第九章__可再生能源发电技术

第9章可再生能源发电技术 9 1风能与风电场9 2风能发电原理9 3风力发电装置和风力发电技术 第9章可再生能源发电技术9 1风能与风电场 空气沿水平方向运动就形成风 风是流动的空气 流动的空气具有动能 这就是风能 全球风能总量为 20万亿瓦 风能常用 风能密度 来描述 所谓风能密度是指空气在单位时间里流过单位面积产生的动能 当空气密度为 风速为时 在单位时间 1s 里流过单位面积的空气质量 所以风能密度为风能密度常用平均风能密度来表示 将某地一年中每天24小时逐时实测到的风速 分成若干个等级风速 将各等级风速在该年出现的累计小时数分别乘以相应风速下的风能密度 相加求和 再除以一年的总时数h 即为平均风能密度 9 2风能发电原理 1 风力发电机主要由风力机和发电机两部分组成 如右上图 风力机将水平流动的风能转换为机械能 发电机将机械能转换为电能 风力机的叶片形片如右下图所示 叶片上翼面向上弯曲成为凸面 下翼面凹进去成为凹面 流经上翼面的气流会加速 压力降低 流经下翼面的气流减速 压力升高 上下翼面的压力差在叶片上产生了由凹面指向凸面的气动合力F 将F分解为两个垂直的分力和 是与风向垂直的分力 称为驱动力 使叶片旋转做功 带动风力机的主轴旋转 将风能转换为机械能 9 2风能发电原理 2 若风力机的风轮半径为R 则风轮旋转时扫过的面为 若风速为 则风能密度即单位时间里流过单位面积的风能为 这时流过风轮所扫过的面积上的风能功率为 其中被风力机吸收利用的功率为 式中c是风能系数 最大值是0 593 在风力机上安装调向装置能提高风能吸收利用率 下图是尾舵调向装置示意图 在风力机的尾部装上一个尾舵 风力机可以围绕与地面垂直的Z轴转动 如果风向变化 向右偏转了风斜角 则风力在风轮上产生转矩 顺时针 在尾舵上产生转矩 逆时针 还有摩擦转矩 当时 机头向右偏转对准风向 9 3风力发电装置和风力发电技术 1 图9 4水平轴式风力发电装置结构简图水平轴式风力发电装置组成部分有 1 风轮 与主轴相连 旋转时带动主轴旋转 2 传动机构 将风力机的低转速转换为发电机的高转速 3 调速器 调节风力机转速不超过允许值 使风力机安全运行 4 调向机构 就是调向装置 5 发电机 9 3风力发电装置和风力发电技术 2 图9 5变转速恒频技术中交直交变频器的工作原理图9 6异步电动机机械特性风力发电机与电网并网运行有变转速 恒频技术和恒转速 恒频技术 若风力机的转速变化无常时 使用交 直 交变频器 先把发电机发出的频率变化的交流电整流为直流电 再把直流电逆变为频率为50HZ的交流电 如图9 5 恒转速 恒频技术中使用的发电机可以是同步发电机 也可以是异步发电机 异步发电机就是回馈制动运行的笼型异步电动机 当其转速超过同步转速时 运行点在第 象限 如图9 6 电动机作发电机运行 9 3风力发电装置和风力发电技术 3 笼型异步电机接入电网后 从电网吸收励磁电流 当异步电机离网单独运行时 无法吸收励磁电流 这时应在定子绕组输出端外接一组电容器 如上左图 当风力机带动发电机旋转时 若电机有剩磁 就在定子绕组中产生电动势 有容性电流流过 之间的相量关系如上中图 的分量与