风能与风力发电技术

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1、风能与风力发电技术刘万琨李银凤赵萍编著北京化学工业出版社2006.8序《中华人民共和国可再生能源法》从今年1月1日起已正式施行了。风能作为可再生能源的重要组成部分，已受到世界各国的高度关注，我们国家也把风力发电作为“十一·五”乃至今后可再生能源重要的发展方向。东方汽轮机厂，作为我国发电设备制造业的重点骨干企业，长期以来致力于发电设备的研究和制造，在成功研制大功率、高参数、各种冷却方式的火力发电机组，F级燃气蒸汽联合循环机组，百万等级全转速、半转速核电机组的基础上，又进入大型风力发电设备的引进消化、研究和生产阶段。为加快工厂大型风电机组的研制，以刘万琨同志

2、为代表的一批专家，在收集大量资料的基础上，并结合工厂1500kW风电机组技术的消化吸收，编辑出版了《风能与风力发电技术》这本书。本书的出版，不仅会加快工厂的自主研发和技术进步，也会对我国风电产业的健康发展尽一份力量。在此我要感谢化学工业出版社，感谢刘万琨等一批专家，也希望广大读者和我们交流心得，共同推进我国风电产业健康快速发展。东方汽轮机厂厂长2006年6月1前言太阳辐射能量的大约20%（20万亿瓦）被地球大气层吸收，大气被加热对流形成风。据估计，世界风能总量约200亿瓦，相当全世界总发电量的8倍，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风力机是将风能

3、转换为机械功的一种动力机械，广义的说，风力机是以太阳为热源、以大气为工质的热能转换的叶片式发动机。风车就是最早的一种风力机械，最早出现在波斯。中国利用风车大约在13世纪中叶，曾建造了各种形式的简易风车，用于碾米、磨面、提水灌溉和制盐。18世纪末期以后，风车的结构和性能都有了大的提高，已能采用手控和机械式自动控制机构，来改变叶片桨距调节风轮转速。风力机用于发电的设想，始于1890年丹麦的一项风力发电计划。1918年，丹麦已拥有风力发电机120台。第一次世界大战后，出现了现代高速风力机。1931年，苏联采用螺旋桨式叶片建造了一台大型风力发电机。随后，各国相继

4、建造了一大批大型风力发电机。目前，风能的利用形式主要是发电，风力发电在新能源和可再生能源行业中增长最快，年增长达到35%。德国、丹麦及西班牙是世界上风能利用发展最好的三个国家，德国风电已占总发电量的3%，丹麦风电已超过总发电量10%。全球风电机组供应商市场份额统计前十位：Vestas(丹麦)、GE风能(美国)、Enercon(德国)、Gamesa(西班牙)、NEGMicon(丹麦)、Bonus(丹麦)、REpower(德国)、MADE(西班牙)、Nordex(德国)、MHI(日本)。到2005年底，世界累计的风力发电设备总装机容量为6800万千瓦，欧洲占

5、60%。予计到2007年底，风力发电总能力累计将达到8300万千瓦，其中5800万千瓦是在欧洲。我国风能资源丰富，储量32亿千瓦，可开发的装机容量约2.5亿千瓦，居世界首位。目前，全国累计安装小型风力发电机近20万台，在广东、福建、内蒙古、新疆等地已建成26个风电场，总装机容量近50万千瓦。尽管我国近几年风力发电年增长都在50%左右，但装备制造水平与装机总容量与发达国家还有较大差距。我国风力发电装机容量仅占全国电力装机的0.11%，风力发电发展潜力巨大。2风力机的最主要部件——风轮机与汽轮机有很多相似点：例如都是叶片机械、都是基于机翼的升力理论；最主要的

6、性能参数都是速比，风力机是叶尖速度比λ，是叶尖周速与风速之比，是风能机风能利用系数最重要的参数。汽论机是速比U/C，是叶片圆周速度与级理想速度之比，是决定级轮周效率最重要的参0数；两种机械的特性都与来流角度强相关，有正攻角工况，负攻角工况和失速工况，颤振工况等；还有动态共振特性等。正是这些共通点，由汽轮机制造厂来自主开发风力机有最合适的。然而风力机由于是低能头转换机械，它又有很多与汽轮机不同的特点。例如风力机都是单级、叶片数目特别少，比如只有两片；三片；四片等，而汽轮机是多级（30～40级）多叶片（每级100～200片）；风力机是低转速，只有10～30r

7、/min,而汽轮机是1500、1800、3000、3600r/min，因此，风力机必须有高增速比的齿轮箱，而汽轮机一般都不用齿轮箱；还有风力机的叶片特别长，最长的已达到50～60m长，而汽轮机的叶片最短的25mm，最长的也不过1～2m；其他不同的有:：叶片用非金属材料；露天运行，工况恶劣；必须远程遥控；不消耗燃料，不用锅炉等化学能转换器等等。因此，汽轮机厂要自主开发风力机，就首先要弄清这些不同点，专门立项研究。正是在这样的思考下，我们编著了此书，希望对汽轮机厂自主开发风力机有所帮助。本书共分11章，第1章是有关风与风能的基本知识；第2～3章是风力发电技术

8、，重点是与汽轮机发电不同的特点；第4～5章专门讲风轮机的工程设计方法和数值计算，