論風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)力機械特性

1、論風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)力機械特性全球經(jīng)濟增長對能源需求日漸強烈，我國作為人口大國和工業(yè)大國，對能源的需求和能源短缺之間的矛盾日漸尖銳，石油市場的競爭耗費了我國大量人力物力，我國為了保證石油供應(yīng)的穩(wěn)定付出了巨大的代價。為了緩解能源供應(yīng)緊張，我國對于可再生能源的重視程度逐漸加大，可再生能源占能源消耗的比例總比例也就見增大。作為清潔能源的重要組成部分，風(fēng)力發(fā)電擁有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ顷P(guān)乎國家能源環(huán)境未來的重要技術(shù)。本文就風(fēng)力發(fā)電和鋒利機械的特性進(jìn)行簡單探索，意在實現(xiàn)對風(fēng)力機械的精確控制和對風(fēng)力資源利用率的提高。風(fēng)力發(fā)電除了具有可再生的優(yōu)勢之外，還具有清潔無污染的特點,對比火力發(fā)電和核電，風(fēng)力發(fā)電無排放。在幾十

2、年的經(jīng)濟建設(shè)中我們犯了很多錯誤，對環(huán)境無節(jié)制的利用和破壞導(dǎo)致了大自然的報復(fù)，霧霾、沙塵暴等等就是最直接的例子。從地理上研究，我國處于亞熱帶季風(fēng)氣候，全年大部分地方都有很強的勁風(fēng)，而且我國幅員遼闊，有著大面積的丘陵和平原，對于風(fēng)力發(fā)電需要的大面積風(fēng)車群提供了廣闊的空間。無論是從能源角度，還是從環(huán)保角度，或者地理優(yōu)勢方面，我國大力推廣風(fēng)力發(fā)電建設(shè)都是明智的選擇。下圖就是位于我國蒙古草原上的風(fēng)力發(fā)電風(fēng)車。風(fēng)力發(fā)電發(fā)展簡史風(fēng)力發(fā)電的想法最初在上個世紀(jì)三十年代的丹麥、瑞典蘇聯(lián)等國家就已經(jīng)開始付諸實踐。通過利用旋翼技術(shù)研制成功小型發(fā)電裝置，在多風(fēng)的海島和荒僻的農(nóng)村使用廣泛，因為風(fēng)力發(fā)電成本要比火力發(fā)電低廉

3、很多。在之后的幾十年里研究人員不斷嘗試更大功率的發(fā)電風(fēng)車，到1978年，美國研制的風(fēng)力發(fā)電機功率已經(jīng)能夠達(dá)到200千瓦風(fēng)力發(fā)電的基本原理就是把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為機械能，通過機械能轉(zhuǎn)化為電能。在風(fēng)吹下風(fēng)車旋轉(zhuǎn)獲得動能，帶動發(fā)電機發(fā)電。根據(jù)目前達(dá)到的技術(shù)水平，每秒三米的速度就能夠發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的分布仍然以西方為主，芬蘭、丹麥等國家風(fēng)力發(fā)電占總發(fā)電量的比例已經(jīng)很可觀。在我國國家電網(wǎng)鋪設(shè)難度十分大的西部，風(fēng)力發(fā)電也被廣泛使用。從成本出發(fā)，每秒四米的風(fēng)速才適合發(fā)電。我國由于特殊的地理位置，風(fēng)力資源極為豐富，大部分地方風(fēng)速都達(dá)到三米每秒以上。在東北、西北、西南高原等地三分之一年都是大風(fēng)天，在這些地方，發(fā)展

4、風(fēng)力發(fā)電很有前途。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成風(fēng)力發(fā)電原理并不復(fù)雜，結(jié)構(gòu)也十分清晰。通過自然風(fēng)推動葉輪，把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，通過逐級傳動帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動把機械能轉(zhuǎn)化為電能，通過一系列整流設(shè)備進(jìn)行功率和參數(shù)轉(zhuǎn)換，接入國家電網(wǎng)。小型發(fā)電設(shè)備通過蓄電池把電能儲存起來，通過變電設(shè)備轉(zhuǎn)換為直流電對直流設(shè)備直接供電，或者通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流，供給交流用電設(shè)備。風(fēng)力機械特性風(fēng)速模型。自然風(fēng)風(fēng)力變化復(fù)雜，通過數(shù)學(xué)模型，在平均風(fēng)力上疊加分量。自然風(fēng)存在隨機波動，需要在平均風(fēng)速基礎(chǔ)上疊加隨即分量。葉尖速比。衡量風(fēng)輪運轉(zhuǎn)速度大小的參數(shù)。是葉片間斷圓周速度和風(fēng)速的比值。根據(jù)貝茲理論，風(fēng)力機在自然風(fēng)中獲得的能量有限，能量轉(zhuǎn)換

5、導(dǎo)致風(fēng)速下降。在空氣質(zhì)量密度、風(fēng)輪半徑和風(fēng)速都為定值時，單位時間內(nèi)風(fēng)輪捕獲能量和風(fēng)能利用系數(shù)成正比。在固定風(fēng)速之下，風(fēng)力機轉(zhuǎn)數(shù)的變化會導(dǎo)致風(fēng)能利用發(fā)生相應(yīng)變化。通過之前研究可以得知，轉(zhuǎn)速會影響能量捕獲效率。輸出功率特性。所有機械都存在運行效率問題。風(fēng)力發(fā)電啟動需要一定的力矩來克服內(nèi)部阻力。啟動力矩大小取決于發(fā)電機內(nèi)部阻力大小。因此，發(fā)電機啟動需要一個最小風(fēng)速，當(dāng)自然風(fēng)強度達(dá)不到最小風(fēng)俗，風(fēng)力機就無法工作。在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電廠建設(shè)之前一定要對當(dāng)?shù)仫L(fēng)力資源類型和性質(zhì)進(jìn)行考察，根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)能切入速度和切出風(fēng)速確定合適的發(fā)電機型號，使之能夠正常工作。風(fēng)力機直流電機模擬方案。風(fēng)力機的輸出功率和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和風(fēng)速兩

6、個因素有關(guān)。在轉(zhuǎn)速和風(fēng)速確定了的條件下，可以經(jīng)過計算求得輸出功率和機械力矩。風(fēng)力機和電動機的功率特性有很大的相似性。通過風(fēng)力機數(shù)學(xué)模型可以計算出風(fēng)力機輸出功率，將其作為直流電機的控制指令實現(xiàn)控制。風(fēng)力發(fā)電控制策略智能型風(fēng)力發(fā)電可以在風(fēng)力發(fā)電機不能夠捕獲足夠負(fù)載和蓄電池使用的電能時自動跟蹤最大功率，調(diào)節(jié)葉尖速比。目前最大功率跟蹤方案主要存在風(fēng)速自動控制和風(fēng)機轉(zhuǎn)速反饋兩種方法。風(fēng)速自動跟蹤是利用測速裝置測量自然風(fēng)速，根據(jù)風(fēng)力機最佳負(fù)載曲線計算實際輸出功率和給定功率之間的差值，通過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電流大小，實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電輸出功率的調(diào)節(jié)。風(fēng)機轉(zhuǎn)速反饋是將發(fā)電機輸出功率和自然風(fēng)速之間的關(guān)系轉(zhuǎn)化為發(fā)電機輸出功率和發(fā)電機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，簡化了結(jié)構(gòu)，使之更簡單可靠、穩(wěn)定。風(fēng)力發(fā)電憑借其清潔和可再生的優(yōu)勢逐漸被重視起來，但是因為其較低的生產(chǎn)效率，和高投入，但是隨著技術(shù)風(fēng)