风力发电基础知识

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风力发电基础知识国测诺德·技术部2010-1-281国测诺德·技术部 风能获取的基本原理和方法现有风能装置获取风能方式升力型风能装置，如水平轴风力机(HAWT)和达里厄型(Darrieus)垂直轴风机(VAWT)。升力型风机依靠叶片产生的升力作为旋转动力以气流中的获取能量；阻力型装置，如垂直轴风机中风帆式阻力型风机依靠叶片在气流流动方向上的阻挡作用产生的反作用力作为旋转动力以获取气流中的能量；2010-1-282国测诺德·技术部 风的基本特性描述（1/2）风的基本特性风速由于风速随时变化，因此常用平均风速来衡量风携带能量的大小。极大风速和年平均风速对于风机设计而言很重要。湍流用于描述风速是否平稳的指标。通常定义为I=σ/U，σ为风速值标准偏差，U为风速平均值风切变由于地面障碍物对风有阻挡作用，因此风速会随高度增加而增加2010-1-283国测诺德·技术部 风的基本特性描述（2/2）年平均风速（10分钟）分布曲线和风切变曲线2010-1-28国测诺德·技术部4Webull分布曲线风切变指数曲线 风力发电机分类按照叶轮放置方向水平轴：叶轮轴线呈水平方向布置垂直轴：叶轮轴线呈垂直方向布置按照接入电网方式根据风机正常运行时是否直接接入电网分为并网型和离网型离网型风机常与太阳能组成风光电互补动力源。按叶轮布置位置若叶轮布置在机舱前，称为上风向；否则称为下风向；传动链布置根据有无齿轮箱分为非直驱和直驱机型其他方式如叶片数量、机型容量等级、安装地点（海上或陆上）2010-1-28国测诺德·技术部5 叶素的受力分析水平轴风力发电机（1/3）水平轴风机工作原理2010-1-286国测诺德·技术部 EnerconE112/1242010-1-28国测诺德·技术部7水平轴风力发电机（2/3） 水平轴风力发电机（3/3）一些视频文件Repower5MW风力发电机Vestas宣传片诺德风机运行录像2010-1-28国测诺德·技术部8 垂直轴风力发电机(1/3)风帆式（Savonius）2010-1-289国测诺德·技术部 垂直轴风力发电机(2/3)达里厄型风机工作原理示意图2010-1-28国测诺德·技术部10 垂直轴风力发电机(3/3)垂直轴风帆式风机2010-1-28国测诺德·技术部11垂直轴达里厄型风机 HWAT基本原理—典型结构(1/3)2010-1-2812国测诺德·技术部96132451081-Blade2-Hub3-Mainshaft4-Gearbox5-Highspeedshaft&brake6-Generator7-Nacelle8-Windsensor9-Yawsystem10-Tower11-Controlsystem7 HWAT基本原理—典型结构(2/3)请尝试指出各种部件并说明其功能2010-1-28国测诺德·技术部1312345678910111312 HWAT基本原理—典型结构(3/3)2010-1-28国测诺德·技术部145132461-Blade2-Hub3-Mainshaft4-Generator5-Encodingdisc6-Yawsystem7-Tower8-Controlsystem7？Whythereisnomechanicalbrake? HWAT基本原理—部件概述(1/8)叶片数量常为2或3，材料为GFRP或CFP2010-1-2815国测诺德·技术部 HWAT基本原理—部件概述(2/8)轮毂随叶片数量性状有所不同材质通常为球墨铸铁设计计算采用有限元方法2010-1-28国测诺德·技术部16 HWAT基本原理—部件概述(3/8)主轴叶轮的扭矩直接通过主轴进入传动链需要承受大扭矩和疲劳载荷,材质一般为35CrMo,40CrNiMo或37SiMn2Mo通常有配套的主轴轴承座某些方案将主轴集成到齿轮箱2010-1-28国测诺德·技术部17 HWAT基本原理—部件概述(4/8)齿轮箱增速比一般为60~80核心部件之一，设计和制造都有相当难度。主要是材质成分、热处理和加工精度要求很高2010-1-2818国测诺德·技术部 高速轴一般用玻璃钢构成，附带高速轴刹车（刹车盘和刹车钳）发电机典型类型：异步式，双馈式，同步机（永磁或电励磁）冷却方式：空-空冷却，空-水冷却，水套式冷却HWAT基本原理—部件概述(5/8)2010-1-28国测诺德·技术部19 HWAT基本原理—部件概述(6/8)偏航系统作用：使风机（中轴线）始终指向来风方向；通常以正北作为偏航角度的零点常以电机或液压马达驱动，一些方案包含偏航刹车2010-1-28国测诺德·技术部20 HWAT基本原理—部件概述(7/8)控制系统主要部件主控器（核心控制模块软硬件）变桨控制器（变桨控制模块、变桨电机伺服及电机，蓄电池）变频器（双馈机型和同步机型）通讯模块（系统内部通讯、风场内通讯）SCADA软件（用于远程监控）控制系统调试内容静态检查（接线、参数整定）动态部件（变桨、主控逻辑、偏航等）联调（从切入到并并网）2010-1-28国测诺德·技术部21 HWAT基本原理—部件概述(8/8)控制系统结构图（WP4000）2010-1-28国测诺德·技术部22 HWAT基本原理—基础公式水平轴风机采集风能的基本计算公式P=(Cp×ρ×v3×A)/2其中，Cp为风能利用系数（PowerCoefficient），表示风机捕获风能的能力，Cp=Pcapture/Pwindρ为空气密度(kg/m3)，与海拔、水汽压（即湿度）v为风速(m/s)，通常按轮毂高度处风速计算A为叶轮扫风面积(m2)，2010-1-2823国测诺德·技术部 HWAT基本原理—主要指标上风向水平轴并网型风力发电机主要指标切入风速：机组开始并网发电的风速；切出风速：超过此风速时机组停止发电并脱网；额定风速：使机组额定出力（产生额定功率）的风速；极限风速：超过此风速机组就会倒塌；额定功率：机组设计的满分功率；功率曲线：机组在不同风速下的功率点组成的曲线；其他：叶轮直径IEC类型2010-1-28国测诺德·技术部24 HWAT基本原理—性能要素(1/)叶片长度与扫风面积相关外形（翼型、外廓和制造质量）影响CP齿轮箱和发电机效率高低影响整机出力（即发电量）；可靠性影响整机可用率；控制系统变桨控制（硬件及策略）影响CP及整机载荷；影响机组的运行安全偏航系统准确与否影响整机出力2010-1-2825国测诺德·技术部 HWAT基本原理—性能要素(2/3)Cp值随着尖速比和桨距角的变化而变化2010-1-2826国测诺德·技术部 功率曲线示意图2010-1-28国测诺德·技术部27变桨距机型定桨距机型HWAT基本原理— GCN1000整机结构图2010-1-2828国测诺德·技术部 GCN1000整机爆炸视图2010-1-28国测诺德·技术部29 GCN1000机组技术特点（1/3）柔性塔筒2010-1-2830国测诺德·技术部 GCN1000机组技术特点（2/3）柔性偏航系统（主被动偏航结合）主动偏航即利用液压马达产生偏航力矩使风机指向来风方；被动偏航指风向变化速度不大时利用风对叶轮的推动作用自然完成对风操作；被动偏航的作用：使传递到塔筒上的风载荷波动最小；精简了偏航刹车2010-1-2831国测诺德·技术部 GCN1000机组技术特点（3/3）紧凑型传动链（请指出部件1-6的名称）2010-1-2832国测诺德·技术部123456 进一步学习的资源参考网站http://www.telosnet.com/wind/Wikipedia(windturbine,windpower)www.google.com(windturbine)参考教材WindEnergyHandbookWindEnergyExplained2010-1-28国测诺德·技术部33