基于plc变桨系统的研究 (1)本科论文
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风力发电机组变桨控制系统的研究摘要:在风力发电机组中,叶轮机组已更换了固定的叶轮机组,它已成为风轮机工业发展主流的双叶轮系统。
它是风力发电机功率控制的一个重要组成部分,运行平稳,本文主要论述了风力发电的控制方法,本文讨论了基于进流角预报的模糊PlD统一变距功率控制系统和独立变距功率控制策略。
同时对两者进行了比较,它提供了一些设计理念和理论方法来定位大型风力涡轮机的可变螺距控制系统。
关键词:变桨机构;独立变桨;优化设计;建模仿真前言风力发电机组主要包括两个主要部件:主控制系统和变桨控制系统。
主要控制系统是控制整个风机的运行,可变叶片控制系统是专门针对不同工况下叶片的精确控制,为了实现叶片和应急桨的正常运动。
一个完整的变距控制系统包括驱动和控制器的主要组成部分(一些变距控制系统只有驱动,没有控制器),变距电机,备用电源等。
每一个变螺距控制系统在其结构上都有其独特的特点,为了更好地理解变螺距控制系统,我们必须对其结构有一个全面的了解。
1、课题的背景及研究目的变叶轮机组已经取代固定叶轮机组成为风力发电机组商业化发展的主流。
变量螺旋桨系统是风力发电机功率控制和执行平稳运行的重要组成部分和一个丰富的指导作用,其操作,通常情况下,可变螺旋桨系统在冯风力涡轮机控制器发出指令驱动叶片旋转,使叶片达到指定的节距角位置,不影响互联的快速实现过程,保证风电机组在不同工况下按最优参数运行;在紧急情况下,自动调节螺旋桨螺距角,使叶片跟随螺旋桨,实现气动制动,确保风力机的安全。
2、变桨系统工作原理螺旋桨更换系统的工作原理如图1所示。
机房的主处理器监控风速、转子转速和发电机驱动叶片的旋转角度。
发电机能量模块计算了伺服驱动的顺序通过逻辑,驱动叶片转动。
不同的叶片都有不同的可变叶轮驱动电机。
驱动电机尾部装有一个编码器,编码器用以检测驱动电机的方向、转速、叶片转到的角度,反馈至变桨系统的处理器。
发生系统掉电或紧急安全链触发时,备用电源(超级电容或蓄电池)进行紧急收桨,将叶片转动90°的安全位置。
风力发电机组变桨系统的维护与检修毕业顶岗实习报告书专业: 电力系统自动化技术(风电方向)班级:姓名:顶岗实习单位: 金风科技股份有限公司校外指导师傅:校内指导教师:报告完成日期:新疆农业大学2015年6月风力发电机组变桨系统的维护与检修学生姓名:专业班级:学生诚信签名:完成日期:指导教师签收:摘要能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题.传统的化石燃料虽能解决能源短缺的问题,却给环境造成了很大的破坏,而风能具有无污染、可再生、低成本等优点,所以其受到世界各国的重视.可靠、高效的风力发电系统的研发己经成为新能源技术领域的热点。
然而,因为风能具有不稳定性、能量密度低和随机性等特点,同时风电厂通常位于偏远地区甚至海上,自然条件比较恶劣,因此要求其控制系统必须能够实现自动化运行,并且要求控制系统有高可靠性。
所以对风力发电机组尤其是大型风电机组的控制技术及风力发电后期的维护和检修就具有相当重要的意义.本文首先在对风力发电原理,风电机组研究的基础上从变桨距风力机空气动力学研究入手,分析了变桨距控制的基本规律,再结合目前国内主流的变桨距控制技术分别设计出了液压变桨距控制,电动变桨距控制的方案,变桨距风机的维护和检修,最后在此基础上提出了一种较为理想的控制策——半桨主动失速控制。
关键词:变桨距控制,维护,检修目录一顶岗实习简历 (1)二顶岗实习目的 (1)三顶岗实习单位简介 (2)四顶岗实习内容 (3)第一章变桨距系统 (3)1。
1变桨距与定桨距 (5)1。
1.1定桨距 (5)1。
1。
2 变桨距 (5)1.1.3定桨距与变桨距的比较 (5)1。
2 变桨距控制过程 (7)1.3 变桨距风力机组的运行状态分析 (8)1.3.1 启动状态 (8)1.3。
2 欠功率状态 (8)1.3。
3 额定功率状态 (8)1.4 变桨距控制的特点 (9)1.4.1 输出功率特性 (9)1.4.2 风能利用率 (9)1.4.3 额定功率 (9)1.4.4 启动与制动性能 (9)1。
电动变桨PLC控制器设计PLC控制器在变桨系统中的应用1、引言功率调节是风力发电机组的关键技术之一。
风力发电机组在超过额定风速(一般为12~16m/s)以后,由于机械强度和发电机、电力电子容量等物理性能的限制,必须降低风轮的能量捕获,使功率输出仍保持在额定值附近。
这样也同时限制了叶片承受的负荷和整个风力机受到的冲击,从而保证风力发电机安全不受损害。
功率调节的方式主要有定桨距失速调节、变桨距角调节和混合调节三种方式。
目前兆瓦级风机普遍采用变桨距角调节方式。
而世界上大型风力发电机组变桨距系统的执行机构主要有两种,液压变桨距执行机构和电动变桨距执行机构。
其中电动变桨距系统的桨距控制通过电动机来实现,结构紧凑、控制灵活、可靠,正越来越受到大多数整机厂家的青睐,市场前景十分广阔。
2、电动变桨距系统2.1电动变桨距概述变桨距就是叶片绕其安装轴旋转,改变叶片的桨距角,以改变叶片的风能捕获能力,从而改变风力发电机的气动特型。
《风力发电机组原理与应用》。
电动变桨是用电动机作为变桨动力,图(1)为电动变桨距执行机构原理图伺服驱动器控制电动机带动减速机的输出轴齿轮旋转, 输出轴齿轮与桨叶根部回转支承的内侧的齿轮啮合,带动桨叶进行变桨。
<浅谈风力发电机组的液压和电动变桨系统>图1 电动变桨距执行机构原理图变桨距风力发电机组与定桨距风力发电机组相比,起动与制动性能好,风能利用系数高,在额定功率点以上输出功率平稳。
所以,大型和特大型风力发电机组多采用变桨距形式。
《风力发电机组原理与应用》变桨距角机组启动时可以对转速进行控制,并网后可对功率进行控制,使风力机的启动性能和功率输出特性都有显著改善。
变桨距角调节的风力发电机在阵风时,塔架、叶片、基础受到的冲击,较之失速调节型风力发电机组要小的多,可减少材料,降低整机重量。
它的缺点是需要有一套比较复杂的变桨距调节机构,要求风力机的变桨距角系统对阵风的响应速度足够快,才能减轻由于风的波动引起的功率脉动。
基于PLC的风力发电机的变速控制摘要随着风力发电技术的发展,变速恒频风力发电技术成为了风力发电未来发展新趋势。
变桨系统是变速风力发电机组的重要部分,其性能对风力发电机组的整体性能起到重要的作用。
本文研究了变速恒频风力发电系统的运行原理,详细的分析了其工作过程以及结构。
本文通过两种方法控制变速风力发电机组,分别是:通过伺服系统控制桨叶桨距角和通过PLC电机的转速。
风机变桨系统主要由PLC控制系统、风速传感器、轮毂控制柜、直流控制电机、蓄电池、整流器组成。
PLC控制系统通过风速传感器提供的控制信号对电路进行控制。
由于风力发电控制系统对性能要求较高,选用PLC作为控制器不但可以用简单的程序来实现复杂的逻辑控制,而且同时具有稳定性高的特点。
关键词:变速恒频,风力发电,变桨距控制,PLC控制系统Variable speed control of wind turbine based on thePLCAbstractsWith the development of wind power generation technology,variable speed constant frequency wind power generation technology has become the trend of the future development of wind power generation.The pitch system is an important part of the variable speed wind turbine,playing an important role in the performance of the overall performance of the wind turbine.This paper studies the variable speed constant frequency wind power generation system operation principle,and the structure and working process are analyzed in detail.This article through two kinds of methods to control of variable speed wind turbine,respectively is:through the servo system control blade pitch angle and the rotational speed of the motor by PLC.Fan variable pitch system mainly comprises a wind speed sensor,PLC control system,control cabinet,rectifiers,battery hub,DC motor control.PLC control system through the wind speed sensor provides the control signal to the control circuit.Wind power control system of the high performance requirements, therefore,using PLC as the controllernot only can use the simple procedure to realize complex control logic,but also have the characteristics of high stability.Key words:VSCF,Wind power,Pitch control,PLC control system目录第一章绪论 (1)1.1国内风力发电技术发展概况 (1)1.2风力发电机变速的优点 (1)1.3变桨距控制与变速控制关系 (2)1.4变速风力发电机组的控制组成 (2)1.5PLC介绍 (3)第二章风机基本理论 (5)2.1风力机的各部分介绍 (5)2.2变桨距风电机组介绍 (5)2.3变桨距控制原理 (6)第三章风机变桨系统硬件部分设计 (8)3.1变桨系统的描述 (8)3.2风机变桨系统结构介绍 (8)3.3风机变桨控制流程分析 (9)3.4变桨控制系统硬件部分设计 (10)3.5轮毂控制柜控制系统硬件部分设计说明 (12)第四章器件的选择及线径的选择 (14)4.1稳压器选型 (14)4.2接触器选型 (14)4.3变桨电机选型 (15)4.4风速仪选型 (15)4.5速度传感器选型 (15)4.6欠电压继电器选型 (16)4.7空开选型 (16)第五章控制程序设计 (18)5.1PLC的选择 (18)5.2PLC的I/O端口分配及外围接线图 (19)5.3控制程序编写 (22)第六章总结 (23)致谢 (25)附录 (26)第一章绪论1.1国内风力发电技术发展概况我国幅员辽阔,海岸线长,风能资源也比较丰富。
变桨系统分析范文变桨系统是风力发电机组中的一个重要组成部分,其主要功能是控制风力发电机的转动速度以及调整叶片的角度,以最大限度地捕捉风能并转化为电能。
变桨系统的设计和分析对于提高风力发电机组的性能和效率至关重要。
首先,变桨系统的设计要考虑到风力的不稳定性以及不同桨叶之间的协调。
由于风速和风向会不断变化,变桨系统需要能够实时监测风速和风向,并根据这些信息来调整叶片角度。
这样可以确保叶片始终与风的方向保持一致,使得风能能够最大化地被转化为电能。
其次,变桨系统的设计还需要考虑到风力发电机组的安全性和稳定性。
在风力风速超过预设范围或者发生异常情况时,变桨系统需要能够快速响应并采取相应措施,例如自动停机等,以保证风力发电机组的安全运行。
此外,变桨系统还需要考虑到桨叶与风轮之间的匹配,以避免不必要的振动和损耗。
另外,变桨系统的设计还需要考虑到节能和环保的因素。
在设计中需要采用先进的变桨技术和材料,以提高变桨系统的效率并减少能源的消耗。
例如,使用轻量化的材料可以减轻叶片的负荷,从而减少能耗。
同时,变桨系统还可以根据风速和负载状况自动调整变桨角度,以实现最佳风能转化效果。
此外,变桨系统的设计还要考虑到系统的可靠性和可维护性。
风力发电机组通常安装在海上或者偏远地区,维护困难且成本较高。
因此,变桨系统需要具有自动故障检测和诊断功能,并能够通过远程监控进行实时数据传输和维护。
这样可以大大提高系统的可靠性,并减少维护成本和停机时间。
最后,变桨系统的设计还需要兼顾成本的因素。
变桨系统通常占据整个风力发电机组的一定比重,因此需要在设计中考虑到成本效益和性能之间的平衡。
这可能涉及到不同变桨系统的选择和优化,以找到最佳的设计方案。
综上所述,变桨系统的设计和分析需要综合考虑风力的不稳定性、风力发电机组的安全性和稳定性、节能环保、系统可靠性和可维护性以及成本效益等因素。
通过合理的设计和分析,可以提高风力发电机组的性能和效率,从而实现更高效的风能转化。
风力发电机变桨系统所属分类:技术论文来源:电器工业杂志更新日期:2011-07-20摘要:变浆系统是风力发电机的重要组成部分,本文围绕风力发电机变浆系统的构成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述。
关键词:变桨系统;构成;作用;保护种类;故障分析1 综述变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。
风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。
变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速,进而控制风机的输出功率,并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。
风机的叶片(根部)通过变桨轴承与轮毂相连,每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。
变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。
风机正常运行期间,当风速超过机组额定风速时(风速在12m/s到25m/s之间时),为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间(变桨角度根据风速的变化进行自动调整),通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。
任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置(执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置)。
变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作(比如变桨系统的主电源供电失效后),因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机(叶片顺桨到91度限位位置)。
此外还需要一个冗余限位开关(用于95度限位),在主限位开关(用于91度限位)失效时确保变桨电机的安全制动。
由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时,风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。
每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端(电机尾部),还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁,它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。
风机主控接收所有编码器的信号,而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号,只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。
基于倍福PLC的风电机组变桨控制设计与研究罗昕;张磊;张琨;秘春号【摘要】为了提高控制精度,加强变桨系统稳定性,以模糊自适应PID控制为核心算法,设计了一套以倍福PLC为主控,三相同步永磁伺服电机为执行机构的风机变桨距系统.并成功于国内某风电企业的双馈变桨距风力机上通过测试,对现场测试结果进行分析得知,此PLC变桨系统可以使风机安全可靠运行,验证了硬软件设计的合理性.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2014(044)007【总页数】4页(P54-57)【关键词】电动变桨系统;功率输出最优;伺服驱动;发电机并网【作者】罗昕;张磊;张琨;秘春号【作者单位】河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130;河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130;河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130;河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130【正文语种】中文【中图分类】TP277定桨距失速控制和变桨距控制是目前世界上风电机组投入生产运行的两种功率调节方式,与风电机组定桨距控制相比,变桨距控制的风机在启动和制动性方面优势明显,在提升风机运行可靠性的基础上,确保了风能的高利用系数以及功率输出曲线的优化。
液压变桨系统和电动变桨系统是当今世界风力发电机组变桨距系统的两种适用类型[1]。
电动变桨系统因其结构简单、维护方便和防滑耐用的特点,目前已为大部分风机制造商所广泛采用。
这种以电机作为驱动桨叶执行机构的变桨系统,已发展为风力发电机组变桨技术的发展趋势。
本文实验平台采用电动变桨距控制系统。
1 变桨距系统结构及原理本文实验平台是在变桨双馈风力发电机组的基础上搭建的,其额定功率1.5 MW,系统的控制方式为减速齿轮拖动变桨距,其结构原理图如图1所示。
伺服电机的输出轴连接至减速器的输入轴即主动齿轮4并驱使其转动,主动齿轮和与桨叶输入轴连接的内齿圈3咬合,则桨叶即可在伺服电机驱动下旋转。
图1中,1为支撑外圈,2为位移传感器,3为内齿圈,4为主动齿轮,5为支撑板,6为电气板,7为接近开关,8为传感器放大器,9为伺服电机。
PLC在大型风电控制系统中的应用【摘要】风力发电的系统结构比较复杂,其特点是时变、具有非线性。
风力发电机组的安全运行,与变桨距控制技术有密切的关系,它可以影响风力发电机的使用年限。
由于变桨距风力发电机具有很好的风能捕捉性,因此现在的很多大型风力发电机都使用可编程控制器(PLC),将其作为变桨距的控制器。
PLC 在使用当中有很多优势,如控制方式灵活、结构完整简单、安全可靠等,而且还具有很强的抗干扰能力。
本文主要分析了PLC在大型风电控制系统中的应用。
【关键词】PLC;风电控制;变桨距随着清洁能源的推广应用,风能也得到了十分广泛的应用,它作为发展最快的可再生清洁能源,具有很大的发展规模以及商业前景,其主要用途是发电。
风力发电技术能够有效地节约不可再生能源。
PLC属于主要应用在风机的机座、机舱当中,起到偏航控制以及变桨的作用,属于控制系统。
风机主控系统有PLC 构成,其硬件是由模块组成的,控制室需要有足够的空间,使测量以及操作能够安全进行。
不同的PLC控制器,彼此使用光缆进行链接,用网络协议方式实现通讯。
商业运行的兆瓦级以上风力发电机,大部分都使用了变桨距技术。
变桨距风力发电机组的叶片均围绕叶片中心轴不断的旋转,其调节输出功率一般要小于额定值。
由于变桨距叶片比较轻巧,而且叶宽比较小,机头的质量没有失速机组大,因此不需要大的刹车,有较好的启动性能。
风电设备一般都是在户外运行,其运行的环境比较恶劣,因此安装空间也受到了很大的限制,需要对有关数据进行精心的分析处理,但目前的可编程控制器难以达到其所需的技术。
空气密度比较低的地区能够达到额定功率,在额定风速下,输出功率会具有相对的稳定性,能够保证足够的发电量。
因此,在风力发电机组控制系统当中,可编程控制器有很重要使用价值以及意义。
1.变桨距风力机控制方式风力发电机的调速方式有很多种,其中变桨距调速是主要的调速方式之一。
变桨距调速的工作原理是增大桨距角的调速装置,减小因风速增大、导致叶轮加速转动的趋势。
明阳风电MY1.5Se型风电机组顺利通过低电压穿越测试
日前,明阳风电集团制造的MY1.5Se型风电机组已顺利通过低电压穿越(“LVRT”)性能测试,并已获得中国电力科学研究院(下称“中国电科院”)风电并网研究和评价中心签发的测试认证报告。
中国电科院为中国国家电网公司(下称“国家电网”)的研究分支,是中国电力行业中涉及多种学科的综合研究机构。
公司也确认明阳所有的风机可以满足低电压穿越的要求。
风电并网标准要求风机具备低电压穿越能力,这是指风机在电网电压突然变化等异常情况时,仍然保持并网状态且运行良好。
明阳的1.5Se型风机已通过中国电科院的不同电压状况和电器系统故障条件下的对称和不对称测试(20%Un/640ms,35%Un/940ms,50%Un/1.2s,75%Un/1.72s,90%Un/ 2s)。
明阳1.5MW风机可以在不增加额外成本的前提下,满足低电压穿越要求。
而2.5/3.0MWSCD风机采用全功率IGBT全控半导体变流器,产品开发本身即具备低电压穿越功能。
明阳董事长兼首席执行官张传卫先生说道:“明阳一直采取谨慎的质量技术原则,在风机开发设计时已经具备低电压穿越功能,比如我们在云南大理高海拔风场的33台风机经过了实际运行验证,在电网发
生不同类型故障的情况下,都成功实现了低电压穿越功能。
获得中国电科院的低电压穿越功能权威认证,将进一步提高我们未来的市场竞争力。
”。
摘要风力发电作为绿色能源在全世界迅速发展,这是解决世界能源危机的重要途径,在这个背景下本文对直驱式永磁风力发电控制系统进行了应用设计。
本文以风力发电的工作原理等基础理论为基本理论,得到一种控制风能的利用效率的变桨控制的基本控制策略;通过比较当前流行的几个风力发电机组的结构和不同控制方案之间的不同特点;分析了直驱式永磁风力发电的性能和特点,最终得出本机组需要采用以“同步高速、无刷励磁旋转、全功率的逆变”为核心的技术路线。
本论文最后完成了风力发电机控制系统的设计,以控制系统所要实现的功能为基础,根据控制系统的要求,分析了系统输出和输入的信号,简单阐述了组成控制系统的硬件系统的可编程处理器和最主要的控制信号变送器,确定了传感器的类型以及各硬件的配置;以这些为基础讨论了一些控制系统的控制策略,研究设计了主程序的流程图,变桨距控制图,并详细的研究了变桨距的控制过程,得出了控制原理和结构组成。
关键词:风力发电机;控制系统;变桨控制AbstractThe rapid development of wind power as a green energy in the world , this is an important way to solve the world's energy crisis, in this context this paper, the direct-drive permanent magnet wind turbine control system application design .Structures and different control schemes by comparing several currently popular among wind turbine ; This paper -based wind power works for the basic theory and other theories to obtain a controlled wind energy utilization efficiency of the basic control strategy pitch control different characteristics ; analyze the performance and features direct-drive permanent magnet wind power , concluded the unit needs to adopt a " synchronous speed , brushless excitation rotation, full power inverter '' as the core technology roadmap .Finally completed the design of the wind turbine control system to control system functions to be achieved , based on the control system according to the requirements , the system analyzes the signal output and input , briefly addressed the composition of the control system programmable hardware systems the main control signal processor and transmitter to determine the type and configuration of each sensor hardware ; based on these control strategies discussed some of the control system , a flow chart of the main program of study design , variable pitch control charts and detailed study of the pitchof the control process , the control principle and structure derived components.Keywords : wind turbine ; control systems ; pitch control目录摘要 (I)第1章风力发电简介及背景展望分析 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2风力发电简介 (1)1.3国内外发展现状以及展望分析 (3)1.4本论文的主要研究意义及内容 (6)第2章风力发电机和变桨距控制过程研究 (7)2.1变桨距控制过程研究 (7)2.1.1空气动力学原理 (7)2.1.2风速特性分析 (10)2.2电机结构类型及特点 (10)2.2.1双馈式风力发电机 (10)2.2.2直驱式风力发电机 (11)第3章PLC控制理论研究 (13)3.1PLC的基本概念 (13)3.2PLC的组成部分 (13)3.3S7-300的系统结构 (14)3.4PLC的循环处理过程 (14)3.5S7-300的编程语 (16)3.6PLC的供电及接地抗干扰问 (16)第4章直驱式永磁同步风力发电机系统控制研究 (18)4.1概述 (18)4.2变桨距系统控制 (19)4.3风电机组控制系统的设计 (21)4.3.1风力发电机电动变桨控制系统硬件结构 (21)4.3.2 变桨系统的控制策略 (23)4.3.3控制系统的软件设计 (23)4.3.4变桨控制系统软件设计 (25)4.3.5偏航控制系统软件设计 (26)4.3.6故障报警和联锁保护 (28)第5章总结与展望 (29)参考文献 (30)致谢 (31)第1章风力发电简介及背景展望分析1.1 研究背景及意义近年来,随着现代工业的发展和生产技术的进步,对高速、超高速的电力驱动需求日益增大,对各种驱动装置提出了越来越苛刻的性能要求,如高速高精度机床、涡轮分子泵以及飞轮储能等新型设备,要求其驱动装置不但要有很高的旋转速度,还要有很高的回转精度,并且其体积也不能太大。
因此要解决这些问题,我们有必要来专门研究驱动设备的支撑系统。
表1.1 国家“十二五“规划节能指标指标单位2010年2015年变化幅度/变化率燃煤工业锅炉(运行)% 65 70~75 5~10 三相异步电动机(设计)% 90 92~94 2~4容积式空气压缩机输入比功率千瓦/(立方米·分-1)10.7 8.5~9.3-1.4~-2.2电力变压器损耗千瓦空载:43负载:170空载:30~33负载:151~153-10~-13-17~-191.2风力发电简介把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,这就是风力发电。
风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。
如图1.1所示图1.1 风力发电示意图依据目前的风车技术,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。
风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。
风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。
这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。
(大型风力发电站基本上没有尾舵,一般只有小型(包括家用型)才会拥有尾舵)风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。
当风吹向浆叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。
桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。
(现在还有一些垂直风轮,s型旋转叶片等,其作用也与常规螺旋桨型叶片相同)由于风轮的转速比较低,而且风力的大小和方向经常变化着,这又使转速不稳定;所以,在带动发电机之前,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,再加一个调速机构使转速保持稳定,然后再联接到发电机上。
为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率,还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。
铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。
它一般修建得比较高,为的是获得较大的和较均匀的风力,又要有足够的强度。
铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况,以及风轮的直径大小而定,一般在6-20米范围内。
发电机的作用,是把由风轮得到的恒定转速,通过升速传递给发电机构均匀运转,因而把机械能转变为电能。
不是多大的风都可以发电,一般说来,三级风就有利用的价值。
但从经济合理的角度出发,风速大于每秒4米才适宜于发电。
据测定,一台55千瓦的风力发电机组,当风速为每秒9.5米时,机组的输出功率为55千瓦;当风速每秒8米时,功率为38千瓦;风速每秒6米时,只有16千瓦;而风速每秒5米时,仅为9.5千瓦。
可见风力愈大,经济效益也愈大。
1.3 国内外发展现状以及展望分析我国风电制造业发展迅猛,除了原来的金风科技、浙江运达加大投入,迅速扩张之外,湘电风能,上海电气、东方汽轮机、华锐风电(原大连重工集团)、中国船舶以及通用电气、维斯塔斯、歌美飒、苏司兰、西门子等一批国内外大型制造业和投资商纷纷进入中国风电制造业市场,还有一批中小型制造企业正在成长,依托良好的研发基础,表现出较强的发展实力。
2008年,我国新增风电装机容量达到630万千瓦,过去10年的年均增长速度达到50%以上;我国在风电装机容量的世界排名中,2008年跃居第4位,并有望建立起世界最大的风电市场。
我国风电装机容量增长情况如图1.2所示 。
单位(万千瓦)20040060080010001200140020012002200320042005200620072008图1.2 我国风电装机容量增长情况(单位:万千瓦)我国的风能资源分布广泛。
包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省(市)沿海近10千米宽的地带,年风功率密度在200瓦/平方米以上;包括东北三省、河北、内蒙古、甘肃、宁夏和新疆等省(区)近200千米宽的地带,风功率密度在200~300瓦/平方米以上。
2008年,全国风电容量超过20万千瓦的省份超过了12个,其中,内蒙古一枝独秀,累计风机安装容量超过了200万千瓦,紧随其后的是辽宁、河北和吉林,也都超过了50万千瓦。
2008年分省新增和累计风电装机容量数据见表1.2。
按照“融入大电网,建设大基地”的要求,从2008年起,国家将力争用10多年时间在甘肃、内蒙古、河北、江苏等地形成几个上千万千瓦级的风电基地。