电气2013级1班研究性创新实验

1、山东科技大学电气与自动化创新型实验名称：风力发电方向综述 学号： 201301100533：eli专业：电气工程及其自动化 2013 级 01 班一、摘要如今，我国经济高速发展，对能源的需求量日益增大，尤其是电力。然而，近些年来，火力发电的劣势已经逐渐被人们所提出。污染大，利用率低，不符合可循环的标准。所以人们在探索新的能源方式，风力发电就是其中很重要的一个途径。风力发电的原理是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度，来促使发电机发电。风力发电技术是一种利用风能驱动风机桨叶进而带动发电机组发电的能源技术。由于风能储量丰富，用之不竭无污染等特点，被各国广泛重视，纷纷投入大量的人力物力

2、财力来发展风力发电技术。目前风电发展正在不断其预期的发展速度而发展，并一直保持着世界增长最快能源的地位。二、风力发电的优势1、风能是可再生能源，取之不尽用之不竭，找一个风力风向好的地方要比找一个油田或者煤矿简单的多。风力发电就是用风来发电，利用风力发电有利于可持续发展，不消耗像煤、石油或天然气之类的不可再生资源。2、不污染环境。在目前的规模发电方式中，如火电、核电和水电中，火电造成的环境污染大家有目共睹，2015 年最后两个月京津冀的雾霾让人触目惊心。风力发电和水力发电类似，是最洁净、 污染最少和对最小的能源形势。使用风力发电，不排放任何有害气体和废弃物，对人类和环境的危害都能降到最低。3、占

3、用土地少。风电场可以建在荒岛上，沙漠中，甚至建在沿海的浅海中，能减少对耕地的占用。很多高速公路周围，都可以看到各种风力发电机，比如在荣威高速平度一带，就有很多的发电机。即使是建在可耕地上，只要设计合理，也不影响耕作。4、造价较低。从已经建设风电场积累的相关数据看，建造风力发电场的费用比火力发电厂、建造水力发电厂或者核电站的建造费用低。5、风电场的管理比较简单。随着计算机技术的快速发展，其应用到风力发电技术中，同时加上风力发电机的不断革新，使风力发电机的自动化程度得到极大提高，使风力电场的围护变得简单。6、风电场的建设周期短。比如，可以再一年内建成一个十万千瓦级的风电场。按照有关的经验、软件、或

4、者经选定风电场的地址后，修好路，定好设备，就可安装风力发电设备。三、我国风力发电的发展现状1、发展迅速，规模不断扩大我国的风力发电开始于上世纪 50 年代后期，在部分省建立了部分小型风力发电场，但后来就处于停滞状态。随后，到了 70年代中后期，我国部分地区对风力发电的进行、试点和推广，相比以前提高了重视与支持程度，但风电设备都是独立运行的。从 2003 年以来，我国风电装机容量年均增长率达到 70%以上。到 2009 年底，风电建设总容量为 2268万千瓦，已并网运行容量为 1767 万千瓦，总吊装容量达到 2412 万千瓦。中国2010 年风力发电新增装机超过 2000 万千瓦，截至 201

5、0 年底，累计装机容量超过 4500 万千瓦，首次超过，跃居世界第一。2、研发力度不断加大，成果显著为了极大地发挥风力发电的优势，降低投资成本取得较大的收益，提高单机装机功率，将风力发电机组大型化，是所有风力发电研发、设计以及制造商的一致追求。近几年来，我国加大对风力发电的研发程度，新型大型风机不断出现，并得到迅速推广。现代风力发电机在不断增加其塔高，改变其翼型，改善其运行特性。此外，现代微机控制技术、电子电力技术、并网技术和储能技术的不断提高，使得风力发电机组系统越来越实用。3、水平逐渐提高受国际风电开发趋势的推动，中国风机制造商开始电气（Shanghai进入大型风机设备竞争行列。华锐风电、

6、金风科技、湘电Electric Group）和明阳风电（Ming2010 年 10 月 12 日，华锐风电科技）都在开发 5MW 或者更大功率的风机。正式宣布，由其研发、并拥有全球知识产权的 5 兆瓦风电机组正式出产，这是我国首台 5 兆瓦风电机组。与此同时，6 兆瓦风电机组的研发工作发展顺利，于 2011 年上半年出产。4、，到 2020重视风力发电绿色和平组织和欧洲风能很早就年世界风力发电将达到世界电力总需求量的 12%，我国电力发展“十一五”发展纲要中也，中国的风力发电将占世界风力发电总量的 14%。随着国家对能源需求和环保要求力度的不断加大，风力发电的优势和经济性、实用性等优点也必将显

7、现出来，将更加重视风力发电的投入。力发电的探讨1、风力发电设计制造技术风力发电设计制造技术中，风电机组设备以及零部件设计制造技术比较关键。风电机组研发着重在风电机组总体设计以及仿真软件试验系统方面的。风电机组零部件的设计主要集中在叶轮的设计，而叶轮的关键则是叶片。叶片的形状和大小要符合流体力学特性并根据强度计算后得到的结构设计制作。已开展了先进翼型族的设计、实验与应用的。在翼型设计技术，数值模拟技术，风洞实验技术，数据库建立，翼型数据三维修正及在叶片设计中的应用都取得了较好的效果。但是，叶片制造过程中的智能化加工技术水平还有待于进一步提高。2、风力发电储存技术在风力发电系统中，还有一个问题就是

8、将富裕的风能储存起来，以满足用电时需求，应用蓄能技术是解决风能负荷峰谷比问题的一个非常有效的措施，同时还可以减少转换过程中的能量损失。目前，经济可行的风能储存技术的在国内外理论界、工程界得到了越来越广泛的重视。比较常用的风能储存方式有以下几种：第一，新型电池储能技术；第二，水利蓄能技术；第三，压缩空气蓄能技术；第四，飞轮蓄能技术；第五，氢能技术等。3、海上风电场技术由于海上风电场技术逐渐成熟，全球海上风电装机容量已经非常大了，这可以促进了单机容量的特大型兆瓦级风力机的研发。对于水深大于 50m 的海域，风速稳定、风切变小，具有风力发电的独特优势，海域风力发电装备可以采用比较先进的浮式基础，但浮

9、式风机基础目前还处于前期阶段，因此适用于海上风力发电的浮式基础结构，对海上风力发电的具有极为重要的意义。4、风力发电并网技术采用风力发电机与电网连接，由电网输送电能的方式，是克服风的随机性而带来的蓄能问题的最稳妥易行的运行方式，同时可以达到节约矿物的目的。一般情况下，10kw 以上直至 Mw 级的风力发电机组皆可采用这种方式。并网运行又可分为两种不同的方式：恒速恒频方式和变速恒频方式。由于风电机组容量的提高和风电场的集中接入，大规模风电并网的得到了学者的普遍重视。大规模风电接入对电网的影响主要的点有四个，分别为对调风调频的影响、对无功功率和电压水平的影响、对稳定性的影响、对电能质量的影响。 通

10、过分析总结这些影响，提出减小风响和提高风电控制的措施。五、风力发电中提高效率的方法（1） 优化风力发电机的结构和位置水平轴风力发电机设计理论表明，在一定的风力机转速与风速的比值下，风力发电机的风轮对风能的转换效率最高。对于常用的转速不变的恒转速风力发电机而言，在风速变化时就无法保持最佳的风力机转速与风速的比值，因而其风能转换效率就不能经常保持在最佳值。但恒转速风力发电机可以输出恒定频率的交流电，便于与电网连接。随后研制的变转速风力发电机可以在不同风速下均保持最佳的转速与风速的比值，因而风能转换效率高，一般 转速风力发电机可增加约 10%的发电量。但其输出电流的频率不稳定，必须通过增设的变频装置

11、才能实现输出恒频的交流电以便与电网连接。现在单机功率超过 1 MW 的大型风力发电机组大多采用变转速运行方式。风力发电机组中的塔架将风轮和机舱置于空中以获得的风能。塔架有两种主，一种为由钢板制成的锥形筒状塔架，另一种为由角钢制成的桁架式塔架，两者均设有梯子和安全索以便于维修进入机舱。大中型风力发电机组均配有由微机和控制软件组成的控制系统，可以对机组的启动、停机、调速、故障保护进行自动控制，可以对机组的运行参数和工作状况自动显示和，以确保机组的安全经济运行。风力发电机组根据其运行方式可分为离网型风力发电系统和并网型风力发电系统。前者独立运行，主要用于边远农村、牧区、海岛等远离电网的地区，机组功率

12、较小(一般为 5 kw 以下)。在这种系统中，风力交流发电机输出的交流电经整流器整流后输入蓄电池蓄能，再供直流负荷使用。如用户需要交流电，则应在蓄电池与用户之间加装逆变器后再输给用户。在无风期间，可由蓄电池供电。风力发电机组也可和柴油发电机组或光发电系统组成一个互补型的联合发电系统。在风力发电机不能输出足够电力时，另一个系统可提供备用的电力。风力发电机采用并网运行方式指的是将风力发电机组与电网连接并将输出的电力并入电网。对于恒速恒频的常用风力发电机组已普遍采用。对于变速风力发电机组则需增设变频装置等使输出电流达到恒频后再并网运行。（2） 智能控制系统可大大提高风能利用率雪城大学 L.C.工程和

13、计算机学院部分正在进行这方面的工作。目前，他们正在测试自己开发的主动式动智能控制系统。该系统的基本出发点是根据表面测量而估算流过叶片表面风的状况，然后将此信息传递给智能控制器，以便对叶片采取实时调整控制气流和提高风力发电机系统的整体效率。此举还有可能降低因分离而产生的过度噪音和叶片振动。参与的包括南(英译)、曼、迪和，他们完成的初期仿真结果显示，对叶片 1/2 半径以外的外侧板施以气流控制，能在风力发电机额定功率输出相同的情况下，显著地增大风力发电机整体工作范围;或者说，在相同的工作范围，可适当地提高风力发电机的额定输出功率。认为，在采用气流控制后，风力发电机的工作范围可以有效地提高80%，额

14、定功率输出不变;或者将额定输出功率增加 20%，工作范围保持不变。他们表示，最佳的气流控制部位为叶片外侧板超出半径一半的位置。借助雪城大学新落成的无回声风洞设施，同时还在分析和了解特定的叶片形状，以决定在气流极其不稳定的环境下，不同形状的叶片在受到适当气流控制时，其所具有的升力和阻力特性。此外，还将利用无回声风洞来评估和测量气流控制对风力发电机噪声频谱的影响。能源部支持的明尼苏达大学风能专门从事与风能相关的，雪城大学的主动动智能控制系统属于整体工作的组成部为机械和航空工程教授的表示，很高兴能参与明尼苏达大学牵头的具有世界水平的风能，这是将在气流智能控制系统方面的专业知识用于可再生能源领域的极好

15、机会。（3）风机正确使用润滑油风机有几个主要的润滑部位，包括主变速箱、变桨和偏航变速箱，制动控制和变浆控制，变桨、偏航和主轴承以及发电机轴承等，在这些润滑部位当中，最最关键的要属主变速箱。带动发电机运转的主变速箱可以说是齿轮传动型风机的心脏。由于对整个系统的正常，主变速箱的设计和制造通常都非常先进，也因此往往造价不菲;而一旦发生故障，更换主变速箱要付出更高昂的代价。举例来说，如果要为一个功率为 1.5 兆瓦涡轮机更换主变速箱，把新变速箱的费用、起重设备租用、停工造成的收入损失以及人工费等各项成本都合算进去，总花费将超过 25 万。六、结语随着科技的进步，人类对风能的认识不断深化，风力发电具有极大的潜力可以部分满足剧增的全球能源需求。风电是目前成本最接近常规电力、发展前景最大的可再生能源发电品种，受到世界各国的重视。风力发电在我国有着广阔的发展前景，风能的利用必将为我国的环保事业、能源结构的调整及对减少进口能源的依赖等方面做出巨大贡献。同时，我国新能源的利用率非常低。作为的学生更应该学好此类知识，为新能源的发展贡献出自己的一份力量。七、参考文献1国家高技术发展计划(十一五863 计划)先进能源技术中国先进能源技术发展概论M.第 1 版.：中国，2010.101-129.2郭新生.风能利用技术M.第 1 版,2007.62,14