概念型風(fēng)力發(fā)電機PPT

1、概念型風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計 09農(nóng)電3班 XX 摘要 隨著資源的日益枯竭和環(huán)境保護意識的加強，風(fēng)力發(fā)電作 為最具競最有發(fā)展前景的一項可再生能源技術(shù)，在全球范 圍內(nèi)得到了高度重視。量子永磁風(fēng)力發(fā)電機具有與傳統(tǒng)電 機不同的旋轉(zhuǎn)模式，其電樞轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子相向旋轉(zhuǎn)，同 樣風(fēng)速條件下發(fā)電能力提高一倍，最低工作風(fēng)速降為普通 永磁風(fēng)力發(fā)電機的一半，最高工作風(fēng)速與普通永磁風(fēng)力發(fā) 電機一樣，能加寬工作風(fēng)速范圍和提高風(fēng)能利用率。同時， 同樣的極對數(shù)下雙轉(zhuǎn)子永磁風(fēng)力發(fā)電機的工作轉(zhuǎn)速只需普 通永磁風(fēng)力發(fā)電機的一半即可，因此在風(fēng)力發(fā)電尤其是直 驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。 一.世界風(fēng)能開發(fā)以及發(fā)展趨勢 全球風(fēng)能資源豐富，

2、約為 2 . 74 109MW，可利用的風(fēng)能約為 2107MW ，比上可開發(fā)利用的水能總量大 10 倍，而且?guī)缀醴植荚?所有的地區(qū)和國家。自從 1973 年世界發(fā)生石油危機以來，西歐等發(fā) 達國家為尋求替代化石燃料的能源，美國、開創(chuàng)了風(fēng)能利用的新時期。 80 年代開始建立示范風(fēng)電場，成為電網(wǎng)新的電源；到了 90 年代對環(huán) 境保護的要求日益嚴格，特別是要兌現(xiàn)減排 CO2 等溫室效應(yīng)氣體的 承諾，風(fēng)電的發(fā)展進一步加快。德國和丹麥是老牌的風(fēng)電大國，20 世紀 90 年代幾乎壟斷著風(fēng)機制造業(yè)；進入 21 世紀，西班牙和印度 迅速成為后起之秀。 風(fēng)力發(fā)電經(jīng)歷了從獨立系統(tǒng)到并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展過程，大規(guī)模風(fēng)力田的

3、 建設(shè)已成為發(fā)達國家風(fēng)電發(fā)展的主要形式，發(fā)電能力每增加一倍，成 本就下降 15，近年來全世界風(fēng)力發(fā)電裝機容量的年平均增長率均 超過了 30 。 二.我國風(fēng)力產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀 近年國際石油市場大幅波動，國內(nèi)能源供應(yīng)趨向緊張，能 源價格也在不斷攀升，嚴重影響了我國國民經(jīng)濟的可持續(xù) 發(fā)展。我國能源結(jié)構(gòu)的不合理也造成了嚴重的煤煙型環(huán)境 污染，在氣候變化和溫室氣體排放問題上承受著越來越大 的國際壓力。根據(jù)世界能源委員會的計算，風(fēng)電每提供 1000 MW 的電量，便能減少 600 頓 CO2 的排放，將在 很大程度上有助于環(huán)境質(zhì)量的改善。另外，根據(jù)世界銀行 專家從我國煤電與風(fēng)電價格的變化趨勢估計，風(fēng)電價格將 從

4、 2005 年的 0 . 55 元千瓦時，下降到 2020 年的 0 . 4 元千瓦時左右，而煤電價格將從近年的 0 . 35 元千瓦 時上升到 0 . 4 元千瓦時左右。由此看來，到 2020 年， 風(fēng)電將變成我國一種經(jīng)濟上很具競爭力的電力資源。 三.我國風(fēng)力發(fā)電的特點 ( l ）在風(fēng)力資源豐富、電網(wǎng)通達的地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電 作為一種清潔的可再生能源，補充和逐步替代部 分常規(guī)能源，緩解電力供應(yīng)緊張的現(xiàn)狀，提高當 地的環(huán)境質(zhì)量，以發(fā)展大型風(fēng)電場為主； ( 2 ）在風(fēng)力資源豐富或較豐富的邊遠無電、缺電地 區(qū)，以發(fā)展小型或中型獨立運行的風(fēng)電系統(tǒng)為主， 利用風(fēng)力發(fā)電解決邊遠地區(qū)的生活用電和部分生 產(chǎn)用電

5、。 四.小型電機在我國的應(yīng)用前景 風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的趨勢是單機容量不斷增大，它們造價及引但與小容量 發(fā)電系統(tǒng)相比，進費用非常昂貴，更受到風(fēng)源條件的制約。而小型風(fēng) 機造價低廉、運輸方便，可單獨應(yīng)用于個別家庭和企業(yè)，如果將低價 的小型風(fēng)機并聯(lián)起來使用，不但能滿足負荷需求，還能節(jié)省費用且更 具靈活性。我國可以利用小型風(fēng)力發(fā)電機的地方主要有： ( l ）東南沿海各孤立的島嶼及農(nóng)牧區(qū)和邊遠山區(qū)：這些偏遠地區(qū)居民 居住比較分散，常規(guī)能源缺乏，用覆蓋電網(wǎng)的方式供電成本較高或根 本無法到達，但它們屬風(fēng)能資源豐富區(qū)，用小型風(fēng)力發(fā)電可以很好地 解決用電困難問題。20 世紀 80 年代，內(nèi)蒙古小型戶用風(fēng)力發(fā)電機組 的推

6、廣應(yīng)用，就很好地解決了大多數(shù)農(nóng)牧民的用電問題，使他們的生 活方式發(fā)生了質(zhì)的變化。 ( 2 ）航運系統(tǒng)：如長江航運中的拖船，一般為 100 一 200t ，經(jīng)常被 擱置在江中間的錨地上，用電主要靠蓄電池。使用風(fēng)力發(fā)電機對蓄電 池充電效果很好，這方面已有成功的經(jīng)驗。另外可以用小型風(fēng)力發(fā)電 機來解決它們的照明、我國大小河流湖泊上的船舶數(shù)量驚人，收看電 視、聽廣播等日常生活用電。 ( 3 ）森林防火高山觀察站：據(jù)林業(yè)部防火指揮部介 紹，東北 約有 400 個觀察站，西南也有幾百個 高山觀察站，各省市都有一些森林高山防火觀察 站，站上的工作人員從每年 10月到第二年 4 、5 月的防火期期間晝夜在站上值

7、勤，由于山高、道 路狹窄崎嶇、運輸困難，又不能使用明火，解決 他們的生活用電頗為費神，使用小型風(fēng)力發(fā)電機 可以基本解決這一問題。 ( 4 ）城市路燈的光伏、風(fēng)力互補系統(tǒng)：可節(jié)省能源、 美化城市環(huán)境、減輕空氣污染，提高當?shù)鼐用竦?生活質(zhì)量等。 ( 5 ）通風(fēng)管道：將小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用在各工廠 的通風(fēng)管道系統(tǒng)中，節(jié)能效果非常顯著。 五.雙轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電機的設(shè)計 己采用的風(fēng)力發(fā)電機有三種，即直流發(fā)電機、異步和同 步交流發(fā)電機，不論是何種電機，均由定子和轉(zhuǎn)子兩大主 要部件組成，靠轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動在處于變化磁場中的繞組內(nèi)產(chǎn) 生感應(yīng)電動勢，將風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能。實際上不 可能將捕獲的風(fēng)能全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，現(xiàn)

8、有風(fēng)力 發(fā)電機只有在額定的風(fēng)速范圍內(nèi)才能正常運轉(zhuǎn)，工作風(fēng)速 的范圍較窄，風(fēng)能利用系數(shù)較低，即使在正常工作時，其 風(fēng)能利用系數(shù)也很低，一般在 0 . 3 左右，超過半數(shù)的風(fēng) 能未能得到充分的捕捉和轉(zhuǎn)化。另外，在現(xiàn)有的百瓦級小 型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機絕大多數(shù)采用三相同步發(fā)電機 加整流器的結(jié)構(gòu)，也有少數(shù)采用直流發(fā)電機。不論是直流 發(fā)電機還是永磁同步發(fā)電機，它們在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用 時都存在一定的缺點與不足。 直流發(fā)電機的輸出電壓波形較平穩(wěn)，但其換向裝置容易磨損、故障率 高、壽 命短。風(fēng)力發(fā)電機都安裝在幾十米高的塔架上，維修更換很 不方便；同時，換向裝置的維修更提高了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的度電成本。 普通永

9、磁同步發(fā)電機采用永磁體勵磁，無需外加勵磁裝置，減少了勵 磁損耗；同時它無需換向裝置，因此具有效率高，壽命長等優(yōu)點。但 是由于其勵磁不能調(diào)節(jié)，從而使得輸出電壓調(diào)整率較高，輸出電壓波 動范圍較大，勢必會造成蓄電池欠、過壓保護裝置的頻頻動作，縮短 其使用壽命，會使發(fā)電成本居高不下，從而使小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)難于 推廣應(yīng)用。因此，在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，維持發(fā)電機電壓平穩(wěn)，對 保證用電設(shè)備的性能與壽命和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及風(fēng)電系統(tǒng)的推廣應(yīng)用 都具有重要意義。雙轉(zhuǎn)子永磁風(fēng)力發(fā)電機（dual 一 rotor permanent 一 magnet wind generator ，簡稱DRPMWG ) 與普通永磁同步發(fā)

10、電機 的差別僅僅在于原來靜止不動的定子現(xiàn)在也可以相對于機座自由地旋 轉(zhuǎn)，即電樞部分也能旋轉(zhuǎn)，使得電樞與永磁體的相對轉(zhuǎn)速提高一倍， 同樣風(fēng)速條件下發(fā)電能力也能提高一倍，且即使在風(fēng)速很低的情況下 也能建壓工作，降低了起動風(fēng)速，最低工作風(fēng)速為普通永磁電機的一 半，最高工作風(fēng)速兩者一致，因此能加寬工作風(fēng)速范圍，提高風(fēng)能利 用率。極對數(shù)相同時，其工作轉(zhuǎn)速可降為普通永磁發(fā)電機的一半，因 此在直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電方面更具有明顯優(yōu)勢。雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機除了能 應(yīng)用于上述風(fēng)力發(fā)電場合外，還能應(yīng)用于水輪發(fā)電機飛機引擎的渦輪 發(fā)動機、潛艇和魚雷的推進器改進等軍事科研方面，具有極其重要的 科研地位。 六.雙轉(zhuǎn)子電機研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機因其結(jié)構(gòu)新穎簡單、功率密度和 轉(zhuǎn)矩密度高、應(yīng)用范圍廣，引起了廣大研究者的 興趣。 德國的 Nikolaus Neuberger 最早提出一種單定子 雙轉(zhuǎn)子異步電機，其結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示，包括內(nèi)、 外兩個轉(zhuǎn)子和一個兩面開槽的定子，可看作由兩 臺共用定子鐵心的異步電機組成，該電機與普通 異步電機的最大區(qū)別在于定子采用環(huán)形繞線方式， 可以大大縮短端部長度，2 極或 4 極該電機的漏 感僅為普通異步電機的 70 一 80 % ，效率和功率 因數(shù)可分別提高 3和 0 . 08。 結(jié)論 雙轉(zhuǎn)子永磁風(fēng)力發(fā)電機改變了傳統(tǒng)電機結(jié) 構(gòu)，同樣使得