风力发电原理第三章(修)_(2).ppt

P148-1，风力发电原理雷暴热工程系，P148-2，风力发电机类型风力发电机主要参数和设计级水平轴风力发电机结构，第三章风力发电机分类和配置，P148-3，3-1风力发电机类型，小型风力发电机容量-60kW以下风力发电机：容量70单个容量越大，桨叶越长。2MW风力发电机叶片直径达72米，最长的叶片为50米，随着单位容量的增加而变长。P148-4，P148-5，气流中水平轴风力发电机：叶片旋转，水平轴结构，水平轴结构，水平面和风向垂直。垂直轴风力发电机：风轮绕垂直轴旋转。P148-6，P148-7，按功率调节，俯仰风力发电机，俯仰风力发电机，主动失速风力发电机，P148-8，俯仰风力发电机：刀片固定在轮毂上，俯仰角度不变，风力发电机的功率调节完全取决于刀片的失速性能。风速超过额定风速时，在刀片后端形成边界层分离(湍流状态)，升力系数减少，阻力系数增加，限制了单位功率的进一步增加。优点：结构简单。缺点：不能保证超过额定风速段的输出功率恒定，并且由于电阻的增加，对叶片和塔等部件施加的载荷相应增加。此外，由于俯仰角度不能调整，并且没有气动制动功能，所以俯仰叶片需要在尖端部分设计特殊的制动装置。P148-9，节距风力发电机：刀片和轮毂不是固定连接，可以调整刀片节距角度。超过额定风速范围时，通过增加叶片俯仰角度，减小攻击角度，改变叶片升力与阻力比，实现限制风轮功率的目的，使单元在功率比附近输出功率。优点：可以获得高于额定风速区域的稳定功率输出。缺点：需要俯仰调节机制，设备结构复杂，稳定性差。目前大型兆瓦级风力涡轮机一般采用俯仰控制技术。主动失速风力发电机：工作原理与上述两种形式的组合相对应。功率调整使用刀片的失速特性进行，刀片和集线器不是固定连接，刀片可以绕轮毂旋转并进行俯仰角度调整。单元达到额定功率后，将刀片旋转一个角度作为俯仰角度，增加风攻击角度，并使刀片主动进入失速状态，从而限制功率。优点：提高了手动失速装置的功率调节不稳定性。缺点：增加了间距调节机制，设备变得复杂了。P148-10，高传动比齿轮箱类型：优点：由于最小代数，结构简单，尺寸小。缺点：变速器结构复杂，齿轮箱设计、运行和维护复杂，容易出故障。直接驱动：使用多级同步风力发电机，风力发电机可以直接驱动低速旋转发电机。优点：齿轮箱产生的噪音、故障率高、维护费大等，提高了工作可靠性。缺点：发电机很对数，体积大，结构复杂。半直接驱动器类型：以上两种类型的合成。中电动汽车型风力涡轮机降低了现有齿轮箱的传动比，相应地减少了多极同步风力涡轮机的极数，从而减少了发电机的体积。P148-11通过驱动系统以所需速度连接发电机和发电机，提供发电机转子。用于并网风力发电机的交流发电机的同步速度是发电机极对数。栅格频率，50Hz。风力发电机的转速约为1020r/min，而发电机输出50Hz的交流电源，如果发电机的极日志不同，转子的速度必须不同。极日志为2时，如果发电机的转子速度为1500r/min左右，就要用风轮和发电机组之间的齿轮箱生长。如果发电机速度足够大，接近风轮速度，则无需扩展齿轮箱。P148-12，P148-13，匀速风力发电机：发电机速度恒定，不随风速的变化而变化。变速风力发电机：发电机运行速度随风速随时变化。主流大型风力涡轮机基本采用变速恒频运行方式。多态固定速度风力发电机：发电机组包括两台以上的发电机，可以根据风速变化启动大小和数量不同的发电机。根据发电机速度变化进行区分，P148-14，陆地风力发电机，a)陆地风扇，b)海上风扇，P148-15，海岸风力和环境条件陆地风力发电条件和差异，海洋风力马达具有一定的特殊性。1)适用于大容量风力发电机组的选择。海上的风速通常比沿海陆地高，风速比较稳定，不受地形影响，风湍流强度和风切变都具有相对较小、稳定的支配风向。在相同容量下，海上风力涡轮机的塔高低于陆地装置。P148-16，2)风力发电机组的安全可靠性要求更高。海上风力发电厂的天气条件严重的话，强烈的阵风、台风、巨浪等恶劣的天气条件会给单位造成严重的损失。海上风力发电园区具有海浪和潮汐强耦合作用，风力发电台在海浪干扰下运行的随机风场中载荷条件比较复杂。海上风力涡轮机长期处于含有盐分的湿热雾腐蚀环境中，海上风力涡轮机的安装、运行、运行和维护比陆地风力困难。因此，海上风力发电机结构，特别是叶片材料的耐久性问题非常重要。3)基本形式与陆地风力涡轮机有很大区别。海上风力涡轮机复杂，基础建设费用高，因为要综合考虑海底地质结构、域外距离、风浪等级、洋流情况等。海上风力在风力资源评价、单位安装、运营维护、设备监控、电力输送等几个方面与陆地风力有差异，技术困难，建设成本高。P148-17，中国海上风机发展趋势海滨风力发电园区目前在我国建设或建设中的滩涂风力发电园区主要集中在滩涂地带和垦区。潮间带因为淤泥地质学，风力发电设备的运输安装都是个难题。但是与近海的风力相比，业界专家认为潮间带风力发电厂仍然有成本优势。国内第一个海上潮间带风力发电项目龙源江苏省东相潮带试风系于2009年10月成功地实现了并网发展，2台1.5兆瓦风力发电机开始正式并网运行。P148-18，水平轴风力发电机的叶片绕一个水平轴旋转，旋转平面垂直于风向。叶片径向放置在垂直或近似垂直于旋转轴的风力发电机上。风力发电机叶片数取决于风力发电机用途，1-3个，风力发电机使用的风力发电机叶片数一般为12-24个。1，水平轴风力发电机，P148-19，按速度高速，可分为风力发电机和低速风力发电机。高速风力发电机叶片数少，多使用1-3台，与最佳速度相对应的风力发电机尖端线速度为5-15倍风速。高速风力涡轮机高速运行时风能利用系数高。由于刀片数量少，输出功率在相同条件下比低速风车轻得多，适合发展。叶片数较多的风力涡轮机具有最低的最佳速度，低于高速风力涡轮机的一半，风能利用率低于高速风力涡轮机，一般称为低速风力涡轮机。启动扭矩大，启动风速低。低速操作产生高扭矩，适用于水的提取。P148-20，风力发电机、风力发电机、水平轴风力发电机、风力发电机根据与塔相反的位置旋转的风力发电机。可以自动调整风向，不需要调整方向的装置。缺点：气流首先通过塔，然后通过风轮，就会产生塔效应，风力涡轮机性能会降低。以空气流动为参考，风轮在塔前迎风盘旋的风轮机为逆风的风轮机。需要风调节装置，使风轮面向风向面。P148-21，定义：垂直轴风力发电机的风轮绕垂直轴旋转。特征：没有风向调节装置，在任何方向接受风，风向改变的时候不需要反风。变速箱和发电机都可以安装在地面或风轮下，维持运行简单，费用低廉。叶片结构简单，制造方便，设计成本低。第二，垂直轴风力发电机，分类：电阻型风力发电机：用空气对叶片进行阻力。升降机风力发电机：使用翼型升降机执行工作。P148-22，S型风力涡轮机由两轴交错的半圆形叶片组成，具有在低风速下运行的优点，但S型风力涡轮机周围的气流不对称，因此会产生侧向推力。由于侧向推力和安全极限应力，s型风力发电机的大型化更加困难。风能利用系数也比高速垂直轴或水平轴风力涡轮机低得多，只有0.15左右。风轮大小、重量和成本在相同条件下功率输出低，降低了用于发电的经济性。P148-23，升降机：大流风力涡轮机是水平轴风力涡轮机的主要竞争对手。格式：包括造型、h造型、造型、y造型和菱形。根据刀片结构的形状，可以简单地概括为直刀片和弯曲刀片。h型风力轮和型风力轮应用最广泛。叶片具有翼型截面，在叶片周围流动的空气中产生的合力形成扭矩，因此叶片在近一周内旋转的任何角度产生升力。Darieu风力发电机的最佳速度比水平轴慢，但比s型风车快很多，风能利用系数类似于水平轴风力发电机。P148-24，H型风力发电机结构简单，但离心力使刀片在连接点处产生严重弯曲应力。直叶片由引起气动阻力降低风力涡轮机效率的支撑或电缆支撑。型风力车轮仅使用拉伸叶片，在不承受离心力载荷的情况下，将弯曲应力最小化。材料的张力比弯曲应力更强，因此刀片对于相同的整体强度可以更轻，并且运行速度比直刀片快。但是刀片不方便使用可变螺距方法进行自启动和速度控制。对于高度和直径相同的风轮，转子的扫掠区域比h形转子小。P148-25，3-2风力发电机的主要参数和设计水平，风力发电机的性能和技术规格可以通过几个主要参数反映出来。P148-26，风力发电机直径用d表示，作为风力发电机旋转时的外圆直径。风力发电机直径大小决定了风力发电机扫掠区域的大小和叶片的长度，是影响单位容量大小和单位性价比的主要因素之一。根据贝茨理论，风轮从自然风中获得的功率是表达式，s是风轮的扫掠面积，d是增加的，其扫掠面积与D2成比例增加，获得的风力也相应增加。风力发电机直径和扫掠面积，1 .主要参数，P148-27，风力发电机高度是风力发电机设计需要考虑的重要参数。由于风切变特性，离地面越远，风速越大，风力也越大，大型风力涡轮机的发展趋势越来越大。但是，随着轮毂高度的增加，所需的塔高度也相应增加，塔高度达到一定水平后，在设计、制造、运输和安装方面出现了新的问题，风力发电机成本相应增加。轮毂高度，P148-28，组成波纹管的刀片数，用b表示。选择风力发电机叶片数时，需要考虑风力发电机的性能和载荷、风力发电机和变速器成本、风力发电机气动噪声和景观效果。风力发电机的气动性能和其他影响结构设计的叶片数。风力发电机的风能转换效率取决于风力发电机的功率系数。P148-29，多叶片风向标的最佳尖端速度相对较低，风力发电机速度可能非常慢，因此也称为低速风车。当然，多刀片风力涡轮机在现代风力涡轮机中很少使用，因为其功率系数较低。，现代水平轴风力发电机风力发电系数高于垂直轴风力发电轮。其中，3刀片风力系数最高，最大功率系数约为0.47，其预断速度比约为7。双刀片和单刀片风力发电机的风能转换效率稍低，与最大功率系数相对应的尖端速度比也高于3刀片风力发电机。也就是说，在相同的风速条件下，叶片数越少，风力涡轮机的最佳速度越高，因此单刀片和双刀片风力轮也称为高速风力轮。P148-30，风能起到将风能转换为驱动风力发电机旋转的机械转矩的作用。测量风力发电机扭矩性能的重要参数：扭矩系数：功率系数除以预断速度比率。扭矩系数决定传动系统的主轴和齿轮箱设计。现代并网风电机组希望降低电机设计成本，转矩系数小。刀片数越多，最大转矩系数值越大，相应的刀尖速度比越小，表示启动转矩越大。P148-31，3刀片风力发电机性能更好。目前，水平轴风力涡轮机通常使用2-3刀片风力涡轮机中的3刀片风力涡轮机。安装在我国的大型并网风力涡轮机几乎全部采用3刀片风力涡轮机。叶片数减少会降低风力发电机制造成本，但在选择风力发电机叶片数时，还会出现很多需要综合考虑的不利因素。2叶片风力机的脉动载荷大于3叶片风力轮。此外，如果两个刀片以较高的速度旋转，会产生更多的气动噪声，对环境产生不利影响，车轮速度快的视觉效果也不好。风力发电机逼真度：风力发电机叶片总面积与风力发电机扫掠面积之比，通常用于反映风力发电机的风能转换性能。风轮叶片数多，风轮结实度大，功率系数大，但功率曲线更窄，对预断速比的变化敏感。随着叶片数的减少，风力发电机逼真度下降，最大功率系数相应减少，但是功率曲线也越平坦，对尖端速度比的变化就越不敏感。P148-32，风力发电机叶片尖端速度与风速的比率，是描述风力发电机风力发电机风力发电机特性的重要无量纲量。对于风力发电机速度、尖端速度比、特定风力发电机形式，其功率系数与尖端速度比的关系曲线形状类似于山包。在特定的预断速度比率中，功率系数达到最大值，此时风轮吸收的风力最大，其预断速度比率称为最佳预断速度比率。风力发电机风力发电机的主要设计目标之一是尽可能吸收更多的风能，因此，在低于额定风速的区域，希望风力发电机转速与风速的比率尽可能接近最大功率系数，即风力发电机转速与风速的比率。风速持续变化，要调节风车的速度，使其与风速变化一致。1.5MW风力发电机，直径77米，额定风速为12米/秒，例如P148-33。粗略估计风轮的额定速度。3叶片风力发电机的最佳叶片速度比约为7，风力发电机的额定速度约确定实际风力发电机速度范围，并考虑了所列设备实际速度范围约在11 20r/min之间的许多其他因素。风力发电速度除了影响风能吸收特性外，还影响风力发电机的机械转矩。一旦确定了风力发电机的额定功率和风力发电机直径，风力发电机速度增加，风力发电机扭矩减小，从而降低了驱动系统上的载荷，齿轮箱的增长率也降低了。P148-34，风力发电机组推拔角度：刀片与风力发电机组旋转轴垂直的平面的角度。风力发电机仰角：水平面上风力发电机主轴的角度。由于叶片是长而灵活的身体结构，在旋转过程中，风载荷和离心力载荷导致叶片弯曲，风轮倾斜角和仰角的主要作用是防止叶片在弯曲变形状态下与塔碰撞。风力发电机组推拔角度和风力发电机组仰角角度，P148-35，偏航角度：水平面上风力发电机主轴垂直面与风速元件之间的角度。风力涡轮机在运行过程中测量的风速方向，通过该系统调整风轮的方向，总是正面接触风向，以获得最大的强风吸收率。偏角，P148-36，主要表示吸收和转换风能的性能，即风力发电机的气动性能。功率特性是反映风力发电机基本性能的重要指标，用风力发电机输出功率的风速变化曲线表示。功率曲线直接影响风力发电机的年度发电功率。风力发电机基本性能、与其他风速相对应的理论风力动力曲线、根据贝茨理论计算