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前言
第1章绪论1
1 1风能利用及风力发电历史2
1 2中国风能资源与开发前景4
1 2 1风能特点4
1 2 2我国风能资源分布特点及
开发前景5
1 2 3风电发展概况7
1 3风力发电技术现状与发展8
1 3 1风力发电机组的类型8
1 3 2大型水平轴并网风电机组的
基本结构10
1 3 3风力发电技术的发展状况11
1 4风电机组相关设计标准14
1 4 1国际电工委员会标准14
1 4 2国外主要风电标准15
1 4 3中国主要风电标准16
思考题17
第2章风能及其转换原理18
2 1风的种类及其特性18
2 1 1风的形成及其基本特性18
2 1 2全球性的风21
2 1 3地方性的风22
2 1 4平均风23
2 1 5脉动风27
2 1 6极端风29
2 1 7地形地貌对风的影响31
2 2风的测量与估计32
2 2 1风向的测量33
2 2 2风速的测量33
2 2 3风能估计34
2 3风能资源评估及风电场选址概述37
2 3 1风能资源评估38
2 3 2风电场选址38
2 4风能转换基本原理40
2 4 1叶片上的气动力40
2 4 2风能转换基础理论42
2 5风力机的特性46
2 5 1风轮空气动力特性46
2 5 2风力机的运行特性47
2 5 3实度对风力机特性的影响48
思考题50
第3章风力发电机组的结构51
3 1水平轴风电机组概述51
3 1 1风电机组的基本结构、性能
和类型51
3 1 2风电机组主要参数56
3 1 3风电机组设计级别60
3 2风轮61
3 2 1叶片61
3 2 2轮毂66
3 2 3变桨机构67
3 3风电机组传动系统69
3 3 1风轮主轴69
3 3 2增速齿轮箱71
3 3 3轴的连接与制动79
3 4机舱、主机架与偏航系统80
3 4 1机舱80
3 4 2主机架80
3 4 3偏航系统81
3 5塔架与基础84
3 5 1塔架84
3 5 2陆上风电机组的基础88
3 5 3海上风电机组的基础90
3 6风电机组其他部件91
思考题91
第4章风力发电机92
4 1发电机的工作原理92
4 1 1发电机的基本类型92
4 1 2直流发电机的基本工作原理94
4 1 3同步交流发电机的基本工作
原理95
4 1 4异步交流发电机的基本工作
原理97
4 2风力发电系统中的发电机98
4 2 1并网风电机组使用的发电机99
4 2 2离网风电机组使用的发电机100
4 3并网风力发电机101
4 3 1同步发电机101
4 3 2异步发电机103
4 3 3双馈异步发电机104
4 3 4直驱型发电机107
思考题110
第5章风力发电机组的控制及安全
保护111
5 1风力发电机组的控制技术111
5 1 1风力发电机组的基本控制
要求111
5 1 2风力发电机组的控制系统
结构114
5 1 3风力发电机组的运行控制
过程115
5 2风力机控制117
5 2 1风力机控制的空气动力学
原理117
5 2 2定桨距风力机控制118
5 2 3变桨距风力机控制119
5 2 4功率控制121
5 3发电机控制123
5 3 1风力发电机控制要求123
5 3 2异步风力发电机控制124
5 3 3双馈式发电机控制129
5 3 4直驱式发电机控制132
5 4风力发电机组信号检测135
5 4 1风速及风向信号检测135
5 4 2转速信号检测135
5 5控制系统的执行机构136
5 5 1制动保护系统137
5 5 2变桨距执行系统137
5 5 3偏航系统139
5 6风电机组的安全保护140
5 6 1风电机组安全保护系统设计140
5 6 2风电机组安全链系统141
5 6 3风力发电机组防雷保护142
思考题143
第6章垂直轴风力发电机组145
6 1垂直轴风力发电机组及其发展
概况145
6 1 1垂直轴风力发电机组的发展
概况145
6 1 2垂直轴风力机的类型146
6 1 3垂直轴风力机的主要特点148
6 2垂直轴风力机基本原理149
6 2 1阻力型垂直轴风力机149
6 2 2升力型垂直轴风力机151
6 3水平轴与垂直轴风力机的对比152
思考题153
第7章离网风力发电系统154
7 1离网风力发电机组的应用154
7 1 1向大用户直接供电154
7 1 2向农户、村落、农牧场供电155
7 2微、小型风力发电机组结构156
7 2 1叶片与风轮157
7 2 2调速装置157
7 2 3调向装置158
7 2 4发电机159
7 2 5塔架160
7 2 6蓄电池160
7 2 7控制器和逆变器160
7 3互补发电系统160
7 3 1风 光互补发电系统160
7 3 2风力发电机与蓄电池系统162
7 3 3风力 柴油互补发电系统164
7 4储能装置166
7 4 1蓄电池166
7 4 2抽水蓄能170
7 4 3飞轮储能170
7 4 4超导储能171
7 4 5其他储能方式171
思考题171
附录风力发电名词术语汉英对照172
参考文献1782100433B
风力发电是一种最具规模开发潜力的清洁可再生能源利用方式,作为风能与动力工程专业系列教材之一,编写本书的目的是使学生掌握风力发电的基本原理,了解主流风力发电机组设备。 全书供分7章,内容主要包括风力发电技术的基本概况、风能资源与转换原理、风力发电机组设备与结构、风力发电机组检测与控制等内容。对离网风力发电系统及储能技术也做了简要介绍。 由于风力发电技术涉及多学科内容,为适应不同专业知识背景的读者,本书力求理论联系实际,内容通俗易懂,也可供从事风力发电领域相关工作的工程技术人员参考。
采用调速系统和变桨距调节技术相结合的变速恒频风力发电系统,主要优点是风轮可以变速度运行。
简单地说,通过叶片,将空气的水平势能转化为旋转的势能,直接或通过变速箱拖动发电机旋转切割磁力线产生电动势发电。其他资料百度下“风力发电”百科,非常详细:http://baike.baidu.com/v...
风速达到超音速就可以,例如在重返大气层的时候。
风力发电原理题库
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风力发电原理及其新技术应用
风力发电原理及其新技术应用
把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,这就是风力发电。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提升,来促使发电机发电。依据风车技术,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。
风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和塔筒三部分。(大型风力发电站基本上没有尾舵,一般只有小型(包括家用型)才会拥有尾舵)
风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由若干只叶片组成。当风吹向浆叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。(还有一些垂直风轮,s型旋转叶片等,其作用也与常规螺旋桨型叶片相同)
由于风轮的转速比较低,而且风力的大小和方向经常变化着,这又使转速不稳定;所以,在带动发电机之前,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,再加一个调速机构使转速保持稳定,然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率,还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。
铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高,为的是获得较大的和较均匀的风力,又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况,以及风轮的直径大小而定,一般在6-20米范围内。
发电机的作用,是把由风轮得到的恒定转速,通过升速传递给发电机构均匀运转,因而把机械能转变为电能。
风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;中国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高,但它不是只由一个发电机头组成的,而是一个有一定科技含量的小系统:风力发电机 充电器 数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要,各部分功能为:叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;机头的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生电能。
一般说来,三级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发,风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定,一台55千瓦的风力发电机组,当风速为每秒9.5米时,机组的输出功率为55千瓦;当风速每秒8米时,功率为38千瓦;风速每秒6米时,只有16千瓦;而风速每秒5米时,仅为9.5千瓦。可见风力愈大,经济效益也愈大。
在我国,已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。
我国的风力资源极为丰富,绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上,特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿,平均风速更大;有的地方,一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区,发展风力发电是很有前途的。
风力发电的输出
风力发电机因风量不稳定,故其输出的是13~25V变化的交流电,须经充电器整流,再对蓄电瓶充电,使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源,把电瓶里的化学能转变成交流220V市电,才能保证稳定使用。
通常人们认为,风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定,总想选购大一点的风力发电机,而这是不正确的。风力发电机只是给电瓶充电,而由电瓶把电能贮存起来,人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小,而不仅是机头功率的大小。在内地,小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电,持续不断的小风,会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能,也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用,获得500W甚至1000W乃至更大的功率输出。
使用风力发电机,就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电,其节约的程度是明显的,一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而风力发电机比几年前的性能有很大改进,以前只是在少数边远地区使用,风力发电机接一个15W的灯泡直接用电,一明一暗并会经常损坏灯泡。而由于技术进步,采用先进的充电器、逆变器,风力发电成为有一定科技含量的小系统,并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯;高速公路可用它做夜晚的路标灯;山区的孩子可以在日光灯下晚自习;城市小高层楼顶也可用风力电机,这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机,不但可以防止停电,而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区,风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务,使人们看电视及照明用电与城市同步,也能使自己劳动致富。
风力发电从技术角度可以分为恒速恒频和变速恒频两种类型。
1、恒速恒频技术
当风力发电机与电网并联运行时,要求风力发电机的频率与电网频率保持一致,即恒频。恒速恒频指在风力发电过程中,保持发电机的转速不变,从而得到恒定的频率。采用的恒速恒频发电机存在风能利用率低、需要无功补偿装置、输出功率不可控、叶片特性要求高等不足,成为制约并网风电场容量和规模的严重障碍。
2、变速恒频技术
变速恒频是指在风力发电过程中发电机的转速可随风速变化,通过其他控制方式来得到恒定的频率。
变速恒频发电是2O世纪70年代中后期逐渐发展起来的一种新型风力发电技术,通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位,或变桨距控制,实现转速的调节,可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比,进而实现追求风能最大转换效率;同时又可以采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功率,抑制谐波、减少损耗、提高系统效率,因此可以大大提高风电场并网的稳定性。尽管变速系统与恒速系统相比,风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵,但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大,因而发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。
变速恒频技术因其利用风能充分、控制系统先进、灵活而成为风电技术的主流。在实际利用中,分布式风力发电一般与其他发电形式相互组合,例如风力发电同太阳能发电相组合形成的风光互补发电系统;风力发电同柴油机组发电组合形成的“风油”发电系统;还有三者共同组合成的“风光油”发电系统。
不同地区根据各自不同的特点选择适合自身条件的组合形式,充分利用环境优势发展新型能源。尤其值得关注的是“风光”组合发电系统,使用纯天然、无污染的风能和光能发电,代表着分布式发电技术的未来发展方向。从严格意义上来说,风能也是来自于太阳能,是太阳对地球大气造成影响产生的气流,无论是在时间还是在空间上,二者都有着很强的互补性,太阳能光伏发电技术和风力发电技术在环境适应性上不相上下,都适合建立分布式发电机组,二者组合拥有良好的匹配性,在未来很长一段时间里会成为引领可再生能源开发的趋势潮流。
从风能资源的地域分布上看,越是位置偏远、人烟稀少的地方风能资源就越丰富,而这些地方无论是交通成本还是常规电网供电成本都相当的高,由于人口稀少,用电负荷普遍不高,在这些地区周边发展风力发电,能够充分利用好丰富的风能资源,除供应周边居民用电外,还可以接入大电网支持周边城市的电网供应。
考虑到分布式发电系统的安全性、可靠性、经济性与适用广泛性的要求,需要风力发电机有较宽的工作风速范围 (3—25m/s),在不稳定的自然风况中,能可靠运行并有良好的电能品质,能捕获最大风能以提高发电效率、降低单位功率发电成本。
以上技术在大型风力发电机中得到了较好的解决,例如,为捕获最大风能,大型风力发电机主要通过两个阶段来实现。在额定风速 (14m/s)以下时,通过调节发电机反力距使转速跟随风速变化,在高于额定风速时,通过变桨距系统使系统输出功率稳定。所谓变桨距指安装在轮载上的叶片通过控制改变其 风源WP-5000A风力发电机桨距角的大小,定桨距是指桨叶与轮载的连接是固定的,桨距角固定不变,即当风速变化时,桨叶的迎风角度不能随之变化。
在中小型风力发电机方面,面向分布式发电的高效、可靠、低成本、大功率 (5—50kW) 的并网型变桨距中小型风力发电机,输出功率不会因风速大于额定风速而下降。从分布式电源本身入手提高电能质量。如风源WP-5000A风力发电机,额定功率:5000瓦,最大功率:6500瓦,启动风速:0.2米/秒~0.4米/秒,额定风速:12米/秒,工作风速:1.8米/秒~25米/秒,当风速大于额定风速12米/秒时,其输出功率仍然向上平缓上升,所获风能并没减少,发电效率高,非常符合分布式风能发电的要求。
书号: | 35345 | ISBN: | 978-7-111-35345-4 |
作者: | 徐大平 | 印次: | 1-1 |
责编: | 王雅新 | 开本: | 16 |
字数: | 285千字 | 定价: | 25.0 |
所属丛书: | |||
装订: | 平 | 出版日期: | 2011-09-23 |
风力发电是一种最具规模开发潜力的清洁可再生能源利用方式,作为风能与动力工程专业系列教材之一,编写本书的目的是使学生掌握风力发电的基本原理,了解主流风力发电机组设备。 全书供分7章,内容主要包括风力发电技术的基本概况、风能资源与转换原理、风力发电机组设备与结构、风力发电机组检测与控制等内容。对离网风力发电系统及储能技术也做了简要介绍。 由于风力发电技术涉及多学科内容,为适应不同专业知识背景的读者,本书力求理论联系实际,内容通俗易懂,也可供从事风力发电领域相关工作的工程技术人员参考。
前言
第1章绪论1
1 1风能利用及风力发电历史2
1 2中国风能资源与开发前景4
1 2 1风能特点4
1 2 2我国风能资源分布特点及
开发前景5
1 2 3风电发展概况7
1 3风力发电技术现状与发展8
1 3 1风力发电机组的类型8
1 3 2大型水平轴并网风电机组的
基本结构10
1 3 3风力发电技术的发展状况11
1 4风电机组相关设计标准14
1 4 1国际电工委员会标准14
1 4 2国外主要风电标准15
1 4 3中国主要风电标准16
思考题17
第2章风能及其转换原理18
2 1风的种类及其特性18
2 1 1风的形成及其基本特性18
2 1 2全球性的风21
2 1 3地方性的风22
2 1 4平均风23
2 1 5脉动风27
2 1 6极端风29
2 1 7地形地貌对风的影响31
2 2风的测量与估计32
2 2 1风向的测量33
2 2 2风速的测量33
2 2 3风能估计34
2 3风能资源评估及风电场选址概述37
2 3 1风能资源评估38
2 3 2风电场选址38
2 4风能转换基本原理40
2 4 1叶片上的气动力40
2 4 2风能转换基础理论42
2 5风力机的特性46
2 5 1风轮空气动力特性46
2 5 2风力机的运行特性47
2 5 3实度对风力机特性的影响48
思考题50
第3章风力发电机组的结构51
3 1水平轴风电机组概述51
3 1 1风电机组的基本结构、性能
和类型51
3 1 2风电机组主要参数56
3 1 3风电机组设计级别60
3 2风轮61
3 2 1叶片61
3 2 2轮毂66
3 2 3变桨机构67
3 3风电机组传动系统69
3 3 1风轮主轴69
3 3 2增速齿轮箱71
3 3 3轴的连接与制动79
3 4机舱、主机架与偏航系统80
3 4 1机舱80
3 4 2主机架80
3 4 3偏航系统81
3 5塔架与基础84
3 5 1塔架84
3 5 2陆上风电机组的基础88
3 5 3海上风电机组的基础90
3 6风电机组其他部件91
思考题91
第4章风力发电机92
4 1发电机的工作原理92
4 1 1发电机的基本类型92
4 1 2直流发电机的基本工作原理94
4 1 3同步交流发电机的基本工作
原理95
4 1 4异步交流发电机的基本工作
原理97
4 2风力发电系统中的发电机98
4 2 1并网风电机组使用的发电机99
4 2 2离网风电机组使用的发电机100
4 3并网风力发电机101
4 3 1同步发电机101
4 3 2异步发电机103
4 3 3双馈异步发电机104
4 3 4直驱型发电机107
思考题110
第5章风力发电机组的控制及安全
保护111
5 1风力发电机组的控制技术111
5 1 1风力发电机组的基本控制
要求111
5 1 2风力发电机组的控制系统
结构114
5 1 3风力发电机组的运行控制
过程115
5 2风力机控制117
5 2 1风力机控制的空气动力学
原理117
5 2 2定桨距风力机控制118
5 2 3变桨距风力机控制119
5 2 4功率控制121
5 3发电机控制123
5 3 1风力发电机控制要求123
5 3 2异步风力发电机控制124
5 3 3双馈式发电机控制129
5 3 4直驱式发电机控制132
5 4风力发电机组信号检测135
5 4 1风速及风向信号检测135
5 4 2转速信号检测135
5 5控制系统的执行机构136
5 5 1制动保护系统137
5 5 2变桨距执行系统137
5 5 3偏航系统139
5 6风电机组的安全保护140
5 6 1风电机组安全保护系统设计140
5 6 2风电机组安全链系统141
5 6 3风力发电机组防雷保护142
思考题143
第6章垂直轴风力发电机组145
6 1垂直轴风力发电机组及其发展
概况145
6 1 1垂直轴风力发电机组的发展
概况145
6 1 2垂直轴风力机的类型146
6 1 3垂直轴风力机的主要特点148
6 2垂直轴风力机基本原理149
6 2 1阻力型垂直轴风力机149
6 2 2升力型垂直轴风力机151
6 3水平轴与垂直轴风力机的对比152
思考题153
第7章离网风力发电系统154
7 1离网风力发电机组的应用154
7 1 1向大用户直接供电154
7 1 2向农户、村落、农牧场供电155
7 2微、小型风力发电机组结构156
7 2 1叶片与风轮157
7 2 2调速装置157
7 2 3调向装置158
7 2 4发电机159
7 2 5塔架160
7 2 6蓄电池160
7 2 7控制器和逆变器160
7 3互补发电系统160
7 3 1风 光互补发电系统160
7 3 2风力发电机与蓄电池系统162
7 3 3风力 柴油互补发电系统164
7 4储能装置166
7 4 1蓄电池166
7 4 2抽水蓄能170
7 4 3飞轮储能170
7 4 4超导储能171
7 4 5其他储能方式171
思考题171
附录风力发电名词术语汉英对照172
参考文献178