《风电控制技术及应用》课件-1.风力发电技术概述

风力发电技术分布式发电与智能微电网技术分布式发电 与 智能 微电网 技术光伏发电风力发电分布式电源的界定，是位于用户附近，所发电能就地利用，以10千伏及以下电压等级接入电网，且单个并网点总装机容量不超过6兆瓦的发电项目。包括太阳能、天然气、生物质能、风能、地热能、海洋能、资源综合利用发电等类型微电网，简单来说，是一种小型、模块化的电力系统。它由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。分布式发电能源亦称能量资源或能源资源，

是指可产生各种能量（

如热量、电能、光能和机械能等）

或可做功的物质的统称，

是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源；按照一次能源能否再生而循环使用可分为可再生能源和非再生能源可再生能源：

不会随本身转化或人类的利用而减少的能源。非可再生能源：

随着人类的利用而逐渐减少的能源。有哪些可再生能源？分布式发电按照一次能源来源的不同，

可分为来自地球以外天体的能源、来自地球内部的能源和地球与其他天体相互作用产生的能源等三类天体外：

太阳能及其作为太阳能固化形式的煤、石油、天然气和生物质能；

作为太阳能转化形式的风能、水能、海水温差能。地球内部：

地下热水、地下蒸汽、岩浆等地热能及核能。天气间相互作用：

潮汐能按照能源性质可分为燃料型能源和非燃料型能源燃料型能源：

煤炭、石油、天然气、泥炭、木材；非燃料型能源：

水能、风能、地热能、海洋能。为什么说风能是太阳能的转化形式？哪些燃料型能源是可再生能源？分布式发电为什么要利用新能源？化石能源污染严重、资源有限。新能源是近几十年来人类采用新技术开发的可再生能源。新能源的开发和利用将从根本上解决能源问题。新能源发电技术包括太阳能光伏发电技术、太阳能热发电技术、风力发电技术、核能发电技术、生物质能发电技术、地热发电技术等等。分布式发电双碳目标：

碳达峰、碳中和2020年9月22日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出，中国将提高国家自主贡献力度，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。碳达峰是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低。碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，然后通过植物造树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。碳达峰、碳中和是什么？分布式发电二氧化碳的排放将导致全球气候变暖气候变暖问题引发多种自然灾害，到达临界点后不可逆转全球气候变暖造成的自然灾害已经日益频繁和恶劣。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发表《全球升温1.5℃特别报告》。风力发电技术专业拓展课程，共24课时，对应风电场安装调试员、风电运行值班员、风电检修值班员等工种；考核方式：

平时成绩（

出勤＋作业）

40%、期中考试20%、期末考试40%1风力发电什么是风力发电？风力发电风力发电就是利用风力发电设备把风能转化成电能，以满足用户的电力需求。叶轮吸收风能转化为机械能发电机将机械能转化为电能风能机械能电能风力发电风电机组如何完成能量转换？变压器升压后输送至电网风力发电现代风力发电机采用空气动力学原理，就像飞机的机翼一样。风并非"推"动风轮叶片，而是吹过叶片形成叶片正反面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转并不断横切风流。风力发电机的风轮并不能提取风的所有功率。理论上风电机能够提取的最大功率，是风的功率

的59.6%。大多数风电机只能提取风的功率的40%或者更少。如果你把滑翔机的机翼一切两半，你可以看见截面上面是曲线的，而下面几乎是直线的当机翼在空中移动时，通过曲线面的气流速度要明显快于下表面的气流速度，因此机翼下方的气压大于上方的气压，由此形成的压力差将滑翔机升起！风力发电2风与风能风的产生风是如何产生的？米勒正站在两个温度不同的房间的门口，你能看出来哪个房间的温度更高吗？看看烛火，它在朝哪个方向偏？当热空气进入温度低的房间，气流上升，在门口形成了风风的产生热空气较轻，因此上升，这就把低处的空间留给了冷空气，所以在门口低处，气流又从温度低的房间进入温度高的房间风的产生由于两个屋子之间有温度差，风就一直在吹。壁炉里的火加热了空气。热空气流动到温度低的房间的顶部，最终通过窗户释放到外界。太阳不断地加热着地球，壁炉就扮演着太阳的角色风的产生1)当太阳光照射到地球表面时，地球被加热，而陆地和海洋的吸收热量的速度是不同的，陆地吸收热的速度比海洋快的多。风的产生2)陆地上方的空气加热速度要比海洋上更快，陆地上的热空气上升到一定高度后冷却。风的产生3)这些冷空气逐渐向海洋上方移动，在这里下沉并被向陆地方向挤压，空气向陆地的流动就是我们所说的风。因此，说明太阳是风形成的原因所在！风的产生风的产生风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。风的形成是空气流动的结果，空气流动形成的动能称为风能。空气的流动是由于不同区域空气的密度或者气压不同引起。大气压差是风产生的根本原因。改变空气密度主要方法加热或冷却外力作用风的类型风受到大气环流、地形、水域的影响，表现形式多种多样，如季风、地方性海陆风、山谷风、台风等。季风：在大陆和海洋之间大范围盛行的、风向随季节变化显著的风系，和风带一样同属于行星尺度的大气环流系统。台风：是发生在热带海洋上强烈的气旋，一边绕自己的中心急速旋转，一边随周围大气向前移动。海陆风海陆风是因海洋和陆地受热不均而在海岸附近形成的一种每日变化的风系。在基本气流微弱时，白天风从海洋吹响陆地（海风），夜晚风从陆地吹响海洋（陆风）。海陆风当太阳光照射到地球表面时，地球被加热，而陆地和海洋的吸收热量的速度是不同的，陆地吸收热的速度比海洋快的多。

陆地上方的空气加热速度要比海洋上更快，陆地上的热空气上升到一定高度后冷却。日间海风海陆风到了夜晚，地球不被太阳照射开始放热，而陆地和海洋的释放热量的速度是不同的，陆地释放热的速度比海洋快的多。

陆地上方的空气冷却速度要比海洋上更快，海上的热空气上升到一定高度后冷却。夜间陆风山谷风白天从山谷吹向山峰的风叫谷风山谷风夜间自山坡吹向山谷的风叫山风风力等级风向与风速风是一种矢量，通常用风向与风速两个要素表示。风向是指风吹来的方向，如果风是从北方吹来就称为北风。风速是表示风移动的速度，即单位时间内空气流动所经过的距离。显然风向和风速这两个参数都是在变化的。风向与风速风速

风在单位时间内所流过的距离称为风速V，单位m/s。在某一瞬间测得的风速叫瞬时风速。在某一段时间内，瞬时风速的算术平均值，称作平均风速。在一定时间内，相同风速出现的时数占测量总时数的百分比，称作风速频率；在求得平均风速的限定时间内，最大风速与最小风速之差，称为风速变幅。可使风力机起动运行的风速是起动风速；限制风力机超速运行的上限风速称为切出风速。国内通常取3m/s为起动风速，20m/s为切除风速，故把3~20m/s的风速称为有效风速。及此算出来的风速频率和风能分别称为有效风频和有效风能。风的特性脉动风速：某时刻t，空间某点上的瞬时风速与平均风速的差值。在陆地上观测风向用16个方位（海上用32个方位）风的特性风玫瑰图——一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。最常见的风玫瑰图是一个圆，圆上引出16条放射线，它们代表16个不同的方向，每条直线的长度与这个方向的风的频度成正比。是反映风能资源的特性。根据风能玫瑰图（能量密度玫瑰图）即可以看出哪个方向的风具有能量的优势。风的特性受到地表面植被、建筑物等的摩擦影响，越靠近地表面，风变得越弱。风廓线wind

profile：一定的地面粗糙长度下，风速随距地面高度的变化称为风廓线。风的特性因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能称风能。空气流速越高，动能越大。1秒钟通过面积为A的空气所具有的动能，称之为风所具有的功率。1秒钟通过1m2面积的空气所具有的动能，称之为风能密度，是评价风能资源的重要参数。风的特性因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能称风能。空气流速越高，动能越大。1秒钟通过面积为A的空气所具有的动能，称之为风所具有的功率。1秒钟通过1m2面积的空气所具有的动能，称之为风能密度，是评价风能资源的重要参数。5m/s——75W/m2；10m/s——600W/m2，15m/s——2025W/m2，20m/s——4800W/m2风的特性2 2 2E

1mv2

1

Avtv2

1

Atv3t 2W

E

1

A

v3E 1 3A

t

2

vw

已知某风场的平均风速为10m/s，预期在此风场建设10台2MW的风机，请问该风机的叶轮直径要达到多少米？风的特性主要考虑有效风能密度的大小和全年有效累积小时数。风能丰富区（

“Ⅰ”区）：年平均有效风能密度大于200W/m2、

3～20m／s风速的年累积小时数大于5000h；风能较丰富区（

“Ⅱ”区）：年平均有效风能密度150～200W/m2、3～20m／s风速的年累积小时数在4000～5000h；风能可利用区（“Ⅲ”区）：年平均有效风能密度50～150W／m2

、3～20m／s风速的年累积小时数在2000～4000h；风能贫乏区（“

Ⅳ”区）：年平均有效风能密度50W／m2以下、3～20m／s风速的年累积小时数在2000h以下。风能资源特点风能丰富区东南沿海、山东半岛、辽东半岛内蒙古、甘肃北部地区松花江下游区风能较丰富区东南沿海内陆和渤海沿海区三北的北部区青藏高原风能可利用区两广沿海区大小兴安岭地区中部地区风能贫乏区川云贵和南岭山地区雅鲁藏布江和昌都区塔里木盆地西部区风能资源特点3风能发展史风能的发展人类很早就使用风能了，主要是通过风车来抽水、碾米、磨面以及船舶的助航等。中国、伊拉克、埃及都是较早利用风能的国家。风能的发展受社会生产力低的影响，直到19世纪，风能的利用一直占有比较重要的地位。蒸汽机的发明与广泛应用，逐渐弱化了风车的作用。风能的发展风是一种潜力很大的新能源，目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。随着传统能源的日益紧缺，生活环境的不断恶化，人类不得不重视利用风力来发电，开发新能源。利用风力发电的尝试，始于二十世纪之初。第一次世界大战后，丹麦的工程师们根据飞机螺旋桨的原理，就制造出了小型风力发电机组。之后、瑞典、苏联和美国也相继成功地研制了一些小型风力发电装置。这些小型风力发电机，容量大都在5千瓦以下，广泛使用于多风的海岛和偏僻的乡村。中国利用风能发电，始于二十世纪七十年代。当时以微小型风力发电机组为主，单机容量在50～500W不等，主要用于满足内蒙、青海等省区牧民的汲水、照明需求。直到二十世纪八十年代，才开始研制“中、大型”风力发电机组。4风机的分类容量分类小型风力发电机是指发电机容量为0.1~1kW的风力发电机。中型风力发电机是指发电机容量为1~100kW的风力发电机。大型风力发电机是指发电机容量为100~1000kW的风力发电机。兆瓦级风力发电机是指发电机容量为1000kW以上的风力发电机。风轮轴分类直，旋转1.垂直旋转轴2.水平旋转轴轴风力发电机组与叶片平行，一般与地面吹垂轴风力发电机组与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴轴处于垂直的风力发电机。处于水平的风力发电机。风轮轴分类能量，不需要调向机构地面，结构简单，维护方便。1.垂优点可以齿轮缺点最大要在大型直轴风力发电机组：吸收来自任意方向风的箱和发电机可以安装在：功率系数较低相对较低的尖速比下运垂直轴风力机的气弹性行问题和机械振动问题也较为复杂。平轴风力发电机组：功率系数较高高的的尖速比下运行叶片失速或变桨矩可控：调向机构箱和发电机安装在位于风轮轴分类2.水优点