南京工业大学风力发电原理 第八章

1、风力发电原理谭剑锋第八章 离网风力发电系统第七章 垂直轴风力发电机组需要掌握：需要掌握： 离网风力发电机组应用 离网风力发电机组结构 互补发电系统 储能装置一、离网风力发电机一、离网风力发电机 离网型风力发电机组：不连接电网运行的风力发电机组离网型风力发电机组：不连接电网运行的风力发电机组要求：取决于用户，而非电网要求：取决于用户，而非电网缺点：需与蓄能装置或其他电源相连，解决风能不稳定问题缺点：需与蓄能装置或其他电源相连，解决风能不稳定问题一、离网风力发电机一、离网风力发电机 1 1、大用户直接供电、大用户直接供电离网风力发电机主要用途：大用户直接供电、农户、村离网风力发电机主要用途：大用户

2、直接供电、农户、村落、牧场等落、牧场等地域：风能资源丰富地域：风能资源丰富条件：用户对电压、电流稳定性要求不高条件：用户对电压、电流稳定性要求不高补充：电网补充：电网2 2、小用户供电、小用户供电地域：离电网偏远地区，风能资源丰富地域：离电网偏远地区，风能资源丰富条件：对电能要求不高条件：对电能要求不高补充：光电互补，柴油发动机补充：光电互补，柴油发动机我国：我国：70,8070,80年代开发小型风力发电机年代开发小型风力发电机一、离网风力发电机一、离网风力发电机 n直流发电机系统直流发电机系统防止蓄电池组逆向给风力机供电防止蓄电池组逆向给风力机供电蓄电池容量选择至关重要，蓄电池容量选择至关重

3、要，n交流发电机系统交流发电机系统直流负载供电直流负载供电交流负载供电交流负载供电二、小型风力发电机二、小型风力发电机 小型风力发电机基本结构：风轮、对风装置、调向装小型风力发电机基本结构：风轮、对风装置、调向装置、发电机、塔架、制动机构置、发电机、塔架、制动机构n 叶片与风轮叶片与风轮l叶片材料：轻型玻璃钢纤维强化材料叶片材料：轻型玻璃钢纤维强化材料/ /实心玻璃钢实心玻璃钢l叶片形式：平板型、弧板型、流线型叶片形式：平板型、弧板型、流线型l叶片数目：叶片数目：35n 调速装置调速装置大型风力发电机：变桨距大型风力发电机：变桨距/ /发电机发电机小型风力发电机：调速装置，改变风轮迎风面积小型

4、风力发电机：调速装置，改变风轮迎风面积 侧翼装置侧翼装置偏航：偏航力矩偏航：偏航力矩 弹簧力矩弹簧力矩 偏心装置偏心装置偏航：风轮推力矩偏航：风轮推力矩 弹簧力矩弹簧力矩水平式和上下式水平式和上下式二、小型风力发电机二、小型风力发电机 n 对风装置对风装置大型风力发电机：伺服电动机及液压驱动偏航系统大型风力发电机：伺服电动机及液压驱动偏航系统小型风力发电机：尾舵调向小型风力发电机：尾舵调向l尾舵尾舵- -风轮距离：风轮距离：0.81.0Dl尾舵面积：尾舵面积：4%(4%(高速风力发电机高速风力发电机) ) 10%( 10%(低速风力发电机低速风力发电机) )二、小型风力发电机二、小型风力发电机

5、 n 发电机发电机 直流发电机直流发电机 交流发电机交流发电机永磁或自励磁交流发电机永磁或自励磁交流发电机体积小、效率高、电压波形好、过载强、电磁干扰体积小、效率高、电压波形好、过载强、电磁干扰小、寿命长小、寿命长n 塔架塔架n 蓄电池蓄电池n 控制器和逆变器控制器和逆变器二、小型风力发电机二、小型风力发电机 三、互补发电系统三、互补发电系统 风能不稳定，需与其他发电方式互补组成系统风能不稳定，需与其他发电方式互补组成系统1 1、风、风- -光互补发电系统光互补发电系统风力发电风力发电- -光伏发电系统互补光伏发电系统互补风力风力：夜间较好：夜间较好 光伏光伏：白天较好：白天较好主要特点：主要

6、特点：l弥补风力和光伏发电系统不足，提供更加稳定电能弥补风力和光伏发电系统不足，提供更加稳定电能l充分利用地面和高空充分利用地面和高空l公用一套送电设备，减低成本公用一套送电设备，减低成本l共用一套管理人员，提高效率共用一套管理人员，提高效率l系统设计复杂，控制要求高系统设计复杂，控制要求高l维护难度大维护难度大l互补特性地域性差异大互补特性地域性差异大优点优点缺点缺点三、互补发电系统三、互补发电系统 n 太阳能电池组件太阳能电池组件光伏发电基本单元：太阳能电池光伏发电基本单元：太阳能电池基本原理：半导体材料的光生伏特效应基本原理：半导体材料的光生伏特效应主要材料：单晶硅、多晶硅、非晶硅、金属

7、化合物主要材料：单晶硅、多晶硅、非晶硅、金属化合物最小能适用的单元：太阳能电池组件最小能适用的单元：太阳能电池组件太阳能电池的伏太阳能电池的伏- -安特性安特性(U-I(U-I特性特性) )：输出电压与电流之间的：输出电压与电流之间的关系关系 太阳能电池既非恒压电源，非恒流电源太阳能电池既非恒压电源，非恒流电源短路电流开路电压最大功率电流最大功率电压最大功率三、互补发电系统三、互补发电系统 日照降低、电池电流减小，输出功率减小日照降低、电池电流减小，输出功率减小温度升高，电池电压减小，电流变化较小温度升高，电池电压减小，电流变化较小 稳定的太阳能供电需与蓄电装置连接，并配备日光跟踪装置稳定的太

8、阳能供电需与蓄电装置连接，并配备日光跟踪装置2 2、风力发电机蓄电池系统、风力发电机蓄电池系统主要用于负载轻的场合主要用于负载轻的场合n 风力发电机容量选择风力发电机容量选择选择原则：选择原则：l根据用户一年总耗电量选择安装容量根据用户一年总耗电量选择安装容量l根据一年风电日盈亏变化曲线验证合理性根据一年风电日盈亏变化曲线验证合理性l采用风电月均衡法验证安装容量是否满足用户要求，采用风电月均衡法验证安装容量是否满足用户要求，月份风电富裕度应月份风电富裕度应10%10%三、互补发电系统三、互补发电系统 容量选择必须考虑风电输出端到用户端电能传输、容量选择必须考虑风电输出端到用户端电能传输、变换、

9、利用效率变换、利用效率0/wDEEK风电机组最小保证发电量风电机组最小保证发电量用户负荷耗电量用户负荷耗电量用户风电供电百分比用户风电供电百分比传输、变换、利用效率传输、变换、利用效率(0.60.9)(0.60.9)wE0EDKn 蓄电池容量选择蓄电池容量选择作用：稳定供电作用：稳定供电容量选择方法：容量选择方法：l年能量平衡法年能量平衡法l年最长连续年最长连续( (平均平均) )无效风时能量法无效风时能量法l风电盈亏平衡法风电盈亏平衡法l基本负荷用电保障小时法基本负荷用电保障小时法三、互补发电系统三、互补发电系统 年能量平衡法年能量平衡法基本方法：风电机组一年发电量与负荷耗电量之间的电能平衡

10、基本方法：风电机组一年发电量与负荷耗电量之间的电能平衡要要 求：全年发电量求：全年发电量 负荷用电量负荷用电量ECU蓄电池容量蓄电池容量系统最多连续亏点量系统最多连续亏点量蓄电池输出电压蓄电池输出电压CEU 年最长连续年最长连续(平均平均)无效风时能量法无效风时能量法当地风速当地风速 25%25%额定功率额定功率三、互补发电系统三、互补发电系统 n 风力风力-柴油交替运行柴油交替运行交替切换、短暂停电、对电器和发电设备不利交替切换、短暂停电、对电器和发电设备不利三、互补发电系统三、互补发电系统 n 风力风力-柴油柴油-蓄电池联合蓄电池联合起停次数少，但成本高起停次数少，但成本高多台风力发电机组

11、多台风力发电机组三、互补发电系统三、互补发电系统 四、储能装置四、储能装置 机械：飞轮、抽水、压缩空气机械：飞轮、抽水、压缩空气化学：蓄电池、电化学制氢化学：蓄电池、电化学制氢电磁：超导电磁：超导相变：物质相变的潜能，晶体结构变化储能相变：物质相变的潜能，晶体结构变化储能n蓄电池（铅酸蓄电池）蓄电池（铅酸蓄电池）酸性蓄电池和碱性蓄电池，铅酸、锂离子、镍铬、锂聚合酸性蓄电池和碱性蓄电池，铅酸、锂离子、镍铬、锂聚合物等物等放电：放电： 负极：氧化；负极：氧化； 正极：还原正极：还原充电：充电： 负极：还原；负极：还原； 正极：氧化正极：氧化通过测量电解液比重判断蓄电池储电量通过测量电解液比重判断蓄

12、电池储电量充电过程伴随点解水，存在氢化和升温现象充电过程伴随点解水，存在氢化和升温现象工作状态：工作状态：l放电状态、充电状态、浮充状态放电状态、充电状态、浮充状态l浮充状态：蓄电池维持一定化学能储量保持的工作浮充状态：蓄电池维持一定化学能储量保持的工作状态，不损失储能状态，不损失储能避免深度放电避免深度放电避免大电流充电，采用充电电流先大后小方式避免大电流充电，采用充电电流先大后小方式四、储能装置四、储能装置 n 抽水蓄能抽水蓄能效率效率7075%n 飞轮蓄能飞轮蓄能22210.5 ()EJ 安装在风轮前端，需离合器安装在风轮前端，需离合器n 其他储能方式其他储能方式超导储能超导储能电解水电解水四、储能装置四、储能装置 小结小结 l离网风力发电机结构特点离网风力发电机结构特点l调试原理调