垂直轴风力发电机组的应用-职业学院毕业论文.docx

天津轻工职业技术学院毕业设计（论文）课题名称：垂直轴风力发电机组的应用专业：风力发电及电网设备自动化班级：学号：姓名：指导教师:时间：年月日毕业设计开题报告一、 毕业设计（论文）的选题要求：1、 毕业设计的选题应该符合本专业的培养目标及教学基本要求，体现本专业的基本理论、 基本技能训练内容，注重能力培养，有益于学生综合运用所学的知识和技能分析、解决实际问 题，使学生得到全面的训练2、 课题的选择应体现教学与生产、科研、文化和经济相结合的原则，课题类型可多样化， 尽可能结合生产实际的任务进行，力求真题真做3、 选题的范围和深度应符合学生的实际情况，并尽可能多的反映现代科学技术发展水平 使学生在原有的水平和能力方面有一定的提高4、 课题应难易适度，有明确的任务或研究对象毕业设计学生一人一题二、 本课题设计（论文）的背景及意义随着传统的化石能源的不断减少甚至是面临枯竭，能源危机是我们将要面临的最大挑战， 世界各国都在不断地进行开发新能源的研究，而绿色、环保、可再生的风能正在不断地引起人 类的关注，经过研究验证后发现风力发电是一种具有大规模发展潜力的可再生能源，实在在未 来有可能成为世界重要的代替能源之一。

风力机组是把风能转化为电能的一种有效装置，目前水平轴风力发电机组是世界上应用最 为广泛，同时也是发展技术最为完善的一种风力发电机型，与水平轴风力发电机组相比垂直轴 风力发电机组有着诸多的优越的性能，并越来越被人们重视目录摘要 4第一章绪论 41. 1引言 41.2世界风力发电的发展历史、现状及其趋势 51. 2. 1风力发电的发展历史 51.2.2世界风电发展现状及其趋势 61.2.3风能发电具备以下优势 61.3中国风力发电发展的现状 7第二章垂直轴风力发电机组的基本概况 92.1垂直轴风力发电机组的工作原理及其特点 92. 2垂直轴风力发电机组的组成结构 102. 3垂直轴风力发电机组具有的较多显著的特点 112.4垂直轴风力发电机组的类型 122. 4. 1阻力型垂直轴风力发电机组的原理及应用实例 122. 4.2升力型垂直轴风力发电机组的原理及应用实例 13第三章垂直轴风力机在风力发电中的应用现状 153. 1 H型垂直轴风力发电机 153. 2 D-S组合型垂直轴风力发电机 163.3 <1）型垂直轴风力发电机 173.4垂直轴涡轮风力发电机 173.5应用展望 17结语 19参考文献 20致谢 21摘要随者环境趋向的恶化和能源危机的加深，清洁的可再生能源越来越受到人们的重视，因此各 国纷纷加强对新能源技术的投入，风能因其清洁、可再生、储量丰富、分布广泛等优点越来越受 到世界各国的重视 也越来越多地被应用到风力发电中。

风能等相关技术也随之发展近年来, 随着新能源技术进一步发展和普及，风电机组的小型化、发电系统的独立化已经成为新的发展 方向，并得到了广泛的认可和利用，且装机数量逐年增长但由于现有的、普遍使用的水平 轴风力发电机存在着对风速要求高、噪音大、安装维护复杂、占地面积过大等缺点，并不能 适用于小型风机的开发和使用所以具有调试方便，对叶片要求低，不需迎风装置，运行条件宽松、成本较小等特点的垂 直轴风力发电机组，逐渐成为小型风力发电机的首选，因此研究垂直轴风力发电机组是具有广 泛的現实意义和良好的应用前景关键词：新能源、可再生、风里发电、垂直轴第一章绪论1.1引言能源就是人类用来维持生存活动的能量来源随着社会的发展，人们对能源的需求越来越 大目前，我们常用的能源主要来自化石燃料，但这种资源在地球上的存量是有限的，并正日 渐枯竭因此，我们有需要开发其他种类的能源，包括可再生能源等风能是地球表面大量空气流动所产生的动能由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和 空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动， 即形成风风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数风能是清洁的、无污染的 可再生资源，它取之不尽、用之不竭，在能源短缺和环境趋向恶化的今天，风能越来越受到世 界各国的重视，也越来越多地被应用到风力发电中。

1.2世界风力发电的发展历史、现状及其趋势1.2.1风力发电的发展历史随着能源紧缺及化石燃料对环境污染日趋严重，开发新型能源成为各国经济发展的关键， 目前可再生能源有太阳能、风能、地热能等而风能发电是世界上到目前为止历史最为悠久， 技术最为成熟的发电方式，是具有大规模发展潜力的可再生能源，有可能成为重要的替代能源 因此世界各国都竞相发展风电事业，利用风能的步伐不断加快，风力发电规模逐步扩大，风力 发电由小到大、由单机到并网运行快速发展，已经形成一种新兴产业自13世纪起，水平轴风车产业就成为了农村经济结构的主要部分，而利用风力发电的历史 可以追溯到19世纪晚期，世界上第一台用于发电的风力机1891年在丹麦建成，但由于各种原 因未能成为电网中的电源1931年，苏联制造了一台100KW、直径30m的Balaclava（巴拉克拉 法帽）风力机；19世纪50年代早期，英国制造了一台100KW、直径24m的Andrea Enfield（安 德鲁-恩菲）风力机1956年，丹麦建造了一台200KW、直径24m的Gedser（盖瑟）风力机，1963 年法国电力工业试验了一台功率1.1MW、直径35m的风力机。

在德国，Hutter（胡特）于19世纪 50年代和60年代建立了一些新型的风力机直到1973年发生石油危机后，美国、西欧等国 家为寻求替代化石燃料的能源，投入大量经费，研制现代风力发电机组，开创出了风能利用的 新时代美国开始建造一系列示范风力机组，如1975年的功率100KW、直径38m的Mod-0风力 发电机组和1987年的功率2. 5MW、直径97. 5m的Mod-5B风力发电机组目前世界上最大的风 力发电机是德国制造的E-126,高达120m,风轮直径126m,每个叶片长达61.4m,每片重18t, 装机功率达到5MW,见下图1如图1所示图1 E-126型风力发电机1.2.2世界风电发展现状及其趋势上世纪90年代中期开始，世界累计风力发电能力成以平均每年15%的速度增长，2006年起更以每年超过20%的速度增长(见图2,图3)250 000200 000150 000100 00050 00001996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 年份全球每年装机容童—♦—全球累计装机容童图2全球风电累计和新增装机变化趋势年份新增装机/MW增速/%累计装机/MW增速/%200615 24574 052200719 8663093 82027200826 56034120 29128200938 61045158 86432201038 8281197 63724201140 5644237 66920数据来源：GWEC, Globle Wind Report 2011。

图3.全球风电市场增长率(2006-2011年)尽管累计总量还在不断增加，但是风电开始从快速发展向稳步发展转变，新增容量的增速 开始变缓从图1-2中可清晰地看到2006—2009年风电经历了快速增长过程，年均增速在30%〜 40%；从2009年以后，风电的发展速度开始放缓，年均增速迅速降低，全球的风电发展已经进 入到了平稳期，新增的装机容量保持在40GW左右1.2.3风能发电具备以下优势1、 环保：传统火力发电在发电过程中会产生大量的有害气体，如二氧化碳，这些气体会对 环境及人们的身体健康造成威胁，而风力发电过程，是空气对风机叶片做功，能量又转化为电 能，不会产生有害气体，所以，风能是一种洁净的、无污染的环保能源2、 可再生：风能是靠空气的流动而产生的，这种能源依赖于太阳的存在只要太阳存在， 就可不断地、有规律地形成气流，周而复始地产生风能，可永续利用3、 储量丰富：全球风能总量约2. 74 X 109MW,其中可利用的风能为2.7X109MW而且我 过风能资源丰富，居世界第三位4、 分布广泛、就地取材、无需运输：在边远地区如高原、山区、岛屿等地区，由于缺乏煤、 石油和天然气等资源，给生活在这一地区的人民群众带来诸多不便，而且由于地处偏远、交通 不便，即使从外界运输燃料也十分困难。

因此，利用风能发电可就地取材、无需运输，具有很 大的优越性5、 占地面积小：风力发电机组安装分散，占地面积小，大部分土地仍可供农业、林业使用, 基本上不影响风电场周围的环境随着能源危机与环境恶化的日益加剧，风力发电的越显重要1.3中国风力发电发展的现状我国风能资源丰富，根据第三次风能普查结果，我国技术可开发的陆地面积约为24X104km2o考虑到风电场中风力发电机组的实际布置能力，按照5MW/km2计算，陆上技术可开发 量为120X104MW目前我国风能资源开发利用的重点区域有内蒙古自治区、辽宁省、河北省、 吉林省、甘肃省、新疆维吾尔自治区、江苏省等，其中内蒙古自治区技术可开发量约为50X 104MW, 居全国之首如图4所示图4全年平均风能密度分布在国家可再生能源发展规划和风电装备国产化等相关政策的支持下，我过风电产业得到了 快速发展2009年，虽然金融危机引起的全球经济秩序的动荡仍在持续，但风电行业发展势头迅猛， 全球年度市场增长率达45%,最重要的是中国首次超越美国，成为了 2009年新增装机容量全 球第1的国家2009年累计装机容量排名前10位和新增装机前10位的国家如图5和图6 所示。

M(XX)r-l3 w3中国 茏国曲班分槌国 卬度盘人利法国 英国加京人術罰牙儿他图5 2009年全球风电累计装机容量前10名的国家35 0003000025 00030 064JUE中饵 矗国西班牙印度童大利英S・151牙丹麦 Kfe■铃週xifI5UUOO5图6 2009年全球风电新增装机容量前10名的国家2009年中国（不含台湾省）新增风电装机10129台，容量13803. 2MW,年同比增长124%； 累计风电装机21581台，容量25805. 3MW,年同比增长114%台湾省当年新增风电装机37台, 容量77. 9MW；累计装机227台，容量436. 05MW,如图7所示图7历年我国装机储量2011年，在全球性金融危机愈演愈烈的情况下，主权债务危机、欧元区财政失衡、全球经 济整体低迷，风电的发展还是取得了满意的发展结果，累积装机量还是在不断提高，同比增长 20%,当年新增超过40GW,累计装机容量达238GWO从图8、9可知，中国的累计装机总量已经超过美国，成为世界第一，且占比已经超过 全球的四分之一，达到26. 24 %o更能体现中国全球风电领袖地位的是2011年新增风电装机达到17 631MW,全球新增市场占比达到惊人的43.46%,风电发展的速度已经遥遥领先于其他国家。

英国2.86%2011年累计装机占比蔔曲牙1.72%加拿大2.22%西班牙9.12%世界其他13.52%美国19.74%印度6.77%意大利2.75%法国2.83%图8 2011年全球风电累计装机容量前10名的国家中国美国印厦徳国■ 。