風(fēng)力發(fā)電原理及基本要求課件

目錄風(fēng)力發(fā)電的基本原理風(fēng)能利用與風(fēng)力發(fā)電的歷史風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能要求第1部分風(fēng)力發(fā)電的基本原理“人類很早就開始使用發(fā)電技術(shù)了，發(fā)電技術(shù)是通過某種動(dòng)力來帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。傳統(tǒng)的動(dòng)力來自于水能和熱能。利用水輪機(jī)將水能轉(zhuǎn)化為電能的稱之為水力發(fā)電；利用汽輪機(jī)將化石燃料產(chǎn)生的蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為電能的稱之為火力發(fā)電。風(fēng)能也是一種動(dòng)力，也可以用來發(fā)電，我們稱之為風(fēng)力發(fā)電?！钡?部分風(fēng)力發(fā)電的基本原理就目前的技術(shù)水平來講，風(fēng)力發(fā)電的基本原理是：通過風(fēng)輪把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)出電能。

風(fēng)輪發(fā)電機(jī)

風(fēng)能機(jī)械能電能第1部分風(fēng)力發(fā)電的基本原理

從這個(gè)描述可以看出，要實(shí)現(xiàn)風(fēng)能到電能的轉(zhuǎn)變，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備必須具有如下2個(gè)基本要素：風(fēng)輪發(fā)電機(jī)第1部分風(fēng)力發(fā)電的基本原理風(fēng)輪的作用是從自然界的風(fēng)中捕獲動(dòng)能并將其轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。發(fā)電機(jī)的作用是通過電磁感應(yīng)把旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能供用戶使用。

第4部分風(fēng)能利用與風(fēng)力發(fā)電的歷史人類很早就使用風(fēng)能了，主要是通過風(fēng)車來抽水、碾米、磨面以及船舶的助航等。中國、伊拉克、埃及都是較早利用風(fēng)能的國家。第2部分風(fēng)能利用與風(fēng)力發(fā)電的歷史受社會(huì)生產(chǎn)力低的影響，直到19世紀(jì)，風(fēng)能的利用一直占有比較重要的地位。蒸汽機(jī)的發(fā)明與廣泛應(yīng)用，逐漸弱化了風(fēng)車的作用。第2部分風(fēng)能利用與風(fēng)力發(fā)電的歷史風(fēng)是一種潛力很大的新能源，目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風(fēng)力在一年內(nèi)所提供能量的三分之一。隨著傳統(tǒng)能源的日益緊缺，生活環(huán)境的不斷惡化，人類不得不重視利用風(fēng)力來發(fā)電，開發(fā)新能源。

第2部分風(fēng)能利用與風(fēng)力發(fā)電的歷史利用風(fēng)力發(fā)電的嘗試，始于二十世紀(jì)之初。第一次世界大戰(zhàn)后，丹麥的工程師們根據(jù)飛機(jī)螺旋槳的原理，就制造出了小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。之后、瑞典、蘇聯(lián)和美國也相繼成功地研制了一些小型風(fēng)力發(fā)電裝置。這些小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，容量大都在5千瓦以下，廣泛使用于多風(fēng)的海島和偏僻的鄉(xiāng)村。第2部分風(fēng)能利用與風(fēng)力發(fā)電的歷史中國利用風(fēng)能發(fā)電，始于二十世紀(jì)七十年代。當(dāng)時(shí)以微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為主，單機(jī)容量在50～500W不等，主要用于滿足內(nèi)蒙、青海等省區(qū)牧民的汲水、照明需求。直到二十世紀(jì)八十年代，才開始研制“中、大型”風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。第2部分風(fēng)能利用與風(fēng)力發(fā)電的歷史1996年，中國實(shí)施“乘風(fēng)計(jì)劃”，先后在新疆、內(nèi)蒙、廣東、山東、遼寧、福建、浙江、河北等省區(qū)建設(shè)了19個(gè)風(fēng)電場(chǎng)。第2部分風(fēng)能利用與風(fēng)力發(fā)電的歷史2005年，《中華人民共和國可再生能源法》的頒布，標(biāo)志著中國的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)進(jìn)入了一個(gè)前所未有的發(fā)展時(shí)代。第3部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類方法有很多種5.1按照機(jī)組的容量可劃分為：小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組我公司產(chǎn)品就有1.25MW、2MW、3.6MW第3部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型3.2按照機(jī)組的運(yùn)行方式可劃分為：離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第3部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型3.3按照機(jī)組風(fēng)輪軸的狀態(tài)可劃分為：垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組近年來，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用得到了長足的發(fā)展，下面這些分類方法，基本是根據(jù)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)狀況所給出的。第3部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型3.4按照機(jī)組風(fēng)輪的葉片數(shù)目可劃分為：單葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雙葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組三葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第3部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型3.5按照機(jī)組風(fēng)輪的位置可劃分為：上風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第3部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型3.6按照機(jī)組的控制方式可劃分為：定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第3部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型3.7按照機(jī)組的轉(zhuǎn)速與電能頻率的關(guān)系可劃分為：恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第3部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型3.8按照機(jī)組驅(qū)動(dòng)鏈的型式可劃分為：直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組半直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳統(tǒng)有齒箱型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雖然有很多種分類，但目前占據(jù)主導(dǎo)地位的卻是“三葉片、水平軸、上風(fēng)向、變槳、變速、恒頻型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組”。Sewind的產(chǎn)品，就是此種類型。圖6-1是這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)電器控制柜葉輪塔架偏航系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)齒輪箱高速軸剎車底架主軸蓄能器主軸承主冷卻器變頻器冷卻器為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖齒輪箱是有齒箱風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件。齒輪箱在提升風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的同時(shí)，還傳遞來自風(fēng)輪的功率，承受著巨大的機(jī)械載荷。受當(dāng)代制造技術(shù)的制約，齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中容易產(chǎn)生故障的主要部件之一。從某種意義上講，齒輪箱運(yùn)行的可靠性，直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性，影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造廠商的信譽(yù)和品牌。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)

齒輪箱第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)

傳動(dòng)鏈——齒輪箱國家為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱制定了專門的標(biāo)準(zhǔn)：《GB/T19073—2008風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱》是該部件的最新標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在GB/T19073—2003基礎(chǔ)上進(jìn)行了修訂。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)國標(biāo)要求：齒輪箱的機(jī)械效率＞97%齒輪箱的工作環(huán)境溫度為-40～50℃齒輪箱的最高溫度≤80℃齒輪箱各軸承間的溫度差≤15℃齒輪箱的噪音≤85dB(A)齒輪箱的使用壽命（正常情況下）≥20年齒輪箱的保用期（正常情況下）2年第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)

風(fēng)輪捕獲的能量最終要傳遞給發(fā)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)將其轉(zhuǎn)化為電能輸出給用戶使用。發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件，是機(jī)械能傳遞的終點(diǎn)，也是電能輸出的源頭。發(fā)電機(jī)即展現(xiàn)了制造廠商發(fā)電設(shè)備的辛勤勞動(dòng)，也關(guān)愛著廣大用電設(shè)備的各種需求。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)

4.1發(fā)電機(jī)第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)

4.1發(fā)電機(jī)目前大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)主要有：永磁發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)幾種類型。Sewind產(chǎn)品中的雙饋異步發(fā)電機(jī)，就是異步發(fā)電機(jī)的一種。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一樣，發(fā)電機(jī)也有很多種分類方法。在電力行業(yè)，一般習(xí)慣于把發(fā)電機(jī)分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)兩大類。而后者又可分為同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)兩種。現(xiàn)代發(fā)電站中最常用的是同步發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是由直流勵(lì)磁，既能提供有功功率，也能提供無功功率，可滿足各種負(fù)載的需要。異步發(fā)電機(jī)由于沒有獨(dú)立的勵(lì)磁繞組，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但是不能向負(fù)載提供無功功率，而且還需要從所接電網(wǎng)中汲取滯后的磁化電流。因此異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)必須與其他同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)，或者并接相當(dāng)數(shù)量的電容器。這限制了異步發(fā)電機(jī)的應(yīng)用范圍。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)伴隨著風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的蓬勃發(fā)展，MW級(jí)以上大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組廣泛使用雙饋感應(yīng)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)。雙饋感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上也有了獨(dú)立的繞組，定、轉(zhuǎn)子均可以通交流電。雙饋感應(yīng)電機(jī)既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。當(dāng)雙饋感應(yīng)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，我們稱之為雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（以下簡稱為雙饋發(fā)電機(jī)）。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和電力公司對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能要求的不斷提高，雙饋發(fā)電機(jī)是否依然能夠在風(fēng)力發(fā)電事業(yè)中保有如此的優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)值得高度關(guān)注的課題。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)國家也為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)編制了國家標(biāo)準(zhǔn)，最新的版本是《GB/T19071.1—2003風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異步發(fā)電機(jī)第1部分：技術(shù)條件》。但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)普通異步發(fā)電機(jī)的性能編制的，其中一些概念已經(jīng)落后于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的整體技術(shù)，也不能正確反映電力公司對(duì)發(fā)電機(jī)的要求。我們熱切地期待著國家早日出臺(tái)新的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。下圖是Sewind的一款雙饋發(fā)電機(jī)。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)雙饋異步發(fā)電機(jī)

第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)雙饋風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖

控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的靈魂。控制系統(tǒng)的主要職責(zé)是：運(yùn)行管理與安全保護(hù)。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)

4.2控制系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)主要由傳感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、軟件組成。傳感器就好比是我們的眼睛和耳朵，主要的任務(wù)是收集情報(bào)，或者叫采集信息，匯報(bào)給大腦（反饋給控制器）。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)

4.2.1控制系統(tǒng)的組成控制器就是我們的大腦，它在聽取了傳感器的匯報(bào)后，對(duì)當(dāng)前形勢(shì)作出正確分析，并發(fā)出指令安排下一步的工作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是我們的手和腳，它只要認(rèn)認(rèn)真真地完成控制器的工作計(jì)劃就可以了。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)那么軟件呢？個(gè)人認(rèn)為，軟件就好比是我們所學(xué)到的文化知識(shí)，它決定了控制器分析問題、正確決策的能力。在此，我們姑且稱之為“英明度”，那么軟件版本的高低，就代表著控制系統(tǒng)英明程度的高低。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)跟人類一樣，控制器和軟件之間是相互依存的，控制器是軟件的物質(zhì)基礎(chǔ)，它既是軟件的載體，同時(shí)也決定了軟件的升級(jí)空間。就如同并不是所有人都能獲得博士學(xué)位一樣。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)傳感器有很多種，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來講，大體需要如下的幾種：第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)風(fēng)向標(biāo)風(fēng)速儀轉(zhuǎn)速傳感器槳距角傳感器限位開關(guān)油位指示器壓力傳感器振動(dòng)傳感器電流互感器電壓互感器操作開關(guān)、按鈕執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括：驅(qū)動(dòng)裝置剎車裝置接觸器繼電器閥塊液壓缸泵第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求無人值守，因此，其運(yùn)行時(shí)的調(diào)節(jié)、控制必須是全自動(dòng)的，這些控制項(xiàng)目主要包括：第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)

4.6.2運(yùn)行管理待機(jī)（當(dāng)外部環(huán)境滿足啟動(dòng)條件是，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就可以啟動(dòng)）偏航功率調(diào)節(jié)啟動(dòng)剎車變槳發(fā)電運(yùn)行停機(jī)加熱并網(wǎng)故障停機(jī)冷卻安全保護(hù)在發(fā)生故障時(shí)，控制系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)的安全策略進(jìn)行工作，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于安全狀態(tài)。安全鏈的控制等級(jí)最高，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，往往采用失效安全的控制策略。安全鏈的動(dòng)作，可由下列事件觸發(fā)：風(fēng)輪超速振動(dòng)超限控制器故障第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)按下急停按鈕其它主控器不能控制的故障安全鏈一旦被觸發(fā)斷開，將切斷所有電氣系統(tǒng)的電源、風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)、葉片順槳、高速軸剎車。第4部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)為了規(guī)范風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)，國家制定了一系列風(fēng)力發(fā)電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其中，最基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)就是《GB/T19960.1—2005風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第1部分：通用技術(shù)條件》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對(duì)風(fēng)輪掃略面積≥40m2（相當(dāng)于風(fēng)輪直徑≥7.12m）的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一般性技術(shù)要求、安全要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、以及儲(chǔ)運(yùn)交付等要求。這些要求，實(shí)質(zhì)上也是參考了IEC、GL等國際、國外標(biāo)準(zhǔn)制定的。第5部分對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能要求第5部分對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能要求

5.1國標(biāo)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組環(huán)境條件的規(guī)定

機(jī)組在下列環(huán)境條件下應(yīng)能正常運(yùn)行，并應(yīng)達(dá)到所規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)、性能指標(biāo)。第5部分對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能要求

5.1.1正常環(huán)境（氣候）條件電壓范圍：UN(1±10%)頻率范圍：fN(1±10%)電壓負(fù)序分量：≤2%年電網(wǎng)停電次數(shù)：≤20（每次持續(xù)時(shí)間不超過1周）第5部分對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能要求

5.1.2機(jī)組輸出端電網(wǎng)條件電壓范圍：UN(1±10%)頻率范圍：fN(1±10%)電壓負(fù)序分量：≤2%年電網(wǎng)停電次數(shù)：≤20（每次持續(xù)時(shí)間不超過1周）第5部分對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能要求

5.2國標(biāo)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能的要求（部分）切入風(fēng)速：2.5～5.5m/s切出風(fēng)速：20～25m/s額定風(fēng)速：滿足JB/T10300要求最大風(fēng)能利用系數(shù)：≥0.4額定工況下輸出功率：≥PN設(shè)計(jì)壽命：≥20年第5部分對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能要求

5.2國標(biāo)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能的要求（部分）年可利用率：≥95%塔架振動(dòng)：≤20mm/s1/3PN時(shí)的噪音：≤110dB(A)安全防護(hù)：符合GB18451.1要求接地電阻：≤4Ω次級(jí)回路絕緣電阻：≥1MΩ第5部分對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能要求

5.3國標(biāo)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率輸出的要求

“在正常工作狀態(tài)下，機(jī)組功率輸出與理論值的偏差應(yīng)不超過10%；當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)，持續(xù)10min功率應(yīng)不超過額定值的115%。瞬間功率輸出應(yīng)不超過額定值的135%。第5部分對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能要求

5.4國標(biāo)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組質(zhì)保期的規(guī)定

“用戶按照使用維護(hù)說明書的規(guī)定，正確使用與存放機(jī)組，制造商應(yīng)保證機(jī)組的運(yùn)行在24個(gè)月內(nèi)，或制造商自交付之日起不超過30個(gè)月內(nèi)能量好地運(yùn)行。如在規(guī)定時(shí)間內(nèi)風(fēng)力機(jī)因制造質(zhì)量不良而發(fā)生損壞或不能正常工作的，制造商應(yīng)