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风力发电原理-讲座.pdf

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风电发电原理 PrincipleofWindPower 2009-04-30 朱永强 声明：教学资料请匆转载 （一） 风力发电系统的构成 华北电力大学朱永强13910002860 风力发电系统 „风力发电就是将风能转换为机械能 进而将机械能再转换为电能的过程。 华北电力大学朱永强13910002860 风力发电系统 „从外部看，整个风力发电机组看上去只有三个 主要部分：风轮、机舱和塔架。 发电机、传动系统、控制系统 等都集成在机舱内。 机舱除了承担容纳所有机械部 件的功能，还起到承受所有外 力（包括静负载及动负载）的 作用。 机舱底盘和塔架之间有回转 体，使机舱可水平转动。 华北电力大学朱永强13910002860 1叶轮，2轮毂，3变桨距部分，4液压系统，5齿轮箱，6刹车盘， 7发电机，8华北电力大学控制系统，9偏航系统，10朱永强测风系统，11机舱盖，1213910002860塔架 （二） 风力发电机组主要部件 华北电力大学朱永强13910002860 风轮 „风轮是把风能转变为机械能的重要部件，由两 个(或多个)螺旋桨形叶片（或称为桨叶）组成。 „风轮叶片具有比较合理的形状。为了减小阻 力，其断面呈流线型。 „叶片前缘有很好的圆角，尾部有相当尖锐的后 缘，表面光滑，风吹来时能产生向上的合力， 桨叶上产生气动力驱动风轮很快地转动。 华北电力大学朱永强13910002860 风轮 „一般用于发电的风轮都是双叶片或三叶片的高 速风轮。 „这是因为： ‰（1）同样直径，高速风轮的重量轻，因而比低速 风轮便宜； ‰（2）由于转速高，因而需要的增速比小，增速齿 轮箱的重量轻； ‰（3）发电机所需的启动扭矩很低，虽然高速风轮 本身的启动扭矩也低，但足以使发电机转起来发电。 有些低速风轮也被试验用于风力发电。 华北电力大学朱永强13910002860 风轮 „风轮有固定桨距叶片和可变桨距叶片两种。 „有些设计采用特殊调节机构来增加桨距，使静 止的风轮易于启动。 „另外一些固定桨距的高速风力发电机在启动时 作为电动机运行，当达到额定转速时再转换为 发电机。 华北电力大学朱永强13910002860 齿轮箱 „对于容量较大的风电机组，因风轮转速很低，远达 不到发电机发电的要求，往往通过齿轮箱的增速作 用来实现。 „风力发电机组中的齿轮箱也称为增速箱。 „齿轮箱的主要功能就是将风轮在风力作用下所产生 的动力传递给发电机并使其得到相应转速。 „对于大型风力发电机，由于限制其转速，传动装 置的增速比一般为40—50。 „这样，可以降低发电机重量，从而降低成本。 华北电力大学朱永强13910002860 齿轮箱 „有一些采用永磁同步发电机的风力发电系统， 在设计时由风轮直接驱动发电机的转子，省去 齿轮箱，以减轻重量和噪音。 „这种被简称为“直驱式”风电机组。 „风轮的转速和发电机的额定转速比较接近时， 通常可以将发电机的轴直接连到风轮的轮毂。 华北电力大学朱永强13910002860 偏航系统 „只有当风垂直地吹向风轮转动面时，风力机才能 发出最大功率。 „对于水平轴风力机，为了得到最高的风能利用效 率，应使风轮的旋转面经常对准风向。 „因此要有一种装置，使之在风向变化时，保证风 轮跟着转动，自动对准风向。 华北电力大学朱永强13910002860 偏航系统 „为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率， „MW级风电机组通常配有专门的对风装置——偏 航系统。 „对于小容量风力发电机组，往往在风轮的后面装 一个类似风向标的尾舵，实现对风的功能。 ‰MW级风电机组通常配有专门的对风装置——偏航系统。 ‰小容量风力发电机组，往往在风轮后面装个类似风向标 的尾舵，实现对风的功能。 华北电力大学朱永强13910002860 偏航系统 „偏航系统的主要作用有两个： ‰1)与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发 电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能， 提高风力发电机组的发电效率； ‰2)提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安 全运行。 华北电力大学朱永强13910002860 偏航系统 „机组的偏航系统一般分为 ‰被动偏航系统 ‰主动偏航系统（大型机组都采用） „主动偏航采用电力或液压拖动来完成对风动作。 ‰常见的有齿轮驱动和滑动两种形式。 „并网型风力发电机组，通常采用主动偏航的齿轮驱动。 华北电力大学朱永强13910002860 发电机 „发电机的作用，是利用电磁感应现象把由风轮 输出的机械能转变为电能。 „发电机有基本类型： ‰直流发电机（小功率应用过去普遍采用） ‰交流