CD

空氣密度ρ阻力系數(shù)CD(D是英語(yǔ)里“阻力”的第一個(gè)字母)。這個(gè)值是用來(lái)表示某個(gè)物體對(duì)空氣形成阻力的大小的，可以在風(fēng)洞里進(jìn)行測(cè)定。CD值越小，空氣阻力也就越小。比如一個(gè)圓盤(pán)橫向?qū)︼L(fēng)的

CD值大約是1.11，而方盤(pán)大約是1.10，球體大約是0.45。在汽車(chē)工業(yè)中，工程師們都在研究如何將汽車(chē)的CD值變的更小，這樣汽車(chē)在行進(jìn)時(shí)的阻力就會(huì)最小化。比如豐田的Prius的

CD值是0.26，而大眾的GolfCD是0.32511DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"Drag-typeturbinesRef:www.ifb.uni-stuttgart.de/~doerner/edesignphil.html12DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"古波斯的風(fēng)力機(jī)13DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"阻力型風(fēng)力機(jī)1922年，芬蘭工程師S.J.Savonius發(fā)明了Savonious風(fēng)機(jī)14DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"Savonius風(fēng)力機(jī)Asmallirrigationpumpcouldbedrivenbyasavoniuswindmillatawindvelocityof3m/sormore.Energyconversionefficiencyisamaximumof0.05atatipspeedratioof0.25.Torquecoefficientdecreasesatatipspeedratioof0.25orover.Asmallirrigationpumpcouldbedrivenbyasavoniuswindmillatawindvelocityof3m/sormore.Energyconversionefficiencyisamaximumof0.05atatipspeedratioof0.25.Torquecoefficientdecreasesatatipspeedratioof0.25orover.15DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"阻力型風(fēng)力機(jī)

風(fēng)杯風(fēng)速儀也是利用阻力原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)上風(fēng)杯的CD-值分別是1.33和0.33（迎風(fēng)時(shí)和背風(fēng)時(shí)）。風(fēng)杯迎風(fēng)時(shí)的阻力要比背風(fēng)時(shí)的阻力大很多，所以風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)才會(huì)迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)阻力定律來(lái)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)的比風(fēng)速更快（增速值小于1），屬于亞風(fēng)速轉(zhuǎn)子。這種轉(zhuǎn)子能量損失較大，功率系數(shù)（流體動(dòng)力學(xué)上的作用參數(shù)）非常小。（波斯風(fēng)車(chē)大概0.17，風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)大概0.08）16DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"升力型風(fēng)力機(jī)

水平軸HAWT,丹麥理念上風(fēng)向恒轉(zhuǎn)速風(fēng)輪、失速功率控制、葉尖氣動(dòng)剎車(chē)＋機(jī)械剎車(chē)17DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"升力型風(fēng)力機(jī)

垂直軸風(fēng)力機(jī)VAWT,達(dá)里厄Darrieus18DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"升力型風(fēng)力機(jī)

水平軸HAWT,美國(guó)多葉片19DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"Ref:www.ifb.uni-stuttgart.de/~doerner/edesignphil.html20DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"升力型風(fēng)力機(jī)根據(jù)伯努利方程，在同一高度上，葉片的底面或者頂面的動(dòng)態(tài)壓力和靜態(tài)壓力和平衡。由于頂端的空氣流動(dòng)比底端的快，從而使頂端產(chǎn)生低壓，而底部產(chǎn)生高壓：這就是飛機(jī)飛行的原理，也是風(fēng)電機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的原理。浮力的大小跟風(fēng)速的平方、作用面積、空氣密度

以及升力參數(shù)成正比。21DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"升力型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪前后風(fēng)速和壓力的變化過(guò)程在到達(dá)風(fēng)電機(jī)附近之前，該氣流最外層為v1，壓力為大氣壓Po。風(fēng)電機(jī)在風(fēng)接觸到葉片之前就開(kāi)始對(duì)風(fēng)影響：在葉片之前，壓力迅速上升，速度稍微減弱。在接觸到葉片的那一刻，氣流的壓力值達(dá)到最大值，然后迅速降低到最小壓力值：其中所蘊(yùn)含的動(dòng)能由葉片轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能。在這個(gè)時(shí)刻，風(fēng)速值v2只有v1的大約三分之二經(jīng)過(guò)葉片之后，氣流的壓力值很快上升，速度繼續(xù)下降到v3。v3大約等于v1的三分之一。換句話說(shuō)，風(fēng)電機(jī)將風(fēng)速減少了67%。該氣流經(jīng)過(guò)葉片后形成紊流和所謂的渦流效應(yīng)。所有的這些影響在經(jīng)過(guò)葉片之后逐漸減弱，在距離葉片直徑9倍的距離上，氣流基本上恢復(fù)到原來(lái)的90%。22DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"失去部分動(dòng)能的氣流流過(guò)風(fēng)輪后速度降低，由于假定空氣是不可壓縮的，速度減慢的氣流截面必然增大。23DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"貝茨風(fēng)電機(jī)葉片無(wú)法將風(fēng)能量的100%轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)化效率是有極限的。德國(guó)物理學(xué)家阿爾伯特貝茨(1885-1968)在1920年計(jì)算了風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)化效率的最大可能值，并在1926年公開(kāi)發(fā)表。根據(jù)貝茨定律，風(fēng)速v1和v3存在著一個(gè)最優(yōu)化的關(guān)系：如果風(fēng)速經(jīng)過(guò)葉片后v3變成0，那么風(fēng)無(wú)法經(jīng)過(guò)風(fēng)電機(jī)；如果風(fēng)速經(jīng)過(guò)葉片后速度不變，那么風(fēng)電機(jī)就沒(méi)有捕獲能量。24DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"貝茨的假定條件理想風(fēng)輪：無(wú)輪轂、無(wú)限多葉片、氣流流過(guò)風(fēng)輪無(wú)阻力；氣流流過(guò)風(fēng)輪是均勻的，在風(fēng)輪前后的速度為軸向?？諝馐遣豢蓧嚎s的。失去部分動(dòng)能的氣流流過(guò)風(fēng)輪后速度降低，由于假定空氣是不可壓縮的，速度減慢的氣流截面必然增大。25DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"基本原理TheoreticalMaximumofcp:(A.Betz,1926)26DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"基本原理ContinuityPower:1式＝3式得:27DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"基本原理ContinuityPower:Powercoefficient:28DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"基本原理風(fēng)電機(jī)功率:cp

依賴以下因素:尖速比:葉片數(shù)量葉片角度翼型設(shè)計(jì)29DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"基本原理

理想Betz效率30DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"TheCP–λperformancecurve

31DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"基本原理：實(shí)際各種風(fēng)機(jī)效率理想值OnebladeTwobladesThreebladesDarrieusDutch-TypeAmerican32DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"風(fēng)機(jī)的尖速比尖速比是用來(lái)表述風(fēng)電機(jī)特性的一個(gè)十分重要的參數(shù)。它等于葉片頂端的速度除以風(fēng)接觸葉片之前很遠(yuǎn)距離上的速度；葉片越長(zhǎng)，或者葉片轉(zhuǎn)速越快，同風(fēng)速下的尖速比就越大。33DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"尖速比慢速比風(fēng)電機(jī)的尖速比最大為2.5。所有以阻力原理作用的風(fēng)電機(jī)的尖速比都小于1，屬于慢速比風(fēng)電機(jī)。以升力原理作用的風(fēng)電機(jī)，如果其尖速比在1到2.5之間，也被稱為慢速比風(fēng)電機(jī)。Westernmills和某些風(fēng)力泵的尖速比大概是1，而B(niǎo)ock風(fēng)車(chē)以及荷蘭風(fēng)車(chē)的尖速比大概是2?？焖俦蕊L(fēng)電機(jī)是指按照升力原理作用的風(fēng)電機(jī)，并且其尖速比在2.5到15之間。幾乎所有的現(xiàn)代風(fēng)電機(jī)（葉片數(shù)一到三）都屬于此類?？焖俦蕊L(fēng)機(jī)由于產(chǎn)生的渦流損失要比慢速比風(fēng)機(jī)低很多，所以其作用系數(shù)要明顯比慢速比的風(fēng)機(jī)高。一般慢速比風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)化效率系數(shù)cP在0.3到0.35之間，而快速比的風(fēng)機(jī)能夠達(dá)到0.45到0.55。34DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"什么使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)？Lift

35DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"吹到葉片上的氣流是風(fēng)輪前方氣流和相對(duì)葉片運(yùn)動(dòng)的氣流合并而成。自行車(chē)5m/s向前，正右方吹來(lái)5m/s，吹到騎車(chē)人身上的風(fēng)速和風(fēng)向是？36DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"αVR=RelativeWindVΩRΩrVα=angleofattack=anglebetweenthechordlineandthedirectionoftherelativewind,VR.VR=windspeedseenbytheairfoil–vectorsumofV(freestreamwind)andΩR(tipspeed).合成風(fēng)速和攻角37DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"38DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"葉片的受力分析Φ為相對(duì)速度W與局部線速度U（旋轉(zhuǎn)平面）的夾角，稱為傾斜角；α為弦線和相對(duì)速度W的夾角，稱為攻角。

θ為弦線和局部線速度U（旋轉(zhuǎn)平面）的夾角，稱為節(jié)距角；（葉片的安裝角？）39DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"速度W在葉片局部剖面上產(chǎn)生升力dL和阻力dD，通過(guò)把dL和dD分解到平行和垂直風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面上，即為風(fēng)輪的軸向推力dFn和旋轉(zhuǎn)切向力dFt。軸向推力作用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架上，旋轉(zhuǎn)切向力產(chǎn)生有用的旋轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

Φ=θ+αdFn=dDsinΦ+dLcosΦdFt=dLsinΦ-dDcosΦdM=rdFt=r(dLsinΦ-dDcosΦ)40DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"風(fēng)力機(jī)的功率調(diào)節(jié)失速變槳主動(dòng)失速41DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"失速特點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：失速后的風(fēng)機(jī)輸出變化不穩(wěn)，難以預(yù)測(cè)。失速葉片振動(dòng)阻尼性差，易產(chǎn)生較大振動(dòng)，引起的彎曲和應(yīng)力造成疲勞損壞。在大風(fēng)中停機(jī)時(shí)，定槳葉片產(chǎn)生很大氣動(dòng)負(fù)荷。所以，定槳失速風(fēng)電機(jī)承受的葉片和塔架負(fù)載比變槳風(fēng)電機(jī)大。.42DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"43DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"失速44DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"黃帶在離輪轂1/4處，紅帶的線速度是黃帶的4倍，黃帶更向后。為保持攻角恒定，葉片需扭轉(zhuǎn)。45DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"

Thewindinthelandscapeblowsbetween,say8m/sand16m/sIfthewindbecomespowerfulenoughtomakethebladestallitwillstartstallingattherootoftheblade.letuscuttherotorbladeatthepointwiththeyellowline.Inthenextpicturethegreyarrowshowsthedirectionoftheliftatthispoint.Theliftisperpendiculartothedirectionofthewind.Asyoucansee,theliftpullsthebladepartlyinthedirectionwewant,left.46DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"葉片扭轉(zhuǎn)和錐度距輪轂不同距離處的合成風(fēng)速不同。相應(yīng)的尖速比不同。為了保證最佳攻角，葉片需要扭轉(zhuǎn)一定的角度。47DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"葉片扭轉(zhuǎn)

葉片扭轉(zhuǎn)是為攻角a相同。48DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"失速thiscreationofminuteturbulencepreventstheaircraftwingfromstallingatlowwindspeeds.

49DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"變槳uavwvrvt=wRFl50DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"51DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"52DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"變槳葉片：槳距角增加－減小氣流攻角。

槳距角減?。龃髿饬鞴ソ?。

53DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"變槳特點(diǎn)造價(jià)，可靠性。變槳啟動(dòng)。氣動(dòng)剎車(chē)。54DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"55DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"定槳、變槳、變速P<PratedP=Pratedconst.Pn<nratedVariablespeedFixedspeed,pitchcontrolledP<PratedFixedspeed,stallcontrolledn=nratedP=Prated56DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"小節(jié)風(fēng)功率于v3成正比功率于風(fēng)輪掃略面積A成正比,理論風(fēng)能的轉(zhuǎn)換最佳效率為：最佳風(fēng)速比為:57DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"風(fēng)電機(jī)發(fā)展演變及趨勢(shì)58DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"風(fēng)能利用歷史風(fēng)能利用已有數(shù)千年的歷史，蒸氣機(jī)發(fā)明前，風(fēng)能是船舶航行、提水灌溉、排水造田、磨面等工作的主要?jiǎng)恿?，最早的利用是“風(fēng)帆行舟”。“乘風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)，直掛云帆濟(jì)滄海”。14世紀(jì)鄭和七下西洋，風(fēng)帆船隊(duì)功不可沒(méi)。《天工開(kāi)物》對(duì)利用風(fēng)帆車(chē)水灌田就有記載。59DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"歷史Evt.inEgypt,3000yearsago,butnoproofthatEgyptians,Romans,Greecsetc.usedwindpowerFirstproofedwind-mill:公元644Afghanistan,verticalaxis,grain-mill60DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"有偏航系統(tǒng)的風(fēng)車(chē)1180West-Europe,horizontalaxiswind-mill,?Bockwindmühle“wind-directiontrackingbyturningtheentiremill61DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"TrackingtheWind-Direction16thcentury:?Dutch-wind-mill“.Technicalimprovement:

winddirectiontrackingbyjustturningtheupperpart1750:Side-wheelforautomatictracking(MekleandLee,Scotland)62DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"發(fā)展Midof19thcentury:Netherlands:around9000wind-millsGermany:around20000wind-mills(2002:around13000)Europe:around200000wind-millsMidof19thcentury:Competitionbysteamengine,butstillquitesuccesfulBeginningof20th:Electricityletswind-poweralmostdieout.63DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"美國(guó)抽水風(fēng)機(jī)Beginningof19thcenturyRequirements:Slowlyrotating

wind-mills,nodestructionincaseof

heavywind-gusts.64DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"丹麥風(fēng)電之父PoullaCour(1846-1908)現(xiàn)代風(fēng)電的先驅(qū)。

In1918some120localutilitiesinDenmarkhadawindturbine,typicallyofasizefrom20to35kWforatotalofsome3megawattinstalledpower.

PoullaCourPrize

Theworld'sfirstJournalofWindElectricitywasalsopublishedbyPoullaCour.

65DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"TwoLaCourwindturbinesin1897atAskovFolkHighSchool,Askov,66DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"DuringWorldWarIItheDanishengineeringcompanyF.L.Smidth(nowacementmachinerymaker)builtanumberoftwo-andthree-bladedwindturbines.

67DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"TheGedserWindTurbineTheinnovative200kWGedserwindturbinewasbuiltin1956-57byJ.JuulfortheelectricitycompanySEASatGedsercoastintheSouthernpartofDenmark.

Thethree-bladedupwindturbinewithelectromechanicalyawingandanasynchronousgeneratorwasapioneeringdesignformodernwindturbines.Theturbinewasstallcontroled,andJ.Juulinventedtheemergencyaerodynamictipbrakes68DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"69DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"突破兆瓦級(jí)1941:Smith-Putnam,Vermont,USARotor-Diameter:53,5mRatedPower:1250kWTowerhight:35.6mSynchronousgeneratorAftermanymonthsoffield-testing,theswitchwasthrownandhistorywasmade.On

October19,1941,theSmith-Putnamturbine,ina25-mphwind,fedelectricityintothegridof

theCentralVermontPublicServiceCorporation.Amainbearingfailurein1943shuttheturbinedownfortwoyears(duetowartime

shortages).ItwentbackonlineinearlyMarchof1945.OnMarch26,1945,PalmerPutnamreceivedacallthatabladehadfailedontheturbine.70DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"50ies,60iesPriceforprimaryenergydecreasesSomeinterestingprojects,manyfailuresduetolackoffundings71DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"OilCrises:TheGiants70年代石油危機(jī)后，世界各國(guó)政府支持風(fēng)電機(jī)的研究開(kāi)發(fā)。研制了一批MW級(jí)試驗(yàn)樣機(jī)。Examples:USA:Mod-1(1979,2000kW),Mod-2(1980,2500kW),Mod-5(1987,3200kW)

美國(guó)風(fēng)電機(jī)廠商Denmark:Tvind(1978,2000kW)Germany:Growian(1982,3000kW)Sweden:WTS-75(1983,2000kW),WTS-3(1982,3000kW)Canada:Eole(1987,4000kW)->verticalaxis,DarrieusRotorAllconceptssufferedfromlackofreliability.Seenasfailure,but:Welldocumentedprototypesofmodernwindgenerators72DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"一臺(tái)特殊的風(fēng)電機(jī)OneimportantmachinesTvind2MWmachine,afairlyrevolutionarymachine,(havingbeenbuiltbyidealistvolunteers,practisinggenderquotasandotherpoliticallycorrectactivities,includingwavingChairmanMao'slittleredbook.)Themachineisadownwindmachinewith54mrotordiameterrunningatvariablespeedwithasynchronousgeneratorandindirectgridconnectionusingpowerelectronics.73DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"丹麥風(fēng)電機(jī)產(chǎn)業(yè)Bonus30kW

TheBonus30kWmanufacturedfrom1980isanexampleofoneoftheearlymodelsfrompresentdaymanufacturers.

LikemostotherDanishmanufacturers,thecompanywasoriginallyamanufacturerofagriculturalmachinery.

Thebasicdesigninthesemachineswasdevelopedmuchfurtherinsubsequentgenerationsofwindturbines.

74DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"The55kWgenerationofwindturbineswhichweredevelopedin1980-1981becametheindustrialandtechnologicalbreakthroughformodernwindturbines.

Thecostperkilowatthour(kWh)ofelectricitydroppedbyabout50percentwiththeappearanceofthisgenerationofwindturbines.75DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"風(fēng)電場(chǎng)California,midoftheeightiesWindfarmswithsmallunits(upto100kW)Beginningof1987:Around15000units,1400MWintotal(40%ofDanishproduction)76DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"Californiaintheearlyeighties，abouthalfofthewindturbinesplacedinCaliforniaareofDanishorigin.

ThemarketforwindenergyintheUnitedStatesdisappearedovernightwiththedisappearanceoftheCaliforniansupportschemesaround1985.

77DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"當(dāng)今的風(fēng)電技術(shù)TheprototypeoftheVestas1500kWwascommissionedin1996.

Theoriginalmodelhada63metrerotordiameteranda1,500kWgenerator.

Themostrecentversionhasa68metrerotordiameterandadual1650/300kWgenerator.

78DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"CommissionedinAugust1999.Ithasa72m(236ft.)rotordiameter.Inthiscase(Hagesholm,Denmark)itismountedona68mtower.79DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"當(dāng)今的風(fēng)電技術(shù)NM92(Neg-Micon)RatedCapacity:2,7MWRotorDiameter:92mWind-speed:4....25m/sDoubly-fedinductiongeneratorSource:80DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"當(dāng)今的風(fēng)電技術(shù)VestasV90RatedPower:3MWRotorDiameter:90mHubHight:80/105mRotor-speed:9-19rpmWind-speed:4....25m/sDoubly-fedinductiongenerator(1kV)Source:http://www.vestas.dk81DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"當(dāng)今的風(fēng)電技術(shù)GE3.6MWRatedCapacity:3,6MWRotorDiameter:104mHubHight:site-dependentRotor-speed8.5..15.3rpmWind-speed:3.5....25m/sDoubly-fedinductiongeneratorSource:82DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"當(dāng)今的風(fēng)電技術(shù)EnerconE112RatedPower:4.5MWRotorDiameter:114mHubHight:124mRotor-speed:8-13rpmwind-speed:2.5....28-34m/sDirectdrivesynchronousgenerator

(440V)Source:http://www.enercon.de83DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"當(dāng)今的風(fēng)電技術(shù)MultibridM5000RatedPower:5MWRotorDiameter:116mHubHight:variableRotor-speed:5.9-14.8rpmwind-speed:4....25-35m/sPermanentmagnetsynchronous

generatorLowgear-boxratioSpecialprovisionforoffshore-

installationSource:http://www.enercon.de84DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"當(dāng)今的風(fēng)電技術(shù)－海上風(fēng)電Example:HornsRev(Denmark)160MW(80x2MW),doubly-fedinductionmachines(Vestas)Inoperationsincesummer200285DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"86DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"2.3風(fēng)力發(fā)電過(guò)程星形環(huán)形中央連接87DIgSILENTSeminar"WindPowerIntegration"海上風(fēng)電場(chǎng)一般將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝在離海岸5km、水深5-20m的淺海區(qū)，升壓變電站置于塔筒內(nèi)，通過(guò)海底電纜與大陸并網(wǎng)。建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源的基本條件為年平均風(fēng)速應(yīng)大于6m/s(10m高度)。我國(guó)海上風(fēng)能資源豐富，10m高度可利用的風(fēng)能資源約7億多kW。海上風(fēng)速高，很少有靜風(fēng)期，可以有效利用風(fēng)電機(jī)組發(fā)電容量。海水表面粗糙度低，風(fēng)速隨高度的變化小，可以降低塔架高度。海上風(fēng)的湍流強(qiáng)度低，可減少風(fēng)電機(jī)組的疲勞載荷，延長(zhǎng)使用壽命。一般估計(jì)海上風(fēng)速比平原沿岸高20%，發(fā)電量增加70%，在陸上設(shè)計(jì)壽命20年的風(fēng)電機(jī)組在海上可達(dá)25年到30年。隨著海上風(fēng)電場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展成熟，經(jīng)濟(jì)上可行，將來(lái)必然會(huì)成為重要的可持續(xù)能源。歐洲是目前世界