风能工程课程设计

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1、课程设计（2015-2016学年第一学期）课程名称：风能工程学生姓名：张嘉栗专业班级：13能源学院：工程学院学号：176340018学生成绩：目录第一章小型风力发电系统概述11.1小型风力发电的发展现状11.2小型风力发电的前景2第二章设计原始资料22.1设计地点22.2设计要求及用途2第三章风力机的设计计算33.1风力机的基本参数33.1.1风力机的额定风速33.1.2风力机的风轮直径33.2风力机功率33.3尾舵的长度与面积43.4塔架高度及形式53.5蓄电池容量63.6控制器、逆变器、泄荷器的容量83.6.1控制器的容量83.6.2逆变器的容

2、量83.6.3泄荷器的容量8第4章风力机其他部件选择与匹配94.1叶片的组成94.2风轮的结构设计124.3调速机构—侧翼式组成134.4发电机型号选择144.5其它附属部件的设计说明15第五章设计总结15参考文献17第一章小型风力发电系统概述1.1小型风力发电的发展现状小型风力发电产业在持续地发展， 但远没有大型风力发电产业那么迅速。到目前为止，对全球 50W-100kW 的小型风力发电机组生产量的粗略估计是 650,000 到 700,000 台， 装机容量为 200MW 到 280MW。最成功的是用于分散家庭的小型风力发电机组，功率往往仅几百

3、瓦。最大的市场是我国和蒙古的户用系统，也包括一些较大容量的风能互补系统， 风力发电机组的单机容量为 1-50kW。同时，还有大量的小型风力发电机组被应用到了移动通信基站。中国的风能资源十分丰富。根据全国900多个气象站的观测资料进行估计，中国陆地风能资源总储量约32.26亿KW，其中可开发的风能储量为2.53亿KW，而海上的风能储量有7.5亿KW，总计为10亿KW。我国的风电开发起步较晚，大体分为三个阶段。     第一阶段是1986～1990年我国并网风电项目的探索和示范阶段。其特点是项目规模小，单机容量小，最大单机200KW，总装机容量4.2千

4、KW。     第二阶段是1991～1995年示范项目取得成效并逐步推广阶段。共建5个风电场，安装风机131台，装机容量3.3万KW，最大单机500KW。 第三阶段是1996年后扩大建设规模阶段。其特点是项目规模和装机容量较大，发展速度较快，平均年新增装机容量6.18万KW，最大单机容量达到1300KW。 小型风力发电机组一般由风轮、发电机、调速和调向机构、停车17机构、塔架及拉索等、控制器、蓄电池、逆变器等几部分组成。1.2小型风力发电的前景中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持快速发展。随着中国风电设备的国产化

5、，风光互补系统等新型技术的日渐成熟，小型风力发电的成本可望再降，经济效益和社会效益提升，小型风力发电市场潜力巨大。小型风电机组相关设备制造、小型风电技术研发、风电路灯等领域成为投资热点，市场前景看好。第二章设计原始资料2.1设计地点辽宁省沈阳市沈阳农业大学能源基地2.2设计要求及用途表1沈阳市气象资料年平均风速(m/s)海拔高度/m平均空气温度℃盛行风向（2011-2015）/天3.1508.1西南风428小型风力发电机组可为沈阳农业大学能源基地的照明提供稳定可靠的电源。17第三章风力机的设计计算3.1风力机的基本参数3.1.1风力机的额定风速小型

6、风力发电机的额定风速为当地年平均风速的1.6倍，即v=1.6×3.1=4.963.1.2风力机的风轮直径D=2080Nev3η（公式1）式中：D—风轮直径，m；v—额定风速，m/s；η—风力机的系统效率，取η=20%；Ne—输出功率，KW，取Ne=18KW。求得D=39.2m3.2风力机功率风轮的功率与风轮叶片数目无直接关系，与风轮直径的平方成正比，与风速的立方成正比，与风轮功率系数成正比，即风轮的功率可表示为：N=D2v32080Cp(kW)(公式2)Ne=NVη(KW)(公式3)17式中：D—风轮直径,m；v—额定风速，m/s；η—风力发电系统

7、总效率，η=0.2；Cp—风轮功率系数，Cp=0.2；N—风轮功率，KW；Nv—吹向风轮的风具有的功率；Ne—风力机最终所发出的有效功率，KW。3.3尾舵的长度与面积尾舵是最常见的一种调向装置，它广泛用于小、微型风力机上。尾舵由尾杆和尾翼组成（图1）图1尾舵结构示意图尾舵的长度按下式取值:L1：L2=1：4（公式4）实用中一般常使L1=0.15D；L2=0.6D。D为风轮直径。可得：L1=0.15×39.2=5.88m，L2=0.6×39.2=23.52m设转动着的风轮扫掠面积为A，尾翼的面积为Ai，其面积之比按如下关系取值:17对3叶风轮，取Ai

8、=0.04A。（公式5）其中A=NeηfCACT（公式6）表2f与v的关系已知v=3.1m/s=11.09mile/h，根