风力发电机组的种类及发展趋势.doc

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1、论述风力发电机组的种类及发展趋势黄昕（三峡电力职业学院新能源工程学院20113792班2011379206号）风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大,全球的风能约为2.74X109MW,其屮可利用的风能为2X107MW,比地球JL可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用一主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。A.种类1按照风轮形式分类1.1垂直轴风力发电机组垂直轴风轮按形成转矩的机理分为阻力型和升力型。阻力型的气动力效率远小于升力型，故当今大型并网型垂直轴风力机的风轮全部为升力型。阻力型的

2、风轮转矩是由两边物体阻力不同形成的，其典型代表是风杯，大型风力机不用。升力型的风轮转矩由叶片的升力提供，是垂直轴风力发电机的主流，尤其是风轮像打蛋形的最流行，当这种风轮叶片的主导载荷是离心力吋，叶片只有轴向力而没有弯矩，叶片结构最轻。特点如下1）安全性。采用了垂直叶片和三角形双支点设计，并且主要受力点集中于轮毂，因此叶片脱落、断裂和叶片飞出等问题得到了较好的解决；2）噪音。采用了水平面旋转以及叶片应用飞机机翼原理设计，使得噪音降低到在自然环境下测量不到的程度；3）抗风能力。水平旋转和三角形双支点设计原理，使得它受风压力小，可以抵抗每秒45米的超强台风；4）回转

3、半径。由于其设计结构和运转原理的不同，比其他形式风力发电具有更小的回转半径，节省了空间，同吋提高了效率；5）发电曲线特性。启动风速低于其他形式的风力发电机，发电功率的上升幅度较平缓，因此在5〜8米风速范围内，它的发电量较其他类型的风力发电机高10%〜30%；6）利用风速范囤。采用了特殊的控制原理，使它的适合运行风速范囤扩大到2.5〜25m/s,在最大限度利用风力资源的同吋获得了更大的发电总量，提高了风电设备使用的经济性；7）刹车装置。可配置机械手动和电子自动刹车两利「，在无台风和超强阵风的地区，仅需设置手动刹车即可；8）运行维护。采用直驱式永磁发电机，无需齿轮

4、箱和转向机构，定期（一般每半年）对运转部件的连接进行检查即可。由于垂直轴风电机与水平轴风电机比较其优越性不多，现在已经基木退出了市场。1.2水平轴风力发电机组水平轴（风轮）风力发电机组，是指风轮轴线基本与地面平行安置在垂直地面的塔架上，是当前使用最广泛的机型。水平轴风力发电机组还可分为上风向及下风向两种机型，上风向机组其风轮面对风向，安置在塔架前方。上风向机组需要主动调向机构以保证风轮能随时对准风向。下风向机组其风轮背对风向安置在塔架后方。当前大型并网风力发电机儿乎都是水平轴上风向型。1.2.1下风向风力发电机下风向风力发电机，只在屮、小功率机型屮出现过。下风

5、向风电机的特点是：1）风轮（被动）对风，不需要偏航驱动机构。因为风轮处于塔架的下风向是静平衡状态，实际上由于偏航使电缆扭绞，仍需要解扭措施。原则上可采用滑环机构避免扭绞，但不可靠。2）风轮在下风向，受塔影影响较大，这一方面影响了风能利用系数，同时使疲劳载的幅值增大，同样的叶片疲劳寿命较上风向机型机低，因此下风向机组当前很少采用。但近期为了减轻风力发电机的重量、降低风力发电机的造价，乂有人提出了下风向柔性结构的设计方案，但至今尚无商品机型。1.2.2±风向风电机水平轴上风向三叶片风力发电机是当代大型风力发电机的主流「两叶片的产品也比较多见。两叶片风电机在同样风轮

6、直径（扫掠面积）的情况下其转速较快才能产出相同的功率。要求叶片的寿命（循环次数）比三叶片机型的高。由于转速快叶尖速度高风轮的噪声水平也高，因此对周围的环境影响大。两个叶片相对三叶片的质量平衡及气动力平衡都比较困难，因此功率和载荷'波动较大。其优点是叶片少,成本相对低，对于噪声要求不高的离岸型风力发电机，两叶片是比较合适的。2.按照有无齿轮箱分类变速变桨风电机组的风能转换效率更高，能够有效降低风电机组的运行噪声，具有更好的屯能质量,通过主动控制等技术能够人幅度降低风电机组的载荷,使得风电机组功率重量比提高，这些因素都促成了变速变桨技术成为当今风力发电机组的主流技

7、术。H前，市场JL主流的变速变桨恒频型风电机组技术分为双馈式和直驱式两大类。双馈式变桨变速恒频技术的主要特点是采用了风轮可变速变桨运行，传动系统采用齿轮箱增速和双馈异步发电机并网，而直驱式变速变桨恒频技术采用了风轮与发电机直接耦合的传动方式，发电机多采用多极同步电机，通过全功率变频装置并网。直驱技术的最大特点是可靠性和效率都进一步得到了提高。还有一种介于二者之间的半直驱式，由叶轮通过单级增速装置驱动多极同步发电机，是直驱式和传统型风力发电机的混合。2.1直驱型风力发电机直驱式风力发电机，是一•种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机,这种发电机采用多极电机

8、与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮