風力發(fā)電原理及基本要求課件

目錄風力發(fā)電的基本原理風能利用與風力發(fā)電的歷史風力發(fā)電機組的類型風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)對風力發(fā)電機組的性能要求第1部分風力發(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)是通過某種動力來帶動發(fā)電機發(fā)電。傳統(tǒng)的動力來自于水能和熱能。利用水輪機將水能轉(zhuǎn)化為電能的稱之為水力發(fā)電；利用汽輪機將化石燃料產(chǎn)生的蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為電能的稱之為火力發(fā)電。風能也是一種動力，也可以用來發(fā)電，我們稱之為風力發(fā)電。”第1部分風力發(fā)電的基本原理就目前的技術(shù)水平來講，風力發(fā)電的基本原理是：通過風輪把風的動能轉(zhuǎn)化為機械能帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)出電能。

風輪發(fā)電機

風能機械能電能第1部分風力發(fā)電的基本原理

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

第4部分風能利用與風力發(fā)電的歷史人類很早就使用風能了，主要是通過風車來抽水、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能的國家。第2部分風能利用與風力發(fā)電的歷史受社會生產(chǎn)力低的影響，直到19世紀，風能的利用一直占有比較重要的地位。蒸汽機的發(fā)明與廣泛應(yīng)用，逐漸弱化了風車的作用。第2部分風能利用與風力發(fā)電的歷史風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力來發(fā)電，開發(fā)新能源。

第2部分風能利用與風力發(fā)電的歷史利用風力發(fā)電的嘗試，始于二十世紀之初。第一次世界大戰(zhàn)后，丹麥的工程師們根據(jù)飛機螺旋槳的原理，就制造出了小型風力發(fā)電機組。之后、瑞典、蘇聯(lián)和美國也相繼成功地研制了一些小型風力發(fā)電裝置。這些小型風力發(fā)電機，容量大都在5千瓦以下，廣泛使用于多風的海島和偏僻的鄉(xiāng)村。第2部分風能利用與風力發(fā)電的歷史中國利用風能發(fā)電，始于二十世紀七十年代。當時以微小型風力發(fā)電機組為主，單機容量在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。直到二十世紀八十年代，才開始研制“中、大型”風力發(fā)電機組。第2部分風能利用與風力發(fā)電的歷史1996年，中國實施“乘風計劃”，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個風電場。第2部分風能利用與風力發(fā)電的歷史2005年，《中華人民共和國可再生能源法》的頒布，標志著中國的風力發(fā)電事業(yè)進入了一個前所未有的發(fā)展時代。第3部分風力發(fā)電機組的類型風力發(fā)電機組的分類方法有很多種5.1按照機組的容量可劃分為：小型風力發(fā)電機組中型風力發(fā)電機組大型風力發(fā)電機組我公司產(chǎn)品就有1.25MW、2MW、3.6MW第3部分風力發(fā)電機組的類型3.2按照機組的運行方式可劃分為：離網(wǎng)型風力發(fā)電機組并網(wǎng)型風力發(fā)電機組第3部分風力發(fā)電機組的類型3.3按照機組風輪軸的狀態(tài)可劃分為：垂直軸風力發(fā)電機組水平軸風力發(fā)電機組近年來，水平軸風力發(fā)電機組的應(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)水平軸風力發(fā)電機組的技術(shù)狀況所給出的。第3部分風力發(fā)電機組的類型3.4按照機組風輪的葉片數(shù)目可劃分為：單葉片風力發(fā)電機組雙葉片風力發(fā)電機組三葉片風力發(fā)電機組多葉片風力發(fā)電機組第3部分風力發(fā)電機組的類型3.5按照機組風輪的位置可劃分為：上風向風力發(fā)電機組下風向風力發(fā)電機組第3部分風力發(fā)電機組的類型3.6按照機組的控制方式可劃分為：定槳距風力發(fā)電機組變槳距風力發(fā)電機組第3部分風力發(fā)電機組的類型3.7按照機組的轉(zhuǎn)速與電能頻率的關(guān)系可劃分為：恒速恒頻風力發(fā)電機組變速恒頻風力發(fā)電機組第3部分風力發(fā)電機組的類型3.8按照機組驅(qū)動鏈的型式可劃分為：直驅(qū)型風力發(fā)電機組半直驅(qū)型風力發(fā)電機組傳統(tǒng)有齒箱型風力發(fā)電機組第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)風力發(fā)電機組雖然有很多種分類，但目前占據(jù)主導地位的卻是“三葉片、水平軸、上風向、變槳、變速、恒頻型風力發(fā)電機組”。Sewind的產(chǎn)品，就是此種類型。圖6-1是這種風力發(fā)電機組的機械結(jié)構(gòu)圖。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(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力發(fā)電機組的機械結(jié)構(gòu)圖齒輪箱是有齒箱風力發(fā)電機組的關(guān)鍵部件。齒輪箱在提升風輪轉(zhuǎn)速的同時，還傳遞來自風輪的功率，承受著巨大的機械載荷。受當代制造技術(shù)的制約，齒輪箱是風力發(fā)電機組中容易產(chǎn)生故障的主要部件之一。從某種意義上講，齒輪箱運行的可靠性，直接影響風力發(fā)電機組運行的可靠性，影響風力發(fā)電機組制造廠商的信譽和品牌。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)

齒輪箱第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)

傳動鏈——齒輪箱國家為風力發(fā)電機組的齒輪箱制定了專門的標準：《GB/T19073—2008風力發(fā)電機組齒輪箱》是該部件的最新標準。該標準在GB/T19073—2003基礎(chǔ)上進行了修訂。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)國標要求：齒輪箱的機械效率＞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部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)

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

4.1發(fā)電機第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)

4.1發(fā)電機目前大型風力發(fā)電機組中的發(fā)電機主要有：永磁發(fā)電機、同步發(fā)電機、異步發(fā)電機幾種類型。Sewind產(chǎn)品中的雙饋異步發(fā)電機，就是異步發(fā)電機的一種。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)和風力發(fā)電機組一樣，發(fā)電機也有很多種分類方法。在電力行業(yè)，一般習慣于把發(fā)電機分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機兩大類。而后者又可分為同步發(fā)電機和異步發(fā)電機兩種。現(xiàn)代發(fā)電站中最常用的是同步發(fā)電機。這種發(fā)電機的特點是由直流勵磁，既能提供有功功率，也能提供無功功率，可滿足各種負載的需要。異步發(fā)電機由于沒有獨立的勵磁繞組，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但是不能向負載提供無功功率，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)電機運行時必須與其他同步發(fā)電機并聯(lián)，或者并接相當數(shù)量的電容器。這限制了異步發(fā)電機的應(yīng)用范圍。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)伴隨著風力發(fā)電事業(yè)的蓬勃發(fā)展，MW級以上大型風力發(fā)電機組廣泛使用雙饋感應(yīng)電機作為發(fā)電機。雙饋感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子上也有了獨立的繞組，定、轉(zhuǎn)子均可以通交流電。雙饋感應(yīng)電機既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行。當雙饋感應(yīng)電機作為發(fā)電機運行時，我們稱之為雙饋感應(yīng)發(fā)電機（以下簡稱為雙饋發(fā)電機）。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)隨著科學技術(shù)的不斷進步和電力公司對風力發(fā)電機組性能要求的不斷提高，雙饋發(fā)電機是否依然能夠在風力發(fā)電事業(yè)中保有如此的優(yōu)勢，是一個值得高度關(guān)注的課題。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)國家也為風力發(fā)電機組的發(fā)電機編制了國家標準，最新的版本是《GB/T19071.1—2003風力發(fā)電機組異步發(fā)電機第1部分：技術(shù)條件》。但這個標準是根據(jù)普通異步發(fā)電機的性能編制的，其中一些概念已經(jīng)落后于風力發(fā)電機組的整體技術(shù)，也不能正確反映電力公司對發(fā)電機的要求。我們熱切地期待著國家早日出臺新的相關(guān)標準。下圖是Sewind的一款雙饋發(fā)電機。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)雙饋異步發(fā)電機

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

控制系統(tǒng)是風力發(fā)電機組的靈魂?？刂葡到y(tǒng)的主要職責是：運行管理與安全保護。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)

4.2控制系統(tǒng)

風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)主要由傳感器、控制器、執(zhí)行機構(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，或者叫采集信息，匯報給大腦（反饋給控制器）。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(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后，對當前形勢作出正確分析，并發(fā)出指令安排下一步的工作。執(zhí)行機構(gòu)就是我們的手和腳，它只要認認真真地完成控制器的工作計劃就可以了。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)那么軟件呢？個人認為，軟件就好比是我們所學到的文化知識，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部分風力發(fā)電機組的基本結(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，同時也決定了軟件的升級空間。就如同并不是所有人都能獲得博士學位一樣。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)傳感器有很多種，對于風力發(fā)電機組來講，大體需要如下的幾種：第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)風向標風速儀轉(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傳感器電流互感器電壓互感器操作開關(guān)、按鈕執(zhí)行機構(gòu)主要包括：驅(qū)動裝置剎車裝置接觸器繼電器閥塊液壓缸泵第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)

風力發(fā)電機組要求無人值守，因此，其運行時的調(diào)節(jié)、控制必須是全自動的，這些控制項目主要包括：第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)

4.6.2運行管理待機（當外部環(huán)境滿足啟動條件是，風力發(fā)電機組就可以啟動）偏航功率調(diào)節(jié)啟動剎車變槳發(fā)電運行停機加熱并網(wǎng)故障停機冷卻安全保護在發(fā)生故障時，控制系統(tǒng)按照預設(shè)的安全策略進行工作，以保證風力發(fā)電機組處于安全狀態(tài)。安全鏈的控制等級最高，在風力發(fā)電機組中，往往采用失效安全的控制策略。安全鏈的動作，可由下列事件觸發(fā)：風輪超速振動超限控制器故障第4部分風力發(fā)電機組的基本結(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、風機脫網(wǎng)、葉片順槳、高速軸剎車。第4部分風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)為了規(guī)范風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)，國家制定了一系列風力發(fā)電行業(yè)標準。其中，最基礎(chǔ)的標準就是《GB/T19960.1—2005風力發(fā)電機組第1部分：通用技術(shù)條件》，該標準規(guī)定了對風輪掃略面積≥40m2（相當于風輪直徑≥7.12m）的水平軸風力發(fā)電機組的一般性技術(shù)要求、安全要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、以及儲運交付等要求。這些要求，實質(zhì)上也是參考了IEC、GL等國際、國外標準制定的。第5部分對風力發(fā)電機組的性能要求第5部分對風力發(fā)電機組的性能要求

5.1國標對風力發(fā)電機組環(huán)境條件的規(guī)定

機組在下列環(huán)境條件下應(yīng)能正常運行，并應(yīng)達到所規(guī)定的各項技術(shù)、性能指標。第5部分對風力發(fā)電機組的性能要求

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%)電壓負序分量：≤2%年電網(wǎng)停電次數(shù)：≤20（每次持續(xù)時間不超過1周）第5部分對風力發(fā)電機組的性能要求

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

5.2國標對風力發(fā)電機組性能的要求（部分）切入風速：2.5～5.5m/s切出風速：20～25m/s額定風速：滿足JB/T10300要求最大風能利用系數(shù)：≥0.4額定工況下輸出功率：≥PN設(shè)計壽命：≥20年第5部分對風力發(fā)電機組的性能要求

5.2國標對風力發(fā)電機組性能的要求（部分）年可利用率：≥95%塔架振動：≤20mm/s1/3PN時的噪音：≤110dB(A)安全防護：符合GB18451.1要求接地電阻：≤4Ω次級回路絕緣電阻：≥1MΩ第5部分對風力發(fā)電機組的性能要求

5.3國標對風力發(fā)電機組功率輸出的要求

“在正常工作狀態(tài)下，機組功率輸出與理論值的偏差應(yīng)不超過10%；當風速大于額定風速時，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部分對風力發(fā)電機組的性能要求

5.4國標對風力發(fā)電機組質(zhì)保期的規(guī)定

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