風(fēng)力發(fā)電發(fā)展Developmentofwindpower

一、風(fēng)力發(fā)電基本原理basicprinciples風(fēng)能

機(jī)械能

電能

任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述OverviewofwindpowerWindPower風(fēng)機(jī)WindTurbine發(fā)電機(jī)GeneratorMechanicalEnergyElectricEnergyGearboxGeneratorTransformerPowerGridrotorBrakeSystemYawingDriveTowerControlSystemMW級風(fēng)電機(jī)組齒輪箱損壞率較高風(fēng)電機(jī)組常用功率調(diào)節(jié)方式：失速調(diào)節(jié)變槳距調(diào)節(jié)任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組（無齒輪箱）BecauseofHighdamagefrequencyofMegawatt(MW)WTGS'sgearboxDirectdriveWTGS(gearlessWTGS)StallregulationPitchregulationRegulationmode任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分類CatagoriesofWTGS按風(fēng)輪葉片分類：定槳型、變槳型；Rotorblade：fixedpitch,adjustablepitch按風(fēng)輪轉(zhuǎn)速分類：定速型、變速型；Rotorspeed:constantspeed,variablespeed按傳動機(jī)構(gòu)分類：齒輪箱升速型、直驅(qū)型；speed,directdrive按發(fā)電機(jī)分類：異步型、同步型；Generatorcatagories：asynchronousgenerator,synchronousgenerator按并網(wǎng)方式分類：并網(wǎng)型、離網(wǎng)型grid-connected,off-grid2、風(fēng)力發(fā)電發(fā)展Developmentofwindpower2015年全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量63.01GW(gigawatt)，同比上升2.41%。截至2015年底，全球風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到4.33億千瓦(billionkWh)。全球風(fēng)能理事會預(yù)計，到2020年底，全球風(fēng)電裝機(jī)容量將增長近一倍至7.92億千瓦(billionkWh)。風(fēng)電在價格、表現(xiàn)和可靠性方面正在朝向更有競爭力的方向發(fā)展。

任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述GrowthRateNewCapacity2010-2015WorldwodeNewCapacity任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

中國繼續(xù)引領(lǐng)全球風(fēng)電增長，2015年我國新增裝機(jī)容量達(dá)到30.5GW，位列第一；排在第二的美國風(fēng)電延續(xù)了緩慢復(fù)蘇的趨勢，新增裝機(jī)容量達(dá)到8.59GW；德國以6.01GW新增裝機(jī)容量位列全球第三；巴西和印度分別以2.75GW、2.62MW的新增容量位居全球風(fēng)電新增容量第四和第五。WorldwodeNewCapacityTopTenin20151.China2.USA3.Germany4.Brazil5.India6.Canada7.Poland8.France9.UK10.Turkey任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

2015年在全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)回暖的利好驅(qū)動下，風(fēng)電整機(jī)企業(yè)新增裝機(jī)容量得到穩(wěn)定增長，金風(fēng)科技憑借7.8GW的全球新增裝機(jī)，一躍成為當(dāng)年全球最大風(fēng)電整機(jī)制造商，中國本土裝機(jī)占其總裝機(jī)容量的99%。丹麥的維斯塔斯、美國的GE、德國的西門子和西班牙的歌美颯分列二到五位。

GoldwindScience&TechnologyLtdVestasGeneralElectricSiemensGamesa任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

2015年，中國風(fēng)電新增裝機(jī)容量30.5GW，同比上升26.61%，連續(xù)六年位居全球新增裝機(jī)容量首位；累計裝機(jī)容量(cumulativeinstalledcapacity)達(dá)到145.1GW，其中并網(wǎng)容量(intergratedcapaciy)達(dá)到129GW，占全部發(fā)電裝機(jī)容量8.6%。2015年，風(fēng)電發(fā)電量1863億千瓦時(TWh)，占全部發(fā)電量的3.3%。NewCapacityCumulativeCapacityGrowthRate2010-2015DomesticInstalledCapacity任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

3、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展模式developmentpattern陸地風(fēng)力發(fā)電Landwindpower：其方向是低風(fēng)速發(fā)電技術(shù)，主要機(jī)型是2-5兆瓦(megawatt)的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，這種模式關(guān)鍵是向電網(wǎng)輸電。近海風(fēng)力發(fā)電offshorewindpower：主要用于比較淺的近海海域，安裝5兆瓦以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，布置大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電場，這種模式的主要制約因素是風(fēng)力發(fā)電場的規(guī)劃和建設(shè)成本，但是近海風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢是明顯的，即不占用土地，海上風(fēng)力資源較好。任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

4、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展趨勢developmenttrend變槳距調(diào)節(jié)方式迅速取代失速調(diào)節(jié)方式；

variablepitchreplacesstallregulation變速運行方式迅速取代恒速運行方式；

variablespeedreplacesconstantspeed機(jī)組規(guī)模向大型化發(fā)展；

Increasinglylargescaledevelopment直驅(qū)永磁、異步雙饋兩種形式共同發(fā)展。

jointdevelopmentofmagnetiscdirect-driverandasynchronousdoubly-fed任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

三、大型水平軸風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)組成Structure風(fēng)力發(fā)電機(jī)就安裝結(jié)構(gòu)而言，可分為兩種類型：一種是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)horizontal-axiswindturbines(HAWT)，葉片安裝在水平軸上；另一種是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)vertical-axiswindturbines(VAWT)，風(fēng)輪軸是垂直布置的，由葉片帶動垂直軸轉(zhuǎn)動，再去帶動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的增速器step-upgearing、聯(lián)軸器coupling、發(fā)電機(jī)generator、制動器brake等都是安裝在地面上的，整個機(jī)組的安裝、調(diào)試和維修均比水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)要方便一些。但由于一些難以解決的技術(shù)問題，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用受到了很大的限制。下面主要介紹大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

兩大部分組成：氣動機(jī)械部分pneumaticmachinerycomponent、電氣部分electricalcomponent。氣動機(jī)械部分pneumaticmachinery：風(fēng)輪windrotor、低速軸lowspeedshaft、增速齒輪箱gearbox、高速軸highspeedshaft（直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組directdrivenvariablespeedconstantfrequencywindgeneration無增速齒輪箱,nogearbox）

功能Function：驅(qū)動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能Turnthewindenergyintomechanicalenergy電氣部分electricalcomponent：異步發(fā)電機(jī)asynchronousgenerator、電力電子變頻器converter、變壓器transformer、電網(wǎng)powergrid功能Function：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為頻率恒定的電能Turnthemechanicalenergyintoconstantfrequencypower任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由葉輪impeller、調(diào)速或限速裝置speedlimitationdevice、偏航系統(tǒng)yawingdrive、傳動機(jī)構(gòu)transmission、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)powergenerationsystem、塔架tower、控制系統(tǒng)controlsystem等組成。lowspeedshafthighspeedshaftGearboxrotorgeneratorTowergearboxcontrolsystemNacellebrakebrakegeneratorrotorcenterrotorcentertowerconvertergeneratorblade任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)圖輪轂齒輪箱油冷卻器發(fā)電機(jī)變槳驅(qū)動導(dǎo)流罩機(jī)艙低速軸熱交換器控制箱旋轉(zhuǎn)接頭支撐軸承偏航驅(qū)動機(jī)艙座通風(fēng)隔離減震任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

1、葉輪Rotor風(fēng)力發(fā)電機(jī)區(qū)別于其他機(jī)械的最主要特征就是葉輪。由3個葉片和輪轂所組成，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

葉片blades裝在輪轂rotorhub上。葉片采用玻璃纖維glassfiber或高強(qiáng)度復(fù)合材料highstrengthcompositematerial制成。輪轂是葉輪的樞紐，連接葉片根部與主軸spindle（低速軸lowspeedshaft）。所有從葉片傳來的力，都通過輪轂傳遞到傳動系統(tǒng)，再傳到風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動的對象。輪轂也是控制葉片槳距(使葉片作俯仰轉(zhuǎn)動)的所在,要求能承受大的、復(fù)雜的載荷。任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

2、調(diào)速或限速裝置speedregulationorlimitation

在很多情況下，要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)不論風(fēng)速如何變化轉(zhuǎn)速總保持恒定或不超過某一限定值，為此而采用了調(diào)速或限速裝置。當(dāng)風(fēng)速過高時，這些裝置還用來限制功率，并減小作用在葉片上的力。調(diào)速或限速裝置有各種各樣的類型，但從原理上來看大致有三類：一類是使葉輪偏離主風(fēng)向deviatefrommainwinddirection，另一類是利用氣動阻力aerodynamicdrag，第三類是改變?nèi)~片的槳距角pitchangle。任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述3、偏航系統(tǒng)yawsystem

為了讓葉輪能自然地對準(zhǔn)風(fēng)向，通常風(fēng)力發(fā)電機(jī)都會采用調(diào)向裝置，對大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，一般采用的是電動機(jī)驅(qū)動的風(fēng)向跟蹤系統(tǒng)motordrivenwindfollowingsystem。整個偏航系統(tǒng)由電動機(jī)及減速機(jī)構(gòu)、偏航調(diào)節(jié)系統(tǒng)和扭纜保護(hù)裝置等部分組成。偏航調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括風(fēng)向標(biāo)和偏航系統(tǒng)調(diào)節(jié)軟件。風(fēng)向標(biāo)windvane對應(yīng)每一個風(fēng)向都有一個相應(yīng)的脈沖輸出信號pulsesignal，通過偏航系統(tǒng)軟件確定其偏航方向和偏航角度，然后將偏航信號放大amplifyingsignal傳送給電動機(jī)，通過減速機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動風(fēng)力機(jī)平臺，直到對準(zhǔn)風(fēng)向為止。任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述4、傳動系統(tǒng)transmissionsystem風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動系統(tǒng)一般包括低速軸lowspeedshaft、高速軸highspeedshaft、齒輪箱gearbox、聯(lián)軸節(jié)coupling和制動器brake等。但不是每一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)都必須具備所有這些環(huán)節(jié)。有些風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輪轂直接連接到齒輪箱上，不需要低速傳動軸。也有一些風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計成無齒輪箱的，葉輪直接連接到發(fā)電機(jī)。任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述傳動系統(tǒng)將機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)。包括一個齒輪箱、離合器和一個能使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在停止運行時的緊急情況下復(fù)位的剎車系統(tǒng)。

齒輪箱用于增加葉輪轉(zhuǎn)速。從20~50轉(zhuǎn)/分到1000~1500轉(zhuǎn)/分，后者是驅(qū)動大多數(shù)發(fā)電機(jī)所需的轉(zhuǎn)速。

齒輪箱可以是一個簡單的平行軸齒輪箱，其中輸出軸是不同軸的，或者它也可以是較昂貴的一種，允許輸入、輸出軸共線，使結(jié)構(gòu)更緊湊。任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

傳動系統(tǒng)要按輸出功率和最大動態(tài)扭矩載荷來設(shè)計。

由于葉輪功率輸出有波動，一些設(shè)計者試圖通過增加機(jī)械適應(yīng)性和緩沖驅(qū)動來控制動態(tài)載荷，這對大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說是非常重要的，因其動態(tài)載荷很大，而且感應(yīng)發(fā)電機(jī)的緩沖余地比小型風(fēng)力機(jī)的小。任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

5、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)承擔(dān)由機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換任務(wù)。

恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一般來說比較簡單，所采用的發(fā)電機(jī)主要有兩種，即同步發(fā)電機(jī)和鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)。

變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)20世紀(jì)70年代中期以后逐漸發(fā)展起來的一種新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其主要優(yōu)點在于葉輪以變速運行，可以在很寬的風(fēng)速范圍內(nèi)保持近乎恒定的最佳葉尖速比，從而提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運行效率，從風(fēng)中獲取的能量可以比恒速風(fēng)力機(jī)高得多。此外，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上和實用中還有很多的優(yōu)越性。任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

PWM雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電概述

PWM永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)Dir