风力发电技术

高　空　风　力　发　电　技　术　

李泉洞　滕凯芝　

１北京奇想创新科技中心　北京　１００００７　２北京起重运输机械设计研究院　北京１００００７　

摘要：现有风力发电设备存在高度低，风能利用有限，尺寸庞大，制造、安装困难，风动机转速低，难　以实现对发电机直接驱动的问题。在１　０００　ｍ以上的高空，风功率密度可高达１０　ｋＷ／ｍ　以上。利用高空风力资　源将成为风电技术领域的迫切任务，是满足人类对清洁再生能源需求的重要途径。　关键词：高空风力发电；自升塔架；气球悬挂；系留绳；导流　

中图分类号：ＴＫ８３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—０７８５（２０１１）０２—００４５—０３　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｗｉｎｄ—ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｅｘｉｓｔｓ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｌｉｍｉｔｅｄ　ｗｉｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｌｏｗｅｒ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｈｅｉｇｈｔ，ｄｉｆｉｃｕｌｔ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ’Ｓ　ｅｎｏｉｉｎｏｕｓ　ｄｉｍｅｎ—　ｓｉｏｎ，ｌｏｗ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｒｏｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｆｉｃｕｌｔｙ　ｉｎ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｄｉｒｅｃｔ　ｄｒｉｖｅ．Ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｃａｎ　ｂｅ　ｏｖｃｒ　１０　ｋＷ／ｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｉｒ　ａｔ　ｔｈｅ　ｈｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｏｖｅｒ　１　ｏｏｏ　ｍ．ｓｏ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ａｉｒ　ｗｉｎｄ—ｐｏｗｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｉｓ　ａ　ｕｒｇｅｎｔ　ｔａｓｋ　ｆｏｒ　ｗｉｎｄ—　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ａｎｄ　ｉｓ　ａ　ｃｒｕｃｉａｌ　ｗａｙ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｐｅｏｐｌｅ　ｄｅｍａｎｄ　ｏｎ　ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　ｅｎｅｒｇｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ　ａｉｒ　ｗｉｎｄ—ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｓｅｌｆ－ｌｉｆｔｉｎｇ　ｔｏｗｅｒ；ｂａｌｌｏｏｎ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；ｍｏｏｒｉｎｇ　ｒｏｐｅ；ａｉｒ　ｆｌｏｗ　ｇｕｉｄｉｎｇ　

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风力发电机原理及风力发电技术

作者：曹爱华 江丽萍

来源：《中国化工贸易·下旬刊》2017年第03期

摘 要：能源问题是一个世界性的难题，其直接影响着社会的发展与时代的进步。我国为了环境能源危机问题，加强了对能源结构的调整，进一步开发清洁能源。风能作为一种可再生能源，其具有清洁、高效等一系列优点，因此近年来风力发电技术的发展十分迅速。本文重点介绍了风力发电机以及风力发电技术，以期促进我国风力发电行业的进一步发展。

关键词：新能源；风力发电机；风力发电技术；应用

1 风力发电机及其分类

1.1 风力发电机

风力发电机是根据传统的风车改造而来的，其能够将风能转换为机械能，然后通过发电装置将机械能转变为电能。风力发电机在运作的过程中主要是通过叶片来收集风能，然后再通过增速机对叶轮进行加速，从而实现发电。

1.2 风力发电机分类

1.2.1 按照机组容量划分

按机组容量划分可分为小型机组、中型机组、大型机组和巨型机组。小型机组的机组容量为0.1-1kW；中型机组容量为1-1000kW；大型机组容量为1-10MW；巨型机组容量为10MW以上。

1.2.2 按运行特征和控制方式划分

按风力发电机的运行特征和控制方式划分可以将其分为恒速恒频风力发电系统与变速恒频风力发电系统两种。恒速恒频风力发电系统结构简单、控制方便、可靠性高，但是风能利用率不高。变速恒频风力发电系统转速可调节，从而适应风速变化，最大限度利用分能，提高系统发电率。

1.2.3 风力发电机风轮轴位置分类

风力发电机风轮轴按位置分为垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机，其中，垂直轴风力发电机装机成本相对较低，机组维护检修方便，机组使用寿命长。水平轴风力发电机技术成熟，单机容量大，启动性相对较好。 龙源期刊网

风力发电机原理及风力发电技术

能源问题是一个世界性的难题，其直接影响着社会的发展与时代的进步。我国为了环境能源危机问题，加强了对能源结构的调整，进一步开发清洁能源。风能作为一种可再生能源，其具有清洁、高效等一系列优点，因此近年来风力发电技术的发展十分迅速。本文重点介绍了风力发电机以及风力发电技术，以期促进我国风力发电行业的进一步发展。

标签：新能源；风力发电机；风力发电技术；应用

1 风力发电机及其分类

1.1 风力发电机

风力发电机是根据传统的风车改造而来的，其能够将风能转换为机械能，然后通过发电装置将机械能转变为电能。风力发电机在运作的过程中主要是通过叶片来收集风能，然后再通过增速机对叶轮进行加速，从而实现发电。

1.2 风力发电机分类

1.2.1 按照机组容量划分

按机组容量划分可分为小型机组、中型机组、大型机组和巨型机组。小型机组的机组容量为0.1-1kW；中型机组容量为1-1000kW；大型机组容量为1-10MW；巨型机组容量为10MW以上。

1.2.2 按运行特征和控制方式划分

按风力发电机的运行特征和控制方式划分可以将其分为恒速恒频风力发电系统与变速恒频风力发电系统两种。恒速恒频风力发电系统结构简单、控制方便、可靠性高，但是风能利用率不高。变速恒频风力发电系统转速可调节，从而适应风速变化，最大限度利用分能，提高系统发电率。

1.2.3 风力发电机风轮轴位置分类

风力发电机风轮轴按位置分为垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机，其中，垂直轴风力发电机装机成本相对较低，机组维护检修方便，机组使用寿命长。水平轴风力发电机技术成熟，单机容量大，启动性相对较好。

1.2.4 按结构以及运行原理

对于常用的风力发电机，根据其具体的结构以及运行原理，可以将其具体的分为直流电机、感应异步电机和同步电机几大类。不同的发电系统所用的发电机

不同，恒速恒频风力发电系统常使用异步感应电机和电励磁同步电机，异步感应电机运行稳定、结构简单、使用维护方便、环境适应性强，但运行范围较宅。电励磁同步电机可靠性高、频率稳定、电能质量好。变速恒频风力发电系统使用的电机类型比较多，常用的有笼型异步电机、绕线式异步电机、永磁同步电机、混合励磁永磁同步电机、开关磁阻发电机、高压发电机、储能式发电机等。

风力发电技术综述

摘要：风能是目前全球发展最快的可再生绿色能源， 风力发电系统是将风能转化为电能的关键系统，

它直接关系到风力发电的性能与效率。它主要对风力发电的发展现状和前景、风电系统的控制技术、风力发电机及其风电系统和风力发电中的关键技术作了简单的介绍。

关键词：风力发电；控制技术；并网技术；低电压穿越

引言

在全球生态环境恶化和化石能源逐渐枯竭的双重压力下，对新能源的研究和利用已成为全球各国关注的焦点。 风能作为一种可再生的清洁能源， 受世界各国的重视程度越来越高，

也越来越多的被应用到风力发电中。除水力发电技术外， 风力发电是新能源发电技术中最成熟、 最具大规模开发和最有商业化发展前景的发电方式。由于它可以在改善生态环境、 优化能源结构、 促进社会经济可持续发展等方面有非常突出的作用， 目前世界各国都在大力发展和研究风力发电及其相关技术。

1. 国内外风力发电的现状和前景

1.1 国外风力发电发展现状

20 世纪80 ～90 年代， 风力发电技术得到了飞速的发展并且逐渐成熟。风力发电凭借它自身的优点， 已经延伸到了电网难以达到的地方，给他们带来了很多方便。据全球风能理事会(GWEC)发布的全球风电市场装机数据显示， 全球风电产业 2011 年新增风电装机容量达四万一千兆瓦。这一新增容量使全球累计风电装机达到二十三万八千兆瓦。这一数据表明全球累计装机实现了两成多的年增长， 新增装机增长达到6%。到目前为止， 全球七十多个国家有商业运营的风电装机， 其中二十二个国家的装机容量超过 1GW。据估计到 2030 年， 欧洲风电装机可达三百亿瓦， 可满足欧洲百分之二十的电力需求。

1.2国内风力发电发展现状

我国风力资源储量丰富，分布广泛。陆上可开发的储量为2.53亿kW，海上可开发的储量为7.5亿kW。“大规模、高集中开发，远距离和高电压输送”是我国风电发展的重要特征。近年来，我国风电发展迅猛，2006～2010 年风电总装机容量从260万kW增长到4 182.7万kW，2010年新增风电装机1 600万kW，累计装机容量和新增装机容量均居世界第一。预计2020年我国风电累计装机可以达到2.3亿kW。这意味着未来十年中，风电总装机容量平均每年需新增1 800万kW。预计每年需新增机组及其配套变流器约9 000台。