风能和风力发电技术论文Word格式.docx

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据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。

全球的风能约为2.74×

109MW，其中可利用的风能为2×

107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。

风能作为一种无污染、可再生的绿色能源，它对于解决全球性的能源危机和环境危机有着重要的意义。

因此，风力发电成为各国学者研究的重点。

风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋转，再通过增速器将转速提高促使发电机发电。

依据目前的风车技术，大约3m/s的微风速度便可以开始发电。

风力发电的原理是最简单的风力风力发电机可由叶片和发电机两部分构成，空气流动作用在叶轮上，将动能转化为机械能，从而推动叶片旋转如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连，就会带动发电机发电，从而产生电能。

关键词：

风能，风力发电；

第1章风力发电的现状背景

自然界的风是可以利用的资源，然而我们现在还没有很好的对它进行开发。

这就向我们提出了一个课题：

我们如何开发利用风能？

自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不确定特点，如何使风力发电机的输出功率稳定，是风力发电技术的一个重要课题。

迄今为止，已提出了多种改善风力品质的方法，例如采用变转速控制技术，可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。

由于变转速风力发电组采用的是电力电子装置，当它将电能输出输送给电网时，会产生变化的电力协波，并使功率因素恶化。

因此，为了满足在变速控制过程中良好的动态特性，并使发电机向电网提供高品质的电能，发电机和电网之间的电力电子接口应实现以下功能：

一，在发电机和电网上产生尽可能低的协波电波；

二，具有单位功率因素或可控的功率因素；

三，使发电机输出电压适应电网电压的变化；

四，向电网输出稳定的功率；

五，发电机磁转距可控。

此外，当电网中并入的风力电量达到一定程度，会引起电压不稳定。

特别是电网发生短时故障时，电压突降，风力发电机组就无法向电网输送能量，最终由于保护动作而从电网解列。

在风能占较大比例的电网中，风力发电机组的突然解列，会导致电网的不稳定。

因此，用合理的方法使风力发电机组电功率平稳具有非常重要的意义。

据世界气象组织（WMO）和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿KW，是地球上可利用水能的20倍。

中国陆地10m高度层可利用的风能为2.53亿KW，海上可利用的风能是陆地上的三倍，50M高度层次可利用的风能是10m高度层是2倍。

风能资源非常丰富。

按照《中国新能源发电发展研究报告》规划，未来新能源发电将快速发展。

其中规划2015和2020年风电装机为别为1亿千瓦和1.8亿千瓦。

相比2011年并网风电4505.11万千瓦，装机容量起码翻倍.

1.1、风力发电的现状

21世纪是可再生能源的世纪，由于风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯竭，又可以在很大范围内取得，非常干净、没有污染，不会对气候造成影响，因而风力发电具有极大的推广价值。

在中国，风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。

这些地区缺少煤炭及其他常规能源，并且冬春季节风速高，雨水少；

夏季风速小，降雨多，风能和水能具有非常好的季节补偿。

另外，在中国内陆地区，由于特殊的地理条件，有些地区具有丰富的风能资源，适合发展风电，比如江西省都阳湖地区以及湖北省通山地区。

目前我国的风能利用方面与国际水平还在一定差距，但是发展很快，无论在发展规模上还是发展水平上，都有很大提高。

据资料显示，2004年全国在建工程的装机容量约150万千瓦，其中正在施工的约42万千瓦，可研批复的68万千瓦，工程建议书批复的45万千瓦，包括五个10万千瓦特许权工程。

风电和水电具有不同步发生规律，风力发电高峰处于秋季与冬季，水利发电高峰期处于春季和夏季，风电和水电具有季节性特性，可实现季节性互补；

风力发电是环保型可再生能源，可改善电源结构，替代一部分火电容量，节约煤炭，减少污染，保护环境。

据初步测算，目前风电场造价成本约为8000～9000元/KW，机组（设备）占75%左右，基础设施占20%，其它占5%。

风能利用小时数在2700～3200小时，其风电成本约0.45～0.6元/千瓦时。

1.2、风力发电的潜力

长期以来，由于风电电价高于火电电价，作为清洁能源的风电对于解决能源短缺和环境保护问题的意义长期得不到应有的重视。

事实上，风电作为一项高新技术，具有着巨大的产业前景。

而它作为新兴能源，更对促进边远地区经济发展有着巨大的作用。

在电力紧张、能源紧缺的情况接踵而至的今天，我国应该重新认识风能的利用问题。

首先，风力发电的潜力体现为风电电价的快速下降。

截止到目前，风电电价正在快速下降，甚至已日趋接近燃煤发电的成本，经济效益开始凸现。

数据显示，风力发电能力每增加一倍，其成本就下降15％。

纵观近几年，风电增长一直保持在30％以上，因而成本也正随之不断下降。

目前，中国风电成本约在0.5元以上，随着中国风力发电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。

此外，风电外部成本几乎为零，甚至低于核电成本。

据初步测算，如果将内部成本和外部成本同时计入成本，风电将是当前世界上最经济、最洁净的能源。

其次，风电的潜力体现于风能资源的丰富性。

据初步统计、中国陆地10M和海面15M可供开发的风力资源在几亿千瓦以上，相当于可开发水能资源（3.9亿千瓦）的2.5倍。

而50M风力资源还会增大一倍。

根据现有技术，地面50－100M的风力资源都可开发利用。

2003年，我国发电装机容量为3.85亿千瓦，专家认为，中国单靠风力发电就能将现有的电力生产翻一番。

此外，风电技术正日臻成熟。

随着科学技术的发展，风电技术已经相当成熟。

更大型、性能更好的机组的已开发并投人生产试运行，可利用的风速要求还会降低。

再者，风电工程的建设工期短，见效快。

火电、水电的建设工期需要用年来计算，而在有风场数据的前提下，风电工程只需要以周、月来计算。

风场建设在短时间内即可完成，能够解决我国电力短缺的燃眉之急。

1.3、发展风电的重要性

风电产业要全面健康可持续发展，需要解决的问题很多，但依靠科技进步来推动风电产业是摆在我们面前的现实课题。

首先，需建立以企业为主体、市场为导向、产学研技术结合的创新体系。

对开展试点的企业应对其研发机构，研发人员，研发资金，研发工程，专利申请，产品品牌，能力建设等方面提出具体要求和量化的指标。

第二，正确处理技术引进和技术创新的关系。

采用自主研究开发和引进消化国外技术相结合的方式，是实现提高竞争能力的较好途径。

第三，加强风电创新能力建设，建立风电公共技术服务平台，共同对资源进行整合、共享、完善和提高，通过建立共享机制和管理程序逐步做到资源有效利用。

第四，加速风电技术人才培养。

目前已有一些高等院校准备设置风能专业或者风能专业方向，开设风能课程培养本科生和研究生。

除了学校培养人才外，企业也应将人才培养和建立一支高素质的队伍放在战略地位，特别需要建立激励机制和创造良好的环境，使技术队伍能够稳定地成长。

中国风电行业发展比较迅速，但与国际风电行业的发展水平还有很大差距，国内的风电设备主要依靠进口，对外依赖性强，虽然风电成本已下降很多，但相比火电成本的优势在短期内并不会明显突出，风电行业的发展还有很多的阻碍因素。

现在，风能发电成本已经下降到1980年的1/5。

随着技术进步和环保事业的发展。

第2章风力发电类型特点

一.风力发电机主要类型

根据风力发电机的运行特征,风力发电机可分为恒速风力发电机（Fixedspeedgenerator）、有限变速风力发电机（Limitedvariablespeedgenerator）和变速风力发电机（Variablespeedgenerator）.

2.1风力发电特点

（1）风能是取之不尽，用之不竭的清洁，无污染，可再生能源。

用它发电十分有利。

与火力发电、燃油发电、核电相比它无需购置燃料，也无需支付运费更无须对发电残渣，大气进行环保治理。

（2）风力发电有很强的地域性。

它必须建在风力资源丰富的地方。

即风速大，持续时间长，风力资源量大的地方。

如新疆达板城、年平均风速6.2M/秒，内蒙古辉腾锡勒，年平均风速7.2M/秒，江西潘阳湖，年平均风速7.6M/秒，河北张北，年平均风速6.8M/秒，辽宁东港6.7M/秒，广东南澳，年平均风速8.5M/秒等。

在我国这样的地方还有许多在等我们发现探索。

（3）风的季节性，决定了风力发电在整个电网中所处的地位，对它使用有三种运行方式：

A能源利用：

风力发电机，机群并网运行。

有风发电，电能送人电网，无风发电。

B无电网的高山、海盗、牧区：

风力发电机与柴油发电机并网运行。

有风时风力发电，无风时柴油发电，二者并用。

2.2风能发电优缺点

优点：

1.建造风力发电厂的费用低廉，且基建周期短；

2.可再生永不枯竭，无需任何燃料，除常规保养外，无其他任何消耗。

3.清洁，环境效益好。

风力是一种清洁的自然资源，没有较多污染问题。

4.装机规模灵活，易于建设。

缺点：

1.发电噪声较大、视觉污染大、2.占用大片土地。

3.发电的不稳定性和可持续输出性较大。

4.影响自然界中鸟类对的栖息和生长。

2.3风力发电结构

风力发电机组由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。

该机组通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化为电能。

（1）叶片叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。

叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。

由叶片、轮毂、变桨系统组

成。

每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节，叶片配备雷电保护系统。

风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。

（2）变桨系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超多初出风速时，使叶片顺浆刹车。

（3）齿轮箱将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。

（4）发电机将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。

明阳1.5s/se机组采用是带滑环三相双馈异步发电机。

转子与变频器连接，可向转子回路提供可调电压。

（5）偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。

同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。

（6）轮毂系统轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。

轮毂结构是三个放射型喇叭口拟合在一起的。

（7）底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、机舱梯子等组成。

通过偏航轴承与塔架相连，并通过偏航系统带动机舱总成、发电机总成、变桨系统总成。

MY1.5s/se型风电机组主要组成参数：

机组：

额定功率：

1500kw

启动风速：

3m/s

停机风速：

25m/s

额定风速：

10.8/11.3m/s

叶轮：

叶轮直径：

82.6m

扫掠面积：

5316m

叶轮速度：

17.4rpm

叶轮倾角：

5

叶片长度：

40.25m

叶片材质：

玻璃纤维增强树脂

齿轮箱：

1663kw转速比：

100.48

发电机额定功率：

1550kw发电机额定电压：

690v

第3章发电机主要类型

3.1恒速风力发电机

采用了笼型异步发电机,发电机通过变压器直接接入电网.因为笼型异步发电机只能工作在额定转速之上很窄的范围内,所以通常称之为恒速风力发电机