《风能理论知识》PPT课件.ppt

风能理论技术培训 东电茂霖风能发展有限公司 风的基本概念 风的形成 风是大气的运动 气象学上一般把垂直方向的大气运动称为气流 水平方向的大气运动称为风大气的运动本质上是由太阳热辐射引起的 因此 风能是太阳能的一种表现形式 地球表面上 受太阳加热的空气较轻 上升到高空 冷却的空气较重 倾向于去补充上升的空气 这就导致了空气的流动 风 全球性气流 海风与陆风 山谷风的形成大致都如此 因压力分布差异引起的大气流动 风的强度由气压梯度力的大小决定 风向与风速是确定风况的两个重要参数 风的基本概念 风力等级 风的基本概念 风向气象上将风吹来的方向称为风向 通常说的西北风 南风等即表明的就是风向 气象上一般将陆地上的风向用16个方位观测 即以正北为零度 顺时针每转过22 5 为一个方位 风向的方位图图示如下 风向频率指一年 月 内某方向风出现的次数和各方向风出现的总次数的百分比 即 风向频率 某风向出现次数 风向的总观测次数 100 风的基本概念 风速 瞬时风速V可用平均风速 一般取10分钟 Vm加上风的波动分量v来表示 湍流强度 理论上用气流波动分量的均方根来反映气流的波动程度 风速的周期性变化 风速的日变化 一天之中 风速的大小是不同的 地面 或海拔较低处 一般是白天风速高 夜间风速较低 高空 或海拔较高处 则相反 夜间风强 白天风弱 其逆转的临界高度约为100 150m 风速的季节变化 一年之中 风的速度也有变化 在我国 大部分地区风的季节性变化规律是 春季最强 冬季次之 夏季最弱 风的基本概念 垂直高度 由于风与地表面摩擦的结果 越往高处风速越高 定量关系常用实验式表示 V V0 H H0 nV 高度H处的风速 V0 高度H0处的风速 测得 n 地表摩擦系数 或地表面粗糙度 取值范围 0 1 光滑 0 4 粗糙 风的基本概念 风速频率 对于风力机的安置处 有两个重要的描述风资源的参数 年平均风速和风速频率 在计算风率时 通常把风速的间隔定为1m s 风速在某一时间段平均 如3分钟 按风速的大小 落到哪个区间 哪个区间的累加值加1 把个区间出现的次数除以总次数即得风速频率 风的基本概念 风况曲线20181614121086420100020003000400050006000700080009000 根据风况曲线通常可以看出 一年之中有多少时间低于起动风速而无法起动 有多少小时可以达到额定出力 取多大的切出风速较合适 可见 风频特性和风况曲线是开发风能的重要原始资料和依据 风的基本概念 斜坡效应 狭管效应 空气动力学基础 风的能量 贝茨 Betz 极限 空气动力学基础 作用在叶片上的力气流流过翼面时 形成压差 产生升力 阻力和俯仰力矩 CL L 0 5 AV2CD D 0 5 AV2CM M 0 5 cAV2 空气动力学基础 叶素理论叶轮叶片沿径向被分成叶片段 叶素 从上游到下游沿叶素的空气流被分成环向流管 假定相邻流管之间互不干涉 环绕每一个叶素的流动是确定的 每个叶素上的气动力可用气动力系数计算出来 叶片上的载荷是所有叶素上的力之和 dQ 0 5 Vr2r CLsin CDcos BcdrdW 0 5 Vr2 r CLsin CDcos BcdrdT 0 5 Vr2 CLCOS CDsin BcdrVr V sin r w cos 空气动力学基础 Cp 曲线实度的影响 空气动力学基础 失速现象 空气动力学基础 失速功率调节风速增加 攻角增大失速发生后升力系数下降吸收的功率被限制 空气动力学基础 动态失速现象叶片在气动力的作用下发生弹性变形 改变气流的攻角 影响失速的现象 失速延滞现象由于气流的三维流动 使得产生失速的情况发生变化 CL的磁滞回线现象 在临界攻角附近 攻角a增大CL按曲线的上界 1 变化 攻角a减小CL按曲线的下界 2 变化 2 风力机基本知识 风力机的种类 气动类型 升力型 阻力型轴向 水平轴 垂直轴尖速比 高速 中速 低速容量 微型 小型 大型 荷兰风车 风力提水机 古老风车 垂直轴风力机 3叶片水平轴 大型风电机组 2叶片水平轴 风力机基本知识 风力发电机组的主要结构叶轮主轴齿轮箱联轴器 机械刹车发电机偏航系统塔架 基础电控系统 风力机基本知识 叶轮叶轮通常包括叶片 轮毂 叶尖刹车等 是风力机最关键的部件 几乎所有的载荷均来自叶轮 风力机基本知识 主轴叶轮通过螺栓可靠的联接到主轴的法兰上 将动力传递到齿轮箱 另一端一般以收缩盘联接到齿轮箱 螺栓的联接至关重要 风力机基本知识 齿轮箱齿轮向位于机舱内 输入侧与主轴相连 输出侧与发电机相连 通过齿轮传动将叶轮的低转速增速到发电机所需的转速 风力机基本知识 联轴器 机械刹车联轴器位于发电机与齿轮箱之间 转速高达1500rpm 机组通常有两个不同类型的制动装置一个是叶尖刹车另一个是机械刹车机械刹车一般位于齿轮箱与发电机之间 风力机基本知识 发电机发电机将机械能转换成电能 通常分为同步和异步发电机异步电机 转子为鼠笼式 产生磁场 通过与定子线圈产生相对运动产生电流 风力机基本知识 偏航系统偏航轴承偏航驱动偏航制动 阻尼 风力机基本知识 冷却系统齿轮箱和发电机运行过程总要消耗掉一部分能量 这些能量主要转化成热能 如果热量不能迅速贝散发掉 温度将很快上升 冷却的方式有多种 空冷或水冷水冷方式 冷水流过发电机时被加热 到散热器后被风冷却 将热量及时排走 风力机基本知识 塔架 基础塔架 基础是机组的支撑部件因为经济原因 现代风机多采用 柔性 塔架 基础 抗沉陷 接地电阻 风力机基本知识 电控