风电机组设计

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1、1.5MW双馈式风力发电机组的整体设计第一章引言第二章目录第三章正文1风力发电（机）背景1.1风力发电发展历史及意义人类很早就利用风作为帆船、碾磨和灌溉的动力，其历史可以追溯到公元前5000年。当人们开始用汽轮机和水轮机发电的时候，就有人建议利用风能进行发电。1887年苏格兰教授JamesBlyth为了给用于照明的蓄电池充电而建立了人类历史上第一台用于发电的风机，该风机属于垂直轴型风机，高10米，叶轮直径8米。几乎在同一个时间克利夫兰市(美国俄亥俄州东北部城市)的CharlesF.Brush利用当时在美国建造了当时已经算非常先进的风机，该风机高20米，风轮直径17m，有

2、144个由雪松木制作的叶片，通过两级皮带传动带动一个12KW的直流发电机。其安全系统确保发电机在任何转速下电压不能超过90伏，控制系统控制发电机的输出电压保持在70伏左右。Brush风机解决了很多令人头疼的问题，它不仅实现了自动控制，而且运行了20年。但是由于Brush本人对空气动力学缺乏的充足认识，加之当时的空气动力学还没有形成相当完备的理论体系，使得其设计的风机虽有较好的扭距输出，但是能量转换效率较低。1891年丹麦Askov大学教授PoulLaCour将气动翼型理论引入到风力发电机领域，并建造了一台只有四个叶片的直流风力发电机，该风机拥有相对较高的能量转换效率。到

3、1918年第一次世界大战结束时，丹麦已建造了120台Cour式风力发电机，总装机容量达到3MW，发电量占到丹麦电力总消耗的3％。Blyth风机31Brush风机Cour风机第一次世界大战之后，气动理论及相关技术发展到了一定的水平，所积累的大量经验促进了风电技术的进一步发展和理论的成熟。1920年德国人AlbertBetz(贝兹)提出了风机从风中获得最大能量的物理学准则，1926年，他借鉴空气动力学中的翼形理论对风机叶片的外形进行优化设计，并由此得出了一种简便的设计方法，即著名的Betz设计理论。今天，这些基本原理和方法还在为我们所使用。在这之后的时间里研工作者在风机的叶

4、片，风机的结构，控制准则等方面不断的进行发展和研究，进一步推动了风电技术的发展。二战期间，欧洲各国因战争影响风机技术的发展一度放缓或者中止。处于北欧的丹麦，由于能源相对匮乏，风电技术得到了相对持续的发展。丹麦人在大量实践的基础上其风机逐渐形成自己的特色，发展出了“丹麦型”风机。1941年，丹麦的F.L.Smith公司建造了一些双叶片和三叶片风机。这些风机配备的还是直流发电机。上世纪50年代，丹麦工程师J.Juul等开发了世界上第一台交流风力发电机“VesterEgesborg”。1956年，J.Juul为SEAS公司设计建造了著名的Gedser风机，该风机为三叶片上风风

5、机，装有额定功率为200kW的异步交流发电机，采用电动偏航和定桨失速控制，为了避免过大的转速和载荷，叶片尖端特别设计了气动刹车装置，该风机在没有重大维护的前提下自动运行了11年。该款风机的出现标志着“丹麦型”风机理论的完全形成，其主要特征即为：异步并网发电机、失速型叶片和尖端气动刹车。Gedser风机31德国在同一时期的风力发电技术的发展以UlrichW.Hütter的风机为代表。1957年Hütter建成了他的原型机。该风机叶轮直径34m，双叶片，功率100kW，采用下风自动偏航设计。在以后的十多年时间里德国建造的许多风力发电机都采用了相似的设计理念，包括以后的GRO

6、WIEN风机。而且该风机首次采用了由玻璃纤维复合材料制造的叶片。由于这种材料良好的机械性能和耐疲劳性能，该类型叶片得到了迅速的推广和使用，这也极大的促进了风力发电技术的发展。  Hütter风机            GROWIEN风机1941年，美国Smith公司建造了由工程师Putnam设计的大型风力发电机（Smith-Putnam风机）。该风机叶轮直径53米，逆风偏航设计，配有额定功率1.25MW同步发电机。其两个巨大的叶片由不锈钢制成，通过连杆与主轴连接。为了实现转速调节和功率控制，该风机装备了液压变浆距系统。该风机是当时空气动力学研究和机械工艺技术的有效结合的

7、产物，它代表了当时的技术发展水平。Smith-Putnam风机Jacobs风机       31二战后初期，化石能源的价格曾一路走低，风力发电在经济上毫无优势可言，加上欧洲大陆各个国家刚刚摆脱战争的阴影，使得风力发电技术的发展进一步的放缓。上世纪70年代连续出现的两次能源危机使得化石原料的价格一路上涨,加上日益严重的环境问题，各个国家开始重新考虑对可再生能源的利用。在美国、丹麦、德国、英国、瑞典等国家政府项目的推动下，许多叶轮直径超过60m的大型风力发电机由国家投资被建立起来用于相关技术的研究和实验验证。具有代表性的有德国的GROWIAN