风力发电系统的基本原理(DOC)
12页1、风力发电系统的基本原理一、风力发电的基本原理f叶片图1-1风力发电原理图风能具有一定的动能,通过风轮机将风能转化为机械能,拖动发 电机发电。风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋转,再通过增速 器将旋转的速度提高来促使发电机发电的。依据目前的风车技术,大 约3m/s的微风速度便可以开始 发电。风力发电的原理说起来非 常简单,最简单的风力发电机可风向 由叶片和发电机两部分构成如 图1T所示。空气流动的动能作 用在叶轮上,将动能转换成机械 能,从而推动片叶旋转,如果将 叶轮的转轴与发电机的转轴相 连就会带动发电机发出电来。二、风力发电的特点(1)可再生的洁净能源 风力发电是一种可再生的洁净能源,不消耗化石资源也不污染环境,这是火力发电所无法比拟的优点。(2)建设周期短 一个十兆瓦级的风电场建设期不到一年。(3)装机规模灵活可根据资金情况决定一次装机规模,有一台资金就可以安装一台 投产一台。(4)可靠性高把现代高科技应用于风力发电机组使其发电可靠性大大提高, 中、大型风力发电机组可靠性从 80 年代的 50%提高到了 98%,高于火 力发电且机组寿命可达 20 年。(5)造价低从国外建成的风电
2、场看,单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低 于火力发电,和常规能源发电相比具有竞争力。我国由于中大型风力 发电机组全部从国外引进,造价和电价相对比火力发电高,但随着大 中型风力发电机组实现国产化、产业化,在不久的将来风力发电的造 价和电价都将低于火力发电。(6)运行维护简单现代中大型风力发电机的自动化水平很高,完全可以在无人职守 的情况下正常工作,只需定期进行必要的维护,不存在火力发电的大 修问题。(7)实际占地面积小发电机组与监控、变电等建筑仅占火电厂 1%的土地,其余场地 仍可供农、牧、渔使用。(8)发电方式多样化风力发电既可并网运行,也可以和其他能源如柴油发电、太阳能发电、水利发电机组形成互补系统,还可以独立运行,因此对于解决边远地区的用电问题提供了现实可行性。(9)单机容量小#由于风能密度低决定了单台风力发电机组容量不可能很大,与现 在的火力发电机组和核电机组无法相比。另外风况是不稳定的,有时 无风有时又有破坏性的大风,这都是风力发电必须解决的实际问题。三、风力机发电机组分类水平轴风力机水平轴风力发电机组按风力机功率调节方式可分为: 定桨距失速型风力发电机组 变桨距失速型风力发电机
3、组 变速恒频型风力发电机组1)定桨距失速型风力发电机组定桨距失速型风力发电机组通过风轮叶片失速来控制风力发 电机组在大风时的功率输出,通过叶尖扰流器来实现极端情况下的 安全停机问题。2)变桨距失速型风力发电机组变桨距失速型(主动失速型)风力发电机组在低于额定风速时 通过改变桨距角,使其功率输出增加,或保持一定的桨距角运行; 在高于额定风速时通过改变叶片桨距角来控制功率输出,稳定在额 定功率。3)变速恒频型风力发电机组变速恒频型风力发电机组的风轮叶片桨距角可以调节,同时发 电机可以变速,并输出恒频恒压电能。在低于额定风速时,它通过 改变风轮转速和叶片桨距角使风力发电机组在最佳尖速比下运行, 输出最大的功率;在高于额定风速时通过改变叶片桨距角使风力发 电机组功率输出稳定在额定功率。风资源及风轮机概述四、风资源概述(1)风的起源风的形成乃是空气流动的结果。风就是水平运动的空气,空气运 动主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。大 气的流动也像水流一样,是从压力高处往压力低处流,太阳能正是形 成大气压差的原因。由于地球自转轴与围绕太阳的公转轴之间存在 665的夹角,因此对地球上
4、不同地点太阳照射角度是不同的,而 且对同一地点一年中这个角度也是变化的。地球上某处所接受的太阳 辐射能与该地点太阳照射角的正弦成正比。(2)风的参数风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向, 如果风是从东方吹来就称为东风。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。风速是指某一高度连续 10min 所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是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。(3)风能的基本情况 风能的特点风能的特点主要有:能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再 生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源 运输、可和其它能源相互转换等。风能资源的估算风能的大小实际就是气流流过的动能,因此可以推导出气流在单 位时间内垂直流过单位截面积的风能,即风功率为0.5V 3 (1-1)式中 为风能(w);为空气密度(kg/m=);v为风速(m/s)。1-2)由于风速是一个随机性很大的量,必须通过一段时间的观测来了 解它的平均状况,一个地方风能潜力的多少要视该地常年平均风
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