01风电技术基础

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1、风力发电一、风力发电及其特点风力发电机组（简称风电机组）是将风能转化为电能的机械。风轮是风电机最主要的部件，由桨叶和轮毂组成。桨叶具有良好的空气动力外形，在气流作用下能产生空气动力使风轮旋转，将风能转换成机械能，再通过齿轮箱増速，驱动发电机转变成电能。在理论上最好的风轮只能将约60%的风能转换为机械能。现代风电机风轮的效率可达到40%o风电机输出在达到额定功率之前，功率与风速的立方成正比，即风速增加1倍输出功率增加8倍，所以风力发电的效益与当地的风速关系极人。由丁•风速随时在变化，风电机常年在野外运行，承受十分复杂恶劣的交变载荷，当前国内生产的主流机型为600kW〜750kW,

2、国外生产的主流机型为1500kW〜2500kW,即MW及机组，设备的机体庞大，风轮直径和塔架高度都达到50m至120m,在野外运行环境恶劣，设计和制造比较困难。冃前风电机组的设计寿命是20年，耍求经受住60m/s的11级暴风袭击，代表机组可靠性的可利用率要达到0.95以上。风力发电的利用方式主耍有两类，一类是独立运行供电系统，即在电网未通达的偏远地区，用小型风电机为蓄电池充电，再通过逆变器转换成交流电向终端电器供电，单机容量一般在100W到1OkW；或者采用中型风电机与柴油发电机或光伏太阳电池组成混合供电系统，冃前系统的容量约10kW至200kW,解决小的社区用电问题。另一类是

3、作为常规电网的电源，联网风力发电是人规模利用风能最经济的方式。商业化的机组单机容量为150RW至2500kW,既可以单独并网，也可以由多台，甚至成百上千台组成风力发电场，简称风电场。风电场与常规的火电厂和水电站比较，由于单机容量小，可以分散建设，资金比较容易筹集，基建周期短，有利于资金周转，及早还贷。过去20年风电技术进步很快，高科技含量人，机组可靠性提高，单机容量3000kW以下的技术己经成熟，虽然冃前风电机组成本还比较高，随着生产批量的增大和技术改进，成本仍将继续下降。风电的突出优点是环境效益好，不排放任何有害气体和废弃物，不需要移民。风电场虽然占了人片土地，但是风电机基础

4、和道路实际使用的面积很小，不影响农口和牧场的正常生产。多风的地方往往是荒滩或山地，建设风电场也同时开发了旅游资源。由于风速是随机变化的，风电的不稳定性会给电网带来一定影响，冃前许多电网内都建设调峰用的抽水蓄能电站，使风电的这个缺点可以得到克服。二、世界风能资源和地理分布有多项世界风能资源评估都确认全球风能资源极为丰富，而冃分布在几乎所有的地区和国家。技术上可以利用的资源总量估计约53万亿kW?h/年，相当于2020年全世界屯力总需求的两倍多，资源的地理分布见表1。表1世界风能资源单位：万亿kW?h/年西欧4.8,占9.1%东欧和前苏联10.6,占20.0%亚洲4.6,占8.7%

5、拉丁5.4,占10.2%美洲北美14,占26.4%澳洲3,占5.7%非洲10.6,占20.0%合计53,占100%资料来源：1994年，MichaelGrubb&NielsMeyer。备注：按10m高度年平均风速大于5.1m/s陆地面积的十分之一，采用300kW风电机组估算。整个欧洲丰富的风能资源可以至少满足2020年时20%的屯力需求，特别是考虑到新出现的海上风电市场。欧洲海上风能资源见表2。表2欧洲海上风能资源万亿kW?h/年水深离岸10km以内离岸20km以内离岸30km以内10m0.550.590.6020m1.121.401.5230m1.602」92.4640m1.

6、652.623.03资料来源：1995年，GarradHassan&GermanischerLloydo三、国外风电的发展1.历史的回顾1973年发生石油危机以后，美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入人量经费，动员高科技产业，利用计算机、空气动力学、结构力学和材料科学等领域的新技术研制现代风力发电机组，开创了风能利用的新时期。丹麦、德国和两班牙等欧洲国家相继出台了激励风电发展的政策，其核心是长期固建的较高收购风电电价，使这些国家成为风电机组市场扩展最快的地区。风电机组技术的发展也经历了从多种结构形式趋向于少数几种的过程，这是市场选择的结果，只有可靠性高，经济效益好

7、的机型才能在市场中生存下来。冃前风电机组普遍采用异步发电机，其转速受电网频率制约，基木保持恒定，不需耍复杂的同步调速装置，但是风轮的空气动力性能难以达到最高的风能转换效率。变速恒频并网机组的技术已经成熟，可使风轮保持在最佳状态下运行，风能利用系数接近最大值，可获取更多的能量，已发展成为主流产品。风电机组的技术沿着増大单机容量、减轻单位千瓦重量、提高转换效率的方向发展。风力发电场是将多台并网型风力发电机安装在风力资源好的场地，按照地形和主风向排成阵列，组成机群向屯网供屯，简称风电场，是人规模利