風力發(fā)電原理——緒論2.ppt

1、風力發(fā)電原理,華北電力大學(xué)控制與計算機工程學(xué)院,2,課程簡介,第一章：緒論 第二章：風能及其轉(zhuǎn)換原理 第三章：風力發(fā)電機組結(jié)構(gòu) 第四章：風力發(fā)電機 第五章：風力發(fā)電機組的控制技術(shù) 第六章：垂直軸風力發(fā)電機組 第七章：離網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng),3,基本要求,了解風能及其利用 掌握大型并網(wǎng)風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu) 掌握各部件的基本原理 了解風力發(fā)電技術(shù)發(fā)展,4,第一章 緒論,隨著生產(chǎn)力和生活水平提高，世界能源消耗迅速增長在20世紀，世界人口增長4倍，而能源消耗增長16倍。 常規(guī)的化石能源儲量有限，面臨數(shù)量緊缺和價格提高。 化石能源開發(fā)和燃燒利用加劇了人類和地球生物生存環(huán)境的惡化。 出路是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、開發(fā)利

2、用清潔可再生能源。,地球上的能源與環(huán)境問題,5,能量,能量是物質(zhì)運動的一種度量，也是物質(zhì)存在的一種形態(tài)，一般指其具有的做功能力。 目前，通常認為有以下六種能量形式： 機械能：動能： 重力勢能： 彈性勢能： 表面能： 熱能： 電能： 以及化學(xué)能、輻射能、核能。,6,能源,能夠直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換提供能量的資源稱為能源。 按被利用程度分: 常規(guī)能源：開發(fā)利用時間長，技術(shù)相對成熟、能大量生產(chǎn)利用。 新能源：開發(fā)和利用尚在研究和推廣使用。 按取得方式分： 一次能源：自然存在，可直接利用。 二次能源：經(jīng)轉(zhuǎn)換或加工生產(chǎn)的。 按短期內(nèi)能否重復(fù)取得分： 可再生能源 非可再生能源 就目前生產(chǎn)技術(shù)水平，可大規(guī)模開發(fā)利用的

3、清潔可再生能源主要有：風能、太陽能和生物質(zhì)能。,7,1.1 風能利用及風力發(fā)電歷史,人類利用風能有資料記載的有幾千年歷史。早期主要是以風做為動力風帆、風車。,a) 帆船 b) 風車 人類早期風能利用示例,8,1.1 風能利用及風力發(fā)電歷史（續(xù)）,十九世紀晚期開始出現(xiàn)風力發(fā)電。 1887美國人Charles F. Brush研制出世界上第一臺12kW直流風力發(fā)電機，用來給家里的蓄電池充電。 1891丹麥物理學(xué)家Poul La Cour建造了一臺30KW左右的具有現(xiàn)代意義的風力發(fā)電機組，發(fā)出直流電，用于制氫。 1926德國科學(xué)家Albert Betz對風輪空氣動力學(xué)進行了深入研究，提出了“貝茨理論

4、”，指出風能的最大利用率為59.3%，為現(xiàn)代風電機組空氣動力學(xué)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。 1940美國工程師Palmer Cosslett Putnam與S.Morgan Smith公司合作，制造出風電發(fā)展歷史上第一個1250kW超大型的Smith-Putnam風電機組。 1942德國人Ulrich Huetter提出“葉素動量理論”。 我國風力發(fā)電始于20世紀70年代，80年代后研制并網(wǎng)機組。,9,1.1 風能利用及風力發(fā)電歷史（續(xù)）,a) Brush的風電機組 b) Poul la Cour的風電機組 c) Smith-Putnam的風電機組 早期的風電機組,10,1.1 風能利用及風力發(fā)電歷史（續(xù)

5、）,a) 德國人Huetter建造的風電機組W-34 b) 丹麥人Johannes Juul建造風電機組Gedser 現(xiàn)代風電機組的先驅(qū),11,1.2 中國風能資源與開發(fā),1.2.1 風能特點 風能蘊藏量大、分布廣。 風能是可再生能源。 風能利用基本沒有對環(huán)境的直接污染和影響。 風能的能量密度低。 不同地區(qū)風能差異大。 風能具有不穩(wěn)定性。,12,1.2.2 我國風能資源,我國風能密度分布圖,13,1.2.2 我國風能資源（續(xù)）,我國全年風速大于 3m/s的小時數(shù)的分布圖,14,1.2.2 我國風能資源（續(xù)）,中國有效風能分布圖,15,1.2.3 風電發(fā)展概況,世界風電裝機容量（來源：世界風能協(xié)

6、會（WWEA）2009世界風能報告）,2009年世界風電裝機最多的十個國家（MW）,16,1.2.3 風電發(fā)展概況（續(xù)）,我國并網(wǎng)風電裝機（除臺灣省外）的增長情況,17,1.2.3 風電發(fā)展概況（續(xù)）,我國規(guī)劃的大型（千萬千瓦、百萬千瓦級）風電基地分布圖,18,1.3 風力發(fā)電技術(shù)與發(fā)展,1.3.1 機組類型 微型、小型、中型及大型風電機組 離網(wǎng)型風電機組和并網(wǎng)型風電機組 水平軸風電機組、垂直軸風電機組,19,微型、小型、中型及大型風電機組,按照額定功率的大小，可以將風電機組分為： 1）微型風力發(fā)電機組：額定功率小于1KW。 2）小型風力發(fā)電機組：額定功率1KW99KW。 3）中型風力發(fā)電機組

7、：額定功率100KW 600KW。 4）大型風力發(fā)電機組：額定功率大于600KW。,20,離網(wǎng)型風電機組和并網(wǎng)型風電機組,按照風電機組與電網(wǎng)的關(guān)系，分為離網(wǎng)型風力發(fā)電機組和并網(wǎng)型風力發(fā)電機組。 1）離網(wǎng)型風力發(fā)電機組：一般指單臺獨立運行，所發(fā)出的電能不接入電網(wǎng)的風力發(fā)電機組。這種機組一般容量較小(常為微小型機和中型機)，專為家庭或村落等小的用電單位使用，常需要與其他發(fā)電或儲電裝置聯(lián)合運行。 2）并網(wǎng)型風力發(fā)電機組：一般指以機群布陣成風力發(fā)電場，并與電網(wǎng)聯(lián)接運行的大、中型風力發(fā)電機組。,21,水平軸風電機組、垂直軸風電機組,按照風輪旋轉(zhuǎn)主軸與地面相對位置的關(guān)系，風電機組分為水平軸風力發(fā)電機組和垂

8、直軸風力發(fā)電機組。 1）水平軸風力發(fā)電機組：風輪旋轉(zhuǎn)軸與地面平行，葉片數(shù)量視用途而定。水平軸風電機組又可分為升力型和阻力型。 2 ）垂直軸風力發(fā)電機組：分為阻力型和升力型兩大類。,22,水平軸風力發(fā)電機組,水平軸風力發(fā)電機類型,23,垂直軸風力發(fā)電機組,垂直軸風力發(fā)電機類型,24,1.3.2 大型水平軸并網(wǎng)機組基本結(jié)構(gòu),目前在并網(wǎng)風力發(fā)電領(lǐng)域主要采用水平軸風電機組形式，其基本結(jié)構(gòu)包括由風輪、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、機艙、塔架和基礎(chǔ)等組成。,水平軸風電機組結(jié)構(gòu)圖,25,1.3.3 風電技術(shù)發(fā)展,技術(shù)發(fā)展主要在提高風能利用量（低風速、高海拔、海上、大型化、變速恒頻）、改善機組性

9、能（提高壽命、降低成本、適應(yīng)惡劣氣候、適應(yīng)電網(wǎng)、智能監(jiān)控、完善標準）方面，具體體現(xiàn)在： 1、水平軸風電機組技術(shù)成為主流 2、風電機組單機容量持續(xù)增大 3、變槳變速功率調(diào)節(jié)技術(shù)得到廣泛采用 4、雙饋異步發(fā)電技術(shù)仍占主導(dǎo)地位 5、直驅(qū)式、全功率變流技術(shù)得到迅速發(fā)展 6、大型風電機組關(guān)鍵部件的性能日益提高,26,1.3.3 風電技術(shù)發(fā)展（續(xù)）,7、智能化控制技術(shù)的應(yīng)用加速提高了風電機組的可靠性和壽命 8、葉片技術(shù)發(fā)展趨勢 9、風電場建設(shè)和運營的技術(shù)水平日益提高 10、惡劣氣候環(huán)境下的風電機組可靠性得到重視 11、低電壓穿越技術(shù)得到應(yīng)用 12、海上風電技術(shù)成為重要發(fā)展方向,27,1.4 風電相關(guān)標準,現(xiàn)代并網(wǎng)型風電相關(guān)的專業(yè)技術(shù)標準大致涉及以下幾方面： 風資源評估 風電機組設(shè)計與認證 風電場設(shè)計與運行,28,1.4 風電相關(guān)標準（續(xù)）,國際電工委員會（IEC）標準 風力發(fā)電系統(tǒng)-第一部分：設(shè)計要求 海上風電機組設(shè)計要求 國外主要風電標準 德國 風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的認證準則 丹麥 風機的載荷和安全標準 挪威 海上風電機組結(jié)構(gòu)設(shè)計標準 中國主要風電標準 中國有現(xiàn)行風力機械標準59個，其中并網(wǎng)型風力發(fā)電機組標準21個，離網(wǎng)型風力發(fā)電機組標準38個。 這些標準主要分為國家標準和行業(yè)標準兩類。,29,表1-7 IE