电力生产概论教学课件PPT风力发电.ppt

电力生产技术概论 华北电力大学 程瑜 第6讲 风力发电 陆上风电场实景 海上风电场实景 主要内容 概述 风力发电原理 风力发电机组 风电大规模发展面临的问题 一、风资源及储量 风能的来源 地球的转动 地球表面受太阳加热程度的差别 其它地理因素的影响 世界风资源储量 全球大气中蕴藏的总风能约为1014MW 可被开发的风能约为3.5* 109MW 一、风资源及储量 我国风资源储量 陆上离地面50米高度，达到3级以上风能资源的潜在开发 量约23.8亿千瓦 525米水深线以内近海区域、海平面以上50米高度可装 机容量约2亿千瓦 一、我国风能资源分布 一、我国风能资源分布 海上风能丰富 海上风速高，很少有静风期，可以有效利用风电机组发电容 量。一般估计海上风速比平原沿岸高20%，发电量增加70% ，在陆上设计寿命20年的风电机组在海上可达25年到30年 ，且距离电力负荷中心很近。 随着海上风电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会 成为重要的可持续能源。 二、风力发电原理 风的形成：地球自转以及太阳热辐射不均所引起的 空气循环流动。 二、风力发电原理 升力与阻力 阻力：与气流方向平行的力Fx 升力：与气流方向垂直的力Fy 风力发电的原理 空气流经风轮叶片时产生的风压，产生升力或阻力 推动风机的叶片旋转 带动发电机转动发电 二、风力发电原理 输出功率 C：风能利用系数，理论最大值为0.59； F： 叶片受风面积; ：空气密度 ； v ：风速 二、风力发电原理 风速对输出功率的影响 在相同情况下，风速变化1m/s： 是不是风速越大越好呢？ 二、风力发电原理 输出功率风速关系 二、风力发电原理 风力发电输出功率的波动性 丹麦160 MW风力发电出力 5 minute intervals for 48 hours vs. % of wind plant capacity 二、风力发电原理 17 增加风场中的风机数目，缓解风电输出功率的波动 二、风力发电原理 风电机组/风电场位置 将风场和风机分布在较广的地理区域内 二、风力发电原理 输出功率与高度的关系 风速与高度关系: V2/V1=(h2/h1)a 输出功率与高度关系: P2/P1=(h2/h1)3a Z01，a与Z0成反比 二、风力发电原理 三、风力发电机组 你想了解风电吗？ 那就向下了解吧！ 三、风力发电机组 我上到风机上了 三、风力发电机组 风轮 对风装置 调速装置 制动装置 传动装置 发电机 三、风力发电机组 风轮 作用：捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能。 一般由叶片、叶柄、轮毂及风轮轴等组成。 三、风力发电机组 风轮 叶片横截面形状：平板型、弧板型和流线型。 风力发电机: 流线型； 风力提水机:弧板型/平板型 三、风力发电机组 对风装置 保证风轮基本上始终处于迎风状态 常用的风力机的对风装置： 尾舵 舵轮 电动机构 自动对风 三、风力发电机组 尾舵 微、小型风力发电机普遍应用 新式：对风向变化反应敏感，跟踪性好 老式改进新式 三、风力发电机组 尾舵翘起安装 尾舵常处于风轮后面的尾流区里，为了避开尾流的影响， 可将尾舵翘起安装，高出风轮 三、风力发电机组 舵轮 多用于中型风力发电机上 三、风力发电机组 舵轮 正常工作，舵轮旋转平面与风向平行不转动 三、风力发电机组 舵轮 当风向变化时，在风力作用下舵轮开始旋转，使风力机的风 轮再对准风向。 三、风力发电机组 电动对风装置 多用于中、大型风力发电机上。 风向标：感受风向 凸轮：接通/断开限位开关， 控制对风装置转动 阻尼板：浸没在油缸中，用以吸收风向脉动。 三、风力发电机组 调速装置 风轮的转速超过设计允许值时，有可能导致机组的毁坏或 寿命的减少 使风轮能稳定一定转速内工作 三、风力发电机 调速装置原理 减少风轮迎风面积 适用于微型、小型、中型风机 a未调速位置；b调速位置；c顺浆位置 三、风力发电机 调速装置原理 改变叶片翼型攻角值：叶片升力与攻角密切相关 气流方向与叶片横截面的弦长L的夹角称为攻角。 升力与攻角正相关 升力下降 三、风力发电机 调速装置原理 改变叶片翼型攻角值 三、风力发电机 液压变桨距调速美国MOD-0型大型风力发电 机变桨距调速装置 三、风力发电机组 调速装置原理 利用空气在风轮圆周切线方向的阻力 阻力翼阻尼板 三、风力发电机组 制动装置 在风速过高时，使风轮停转，保证风力发电机在特大风速下 的安全。 微型和小型风力发电机 三、风力发电机组 制动装置 在中型和大型风力发电机中，有采用叶尖气动刹车和机 械式刹车组成的制动系统。 功率较大的风力发电机，也有应用电磁制动器和液压制 动器的。 三、风力发电机组 齿轮箱/传动装置 风轮的旋转速度： 小型风机：每分钟几百转 大型风机：每分钟十几转几十转 一般发电机转速： 四极三相交流发电机：1500r/min 二极三相交流发电机：3000r/min 齿 轮 箱 进 行 增 速 方案一 三、风力发电机组 采用齿轮箱增速的风力发电机 三、风力发电机组 传动装置 风轮的旋转速度： 小型风机：每分钟几百转 大型风机：每分钟十几转几十转 一般发电机转速： 四极三相交流发电机：1500r/min 二极三相交流发电机：3000r/min 采 用 低 转 速 发 电 机 方案二 直 驱 式 风 力 发 电 机 三、风力发电机组 直驱发电机 按照励磁方式可分为：电励磁和永磁 电励磁直驱：采用与水轮发电机相同的工作原理，技术成 熟。 永磁直驱：近年来研发的风电技术，用永磁材料替代复杂的 电励磁系统，发电结构简单，重量相对电励磁直驱机组较 轻。 三、风力发电机组 内转子直驱式风力发电机组 三、风力发电机组 重要电气部件 整流器：将交流电变成直流电。 逆变器：把直流电变成交流电。 三、风力发电机组 重要电气部件 控制器 保证风力发电机对蓄电池的正常充电，防止蓄电池过充/放电， 并控制输向用电器的电压 泄荷器：当蓄电池电已充足了，而风力发电机仍在继续发 电。设置泄荷器，给发电机提供放电通道。 避雷器：防雷击 四、风电大规模发展面临的问题 经济 安全 1、开发成本高，利用效率低 风电上网电价 1、开发成本高，利用效率低 1、开发成本高，利用效率低 以内蒙区域电网为例： 风电装机容量 截至2010年底 风电未上网电量 2010年1-6月 数据来源：国家电力监管委员会 风电光伏发电情况监管报告（2010年第9号） 2、电力系统安全问题日益凸显 2011.2.24日在甘肃酒泉、瓜 州，4.17日在河北张家口相继 发生3起风电设备事故，造成 1944台风电机组脱网，对系统 安全稳定造成严重影响。 事故电缆 2、电力系统安全问题日益凸显 资源与需求逆向分布，必须大容量远距离传输，对 输电技术及系统运行控制提出了挑战 2、电力系统安全问题日益凸显 供需必须实时平衡 随机波动的负荷需求与随机波动的电源之间的矛盾 发电用电 输配电 随机不确定性 相对确定、可控 强随机波动性 风电 光电 水电 核电 火电 2、电力系统安全问题日益凸显 电源结构性矛盾突出，匮乏可快速响应新能源电力 随机波动性的电源 60 50 40 30 20 10 0 70 80 风电煤炭 73.4 35 31.4 天然气与石油 45.1 25 0.1 3.3 16 3.2 中、美、德发电装机构成 德州风电装机容量占州 电能总需求的9.1%，风 电渗透率为5% 德州的能源结构中天然 气发电占59% 天然气电厂可以快速响 应，调节功率输出，有 效地平衡了风力发电所 带来的功率波动 美国德州电网风电接入的运行经验 合理的电源结构是大规模风电接入的重要保证 风电场 丹麦风电接入的运行经验 西部地区(2400MW) 与挪威(水电占99.5%)、瑞典( 水电占46%)等NORDEL电网相 连 东部地区(760MW) 与德国和欧洲联盟电网(UCTE) 相连 丹麦风电渗透率为21.9% 挪威 瑞典 德国 除了火电、水电、核电常规发电技术，列举出5种 新发电技术 主要的两种太阳能发电形式，各种形式下太阳能转 换到电能的能量转化过程。 按照太阳能电站集热器的采集方式不同，太阳能电 站分为槽式、塔式、碟式。各种类型太阳能电站使 用的聚光镜的镜面结构差异，集热效果的比较； 塔式、槽式太阳能电站中传热工质的循环