風(fēng)力發(fā)電及技術(shù)路線介紹課件

1、風(fēng)力發(fā)電及技術(shù)路線介紹講義提綱風(fēng)力發(fā)電背景風(fēng)電機組的工作原理和結(jié)構(gòu)風(fēng)電機組的分類及特點2發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的原因一、化石能源枯竭全球能源形勢礦物燃料消耗過度環(huán)境壓力日益嚴(yán)重每年消耗56億噸煤25億噸石油至2030年二氧化碳排放上漲50%，每年420多億噸石油價格波動，煤炭價格持續(xù)上漲煤炭150年，石油80年枯竭能源安全受到挑戰(zhàn)3二、碳排放和溫室效應(yīng) 各種全球變暖背景下的極端氣候影響在世界各國頻頻上演，暴雪、颶風(fēng)、洪水、干旱全球氣候變暖還引起冰川崩塌消融、海平面上升、糧食減產(chǎn)、物種滅絕全球氣候變化是由化石燃料燃燒排放大量溫室氣體而造成的。化石燃料占二氧化碳排放量比重化石能源2006二氧化碳排放量 Mt

2、2008二氧化碳排放量 Mt百分比煤8336867273.5%石油8828597.2%燃?xì)?217232019.6%總量1143511851100%4世界能源利用發(fā)展趨勢從依賴常規(guī)化石能源如石油、煤、天然氣）轉(zhuǎn)向充分利用可再生能源（風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等）。其中風(fēng)電可以減少溫室氣體排放，平均每提供100萬千瓦時的電量，可以減少600噸二氧化碳排放量。2009年，全球二氧化碳含量由于風(fēng)能的應(yīng)用減少了228.7Mt，相當(dāng)于全年因發(fā)電而產(chǎn)生的二氧化碳總量的1.93%。特點：風(fēng)能是一種取之不盡用之不竭的能源利用風(fēng)能可以在相對短的時間內(nèi)產(chǎn)出大量電能 風(fēng)能是一種不產(chǎn)生二氧化碳的能源形式，有利于減少溫室氣

3、體的排放5風(fēng)能是地球表面大量空氣流動所產(chǎn)生的動能。由于地面各處受太陽輻照后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同，因而引起大氣層中壓力分布不均，在水平方向高壓空氣向低壓地區(qū)流動，即形成風(fēng)。 風(fēng)能作為一種高效清潔的永不枯竭的能源正受到越來越多國家的高度重視。全球的風(fēng)能約為2.74109MW，其中可利用的風(fēng)能為2107MW，是全球可開發(fā)利用水能資源總量的10多倍，相當(dāng)于10800億噸標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生的能量，約是全世界目前能源消費量的100倍。 風(fēng)能6講義提綱風(fēng)力發(fā)電背景風(fēng)電機組的工作原理和結(jié)構(gòu)風(fēng)電機組的分類及特點7風(fēng)電機組的工作原理和結(jié)構(gòu)工作原理簡介： 風(fēng)力發(fā)電機：將風(fēng)的動能通過風(fēng)輪轉(zhuǎn)換為機械能，再帶動發(fā)

4、電機發(fā)電，轉(zhuǎn)換成電能。 風(fēng)能利用是風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換為機械能，再轉(zhuǎn)換成其他能量的方式。如風(fēng)車磨坊、風(fēng)車提水、風(fēng)車供熱，最主要的是風(fēng)能發(fā)電。 8風(fēng)電機組風(fēng)輪輪轂変槳導(dǎo)流罩機艙主軸系統(tǒng)增速箱發(fā)電機偏航剎車散熱排風(fēng)機艙罩風(fēng)速風(fēng)向儀塔架風(fēng)電機組的工作原理和結(jié)構(gòu)9機艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)10機艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)112、風(fēng)力機的結(jié)構(gòu)組成組成：輪轂 葉片 控制系統(tǒng)葉片輪轂主傳動系統(tǒng)主軸變槳電機風(fēng)輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能類型：單葉片、雙葉片、三葉片和多葉片 定槳風(fēng)輪和變槳風(fēng)輪輪轂：是風(fēng)輪的動力樞紐12變槳電機： 每個葉片都有一個變槳電機，并帶有剎車、測速傳感器、編碼器及強制空冷裝置。超級電容：用于電網(wǎng)斷電和安全鏈中斷時葉片的變槳控制。充電

5、器：帶有充電控制和電壓檢測裝置。轉(zhuǎn)換器：三相兩路裝置，用于向變槳電機輸送直流電。變槳控制器 除變槳電機，其余部件都在軸控制柜或公用控制柜內(nèi)，每個葉片都有單獨控制器。結(jié)構(gòu)和功能2、風(fēng)力機的結(jié)構(gòu)組成13聯(lián)軸器： 在主軸和齒輪箱高速軸，齒輪箱低速軸之間的連接主軸： 支撐輪轂和傳遞負(fù)載（軸向力，剪力（徑向力），彎矩和扭矩）齒輪箱： 起增速作用，并傳遞動力和運動，承受靜動載荷和沖擊載荷齒輪箱主要結(jié)構(gòu)形式：一級行星加兩級平行軸齒輪傳動低速軸脹套，高速軸聯(lián)軸器主傳動系統(tǒng)2、風(fēng)力機的結(jié)構(gòu)組成14繞線式異步發(fā)電機發(fā)電機形式：雙饋異步發(fā)電機永磁同步發(fā)電機2、風(fēng)力機的結(jié)構(gòu)組成電勵磁同步發(fā)電機15組成：偏航軸承、偏航

6、驅(qū)動裝置、偏航制動器、偏航計數(shù)器、紐纜保護(hù)裝置、偏航液壓回路作用：1、與風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)相配合，使風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，充分利用風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電效率2、提供必要的鎖緊力矩以保障風(fēng)力發(fā)電機組的安全運行偏航系統(tǒng)2、風(fēng)力機的結(jié)構(gòu)組成16變頻控制系統(tǒng)變槳控制系統(tǒng)偏航控制系統(tǒng)主控制系統(tǒng)（溫度、壓力、振動的監(jiān)控和報警系統(tǒng)）控制系統(tǒng)2、風(fēng)力機的結(jié)構(gòu)組成17講義提綱風(fēng)力發(fā)電背景風(fēng)電機組的工作原理和結(jié)構(gòu)風(fēng)電機組的技術(shù)路線及特點183 風(fēng)機的技術(shù)路線及分類風(fēng)機技術(shù)路線的確定尤為重要。 風(fēng)力發(fā)電機組的技術(shù)路線就是指在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計開發(fā)時所準(zhǔn)備采取的技術(shù)手段、整機結(jié)構(gòu)形式以及解決關(guān)鍵性問題

7、的方法，以保證在規(guī)定時間內(nèi)按要求完成風(fēng)力發(fā)電機組的研發(fā)和制造。193 風(fēng)力發(fā)電機組的技術(shù)路線及分類高速雙饋高速永磁同步中速雙饋中速永磁同步直驅(qū)永磁同步直驅(qū)勵磁同步按齒輪箱和發(fā)電機結(jié)構(gòu)形式分類： 按齒輪箱和發(fā)電機布置形式分類： 三點支撐兩點支撐單點支撐按傳動鏈的布置形式分類： 水平軸風(fēng)機垂直軸風(fēng)機按功率調(diào)節(jié)方式分類： 定槳距風(fēng)機變槳矩風(fēng)機203.1 水平軸與垂直軸風(fēng)機21功率調(diào)節(jié)方式定槳距變槳距風(fēng)力發(fā)電機組葉片和輪轂之間采用回轉(zhuǎn)支撐連接，可以相對運動葉片相對輪轂固定3.2 定槳距與變槳矩風(fēng)機22優(yōu)點：發(fā)電機、齒輪箱等大部件易拆卸，可維護(hù)較好；并且技術(shù)成熟、設(shè)計、制造難度低；供應(yīng)鏈成熟，部件通用性

8、較好。 缺點：齒輪箱增速比高，可靠性較低，負(fù)荷重，存在軸承與齒輪磨損、潤滑油更換頻繁、機械噪聲、高速振動等；維護(hù)保養(yǎng)工作量大，有電刷和滑環(huán)，增加維護(hù)工作量；能量利用率較低，軸向尺寸較大。 此技術(shù)路線為技術(shù)最成熟、市場占有率最高的技術(shù)路線。3.3 高速雙饋機型23優(yōu)點：風(fēng)能利用率較高，電能質(zhì)量較好，發(fā)電機、齒輪箱等大部件易拆卸，可維護(hù)較好；相同功率下發(fā)電機體積較小，不存在碳刷和滑環(huán)的維護(hù)。 缺點：同樣存在齒輪箱增速比高，可靠性低等問題；永磁材料在震動、沖擊、高溫情況下容易發(fā)生失磁的現(xiàn)象；技術(shù)不成熟，需要全功率變流器。 此技術(shù)路線是一種經(jīng)高速雙饋變型而來的技術(shù)路線。3.4 高速永磁同步機型24優(yōu)點

9、：齒輪箱增速比小，齒輪抗疲勞特性增強，壽命提高；其所采用的軸承和齒輪等數(shù)量較少，系統(tǒng)可靠性較高；齒輪箱、發(fā)電機等大部件易拆卸，可維護(hù)性好，更適合海上機型；齒輪箱簡單、體積小、制造難度小，對加工設(shè)備要求低，制造成本較低。 缺點：機艙比同規(guī)格高速雙饋較重；有電刷和滑環(huán)，增加維護(hù)工作量 。 此技術(shù)路線為高速與直驅(qū)的折中型技術(shù)路線。3.5 中速雙饋機型25優(yōu)點：齒輪箱增速比較低，壽命增加，可靠性提高；風(fēng)能利用率較高，電能質(zhì)量較好；相同功率下發(fā)電機體積較小，不存在碳刷和滑環(huán)的維護(hù)工作。 缺點：同樣存在永磁材料在震動、沖擊、高溫情況下容易發(fā)生失磁的問題；技術(shù)尚未成熟，需全功率變流器。 此技術(shù)路線是在提高可

10、靠性的同時又能保證電能質(zhì)量的一種技術(shù)路線。3.6 中速永磁同步機型26優(yōu)點：傳動鏈無齒輪箱，減少了傳動鏈能量損失，可靠性高；無碳刷和滑環(huán)，維護(hù)工作量小，系統(tǒng)噪音低；能量利用率高，發(fā)電質(zhì)量好 。 缺點：電機體積與重量均較大，既影響機艙空氣動力特性，又增加制造難度與成本，定、轉(zhuǎn)子加工需要大型設(shè)備；同樣存在永磁材料的失磁問題，永磁材料存在永久的強磁性，無法在現(xiàn)場條件下檢修，所以一旦出現(xiàn)問題只有返回廠家才能維修，現(xiàn)場不具有可維護(hù)性 。 此技術(shù)路線是直驅(qū)機組中相對較優(yōu)的一種技術(shù)路線。3.7 直驅(qū)永磁同步機型27優(yōu)點：傳動鏈無齒輪箱，減少了傳動鏈能量損失，機械系統(tǒng)可靠性高；能量利用率高，發(fā)電質(zhì)量好 。 缺

11、點：電機體積與重量更大大，不但影響機艙空氣動力特性，同時增加制造難度與成本，而且發(fā)電機的陸上運輸比較困難 ；存在電刷和滑環(huán)，既增加機械摩擦，也增加電損耗，降低電機效率；需要全功率變流器，成本高，損耗大。 此技術(shù)路線是整機體積最大、重量最重的一種技術(shù)路線。3.8 直驅(qū)勵磁同步機型283.9 不同支撐形式風(fēng)機雙軸承兩點支撐和單軸承三點支撐：發(fā)電機和齒輪箱等大部件易拆卸，可維護(hù)較好；各部件體積較小，加工制造及運輸?shù)跹b都比較容易。但機艙軸向尺寸加大，并且重量相對較重，對塔底載荷影響較大，同時使機組成本提高。 單軸承單點支撐：齒輪箱發(fā)電機集成安裝不可拆，機艙與輪轂不能相通，可維護(hù)性差。同時齒輪箱內(nèi)主軸軸

12、承過大，外購件依賴性大；單個軸承承載，工況惡劣，需特制軸承。 29三葉片二葉片單葉片多葉片風(fēng)機升力型阻力型風(fēng)機上風(fēng)向下風(fēng)向風(fēng)機3 其它分類風(fēng)機形式30VestasV63-1.5MWV66-1.65MWV80-2.0MWV82-1.65MWV90-3.0MWV112-3.0MWV120-4.5MW高速雙饋異步發(fā)電機高速永磁同步發(fā)電機高速雙饋異步發(fā)電機GE1.5s1.5sl1.5sle1.5xle2.5xl3.0sl3.6sl高速雙饋異步發(fā)電機高速永磁同步發(fā)電機高速雙饋異步發(fā)電機SiemensSWT-1.3-62SWT-2.3-82SWT-2.3-82VSSWT-2.3-93SWT-3.0-101

13、SWT-3.6-107高速異步發(fā)電機直驅(qū)型永磁同步發(fā)電機高速異步發(fā)電機GamesaG52-850kWG58-850kWG80-2MWG87-2MWG90-2MWG128-4.5MW高速雙饋異步發(fā)電機中速永磁同步發(fā)電機全球十大企業(yè)風(fēng)機技術(shù)路線31全球十大企業(yè)風(fēng)機技術(shù)路線EnerconE-48E-70E-82E-112E-126直驅(qū)型無刷勵磁同步發(fā)電機SulzonS.33/350KWS.64/950KWS.60/1000KWS.66/1250KWS.82/1500KWS.88/2000KW高速雙饋異步發(fā)電機NordexN60/1300KWS70/1500KWS77/1500KWN80/2500KWN90/2300KWN90/2500KWN100/2500KW高速雙饋異步發(fā)電機REpowerMD70MD77MM70MM82MM923.3MW5MW高速雙饋異步發(fā)電機金風(fēng)科技金風(fēng)600金風(fēng)750金風(fēng)1200金風(fēng)77/1500金風(fēng)82/1500金風(fēng)100/2500金風(fēng)3000高速雙饋異步發(fā)電機直驅(qū)永磁同步發(fā)電機半直驅(qū)永磁同步發(fā)電機 華銳風(fēng)電SL1500/60SL1500/70SL1500/77SL1500/82SL3000/