风力发电原理——绪论2ppt课件.ppt

风力发电原理 华北电力大学控制与计算机工程学院 1 2 课程简介 第一章 绪论第二章 风能及其转换原理第三章 风力发电机组结构第四章 风力发电机第五章 风力发电机组的控制技术第六章 垂直轴风力发电机组第七章 离网风力发电系统 3 基本要求 了解风能及其利用掌握大型并网风力发电机组的基本结构掌握各部件的基本原理了解风力发电技术发展 4 第一章绪论 随着生产力和生活水平提高 世界能源消耗迅速增长 在20世纪 世界人口增长4倍 而能源消耗增长16倍 常规的化石能源储量有限 面临数量紧缺和价格提高 化石能源开发和燃烧利用加剧了人类和地球生物生存环境的恶化 出路是调整能源结构 开发利用清洁可再生能源 地球上的能源与环境问题 5 能量 能量是物质运动的一种度量 也是物质存在的一种形态 一般指其具有的做功能力 目前 通常认为有以下六种能量形式 机械能 动能 重力势能 弹性势能 表面能 热能 电能 以及化学能 辐射能 核能 6 能源 能够直接或经转换提供能量的资源称为能源 按被利用程度分 常规能源 开发利用时间长 技术相对成熟 能大量生产利用 新能源 开发和利用尚在研究和推广使用 按取得方式分 一次能源 自然存在 可直接利用 二次能源 经转换或加工生产的 按短期内能否重复取得分 可再生能源非可再生能源就目前生产技术水平 可大规模开发利用的清洁可再生能源主要有 风能 太阳能和生物质能 7 1 1风能利用及风力发电历史 人类利用风能有资料记载的有几千年历史 早期主要是以风做为动力 风帆 风车 a 帆船b 风车人类早期风能利用示例 8 1 1风能利用及风力发电历史 续 十九世纪晚期开始出现风力发电 1887 美国人CharlesF Brush研制出世界上第一台12kW直流风力发电机 用来给家里的蓄电池充电 1891 丹麦物理学家PoulLaCour建造了一台30KW左右的具有现代意义的风力发电机组 发出直流电 用于制氢 1926 德国科学家AlbertBetz对风轮空气动力学进行了深入研究 提出了 贝茨理论 指出风能的最大利用率为59 3 为现代风电机组空气动力学设计奠定了基础 1940 美国工程师PalmerCosslettPutnam与S MorganSmith公司合作 制造出风电发展历史上第一个1250kW超大型的Smith Putnam风电机组 1942 德国人UlrichHuetter提出 叶素动量理论 我国风力发电始于20世纪70年代 80年代后研制并网机组 9 1 1风能利用及风力发电历史 续 a Brush的风电机组b PoullaCour的风电机组c Smith Putnam的风电机组早期的风电机组 10 1 1风能利用及风力发电历史 续 a 德国人Huetter建造的风电机组W 34b 丹麦人JohannesJuul建造风电机组Gedser现代风电机组的先驱 11 1 2中国风能资源与开发 1 2 1风能特点风能蕴藏量大 分布广 风能是可再生能源 风能利用基本没有对环境的直接污染和影响 风能的能量密度低 不同地区风能差异大 风能具有不稳定性 12 1 2 2我国风能资源 我国风能密度分布图 13 1 2 2我国风能资源 续 我国全年风速大于3m s的小时数的分布图 14 1 2 2我国风能资源 续 中国有效风能分布图 15 1 2 3风电发展概况 世界风电装机容量 来源 世界风能协会 WWEA 2009世界风能报告 2009年世界风电装机最多的十个国家 MW 16 1 2 3风电发展概况 续 我国并网风电装机 除台湾省外 的增长情况 17 1 2 3风电发展概况 续 我国规划的大型 千万千瓦 百万千瓦级 风电基地分布图 18 1 3风力发电技术与发展 1 3 1机组类型微型 小型 中型及大型风电机组离网型风电机组和并网型风电机组水平轴风电机组 垂直轴风电机组 19 微型 小型 中型及大型风电机组 按照额定功率的大小 可以将风电机组分为 1 微型风力发电机组 额定功率小于1KW 2 小型风力发电机组 额定功率1KW 99KW 3 中型风力发电机组 额定功率100KW 600KW 4 大型风力发电机组 额定功率大于600KW 20 离网型风电机组和并网型风电机组 按照风电机组与电网的关系 分为离网型风力发电机组和并网型风力发电机组 1 离网型风力发电机组 一般指单台独立运行 所发出的电能不接入电网的风力发电机组 这种机组一般容量较小 常为微小型机和中型机 专为家庭或村落等小的用电单位使用 常需要与其他发电或储电装置联合运行 2 并网型风力发电机组 一般指以机群布阵成风力发电场 并与电网联接运行的大 中型风力发电机组 21 水平轴风电机组 垂直轴风电机组 按照风轮旋转主轴与地面相对位置的关系 风电机组分为水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组 1 水平轴风力发电机组 风轮旋转轴与地面平行 叶片数量视用途而定 水平轴风电机组又可分为升力型和阻力型 2 垂直轴风力发电机组 分为阻力型和升力型两大类 22 水平轴风力发电机组 水平轴风力发电机类型 23 垂直轴风力发电机组 垂直轴风力发电机类型 24 1 3 2大型水平轴并网机组基本结构 目前在并网风力发电领域主要采用水平轴风电机组形式 其基本结构包括由风轮 传动系统 发电机 控制与安全系统 偏航系统 机舱 塔架和基础等组成 水平轴风电机组结构图 25 1 3 3风电技术发展 技术发展主要在提高风能利用量 低风速 高海拔 海上 大型化 变速恒频 改善机组性能 提高寿命 降低成本 适应恶劣气候 适应电网 智能监控 完善标准 方面 具体体现在 1 水平轴风电机组技术成为主流2 风电机组单机容量持续增大3 变桨变速功率调节技术得到广泛采用4 双馈异步发电技术仍占主导地位5 直驱式 全功率变流技术得到迅速发展6 大型风电机组关键部件的性能日益提高 26 1 3 3风电技术发展 续 7 智能化控制技术的应用加速提高了风电机组的可靠性和寿命8 叶片技术发展趋势9 风电场建设和运营的技术水平日益提高10 恶劣气候环境下的风电机组可靠性得到重视11 低电压穿越技术得到应用12 海上风电技术成为重要发展方向 27 1 4风电相关标准 现代并网型风电相关的专业技术标准大致涉及以下几方面 风资源评估风电机组设计与认证风电场设计与运行 28 1 4风电相关标准 续 国际电工委员会 IEC 标准 风力发电系统 第一部分 设计要求 海上风电机组设计要求 国外主要风电标准德国 风能转换系统的认证准则 丹麦 风机的载荷和安全标准 挪威 海上风电机组结构设计标准 中国主要风电标准中国有现行风力机械标准59个 其中并网型风力发电机组标准21个 离网型风力发电机组标准38个 这些标准主要分为国家标准和行业标准两类 29 表1 7IEC