风能动力与工程认识实习报告

认识实习报告

一、前言：

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。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的突出作用，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。

风，来无影、去无踪，是无污染、可再生能源。一台单机容量为1兆瓦的风电装机与同容量火电装机相比，每年可减排2000吨二氧化碳、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。随着《可再生能源法》的颁布，中国已把风能利用放在重要位置。

二、风能简介： （一）风能：空气流动所形成的动能称为风能。风能是太阳能的一种转化形式。风能利用形成主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能。

（二）风能密度：风能密度是气流在单位时间内垂直通过单位面积的风能33m /5.0W V W ρ=，它是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量。

（三）风能利用的优势：①风力是一种蕴藏丰富而又洁净的自然能源，没有环境污染问题；②建造风力发电厂的费用低廉；③风能对土地占用率极小；④风机与野生动物的和平共处；⑤风能利用广泛，风机使用可靠。

三、我国风能资源分布概况：

我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。据国家气象局估算，全国风能密度为100W/m2，风能资源总储量约5106.1⨯MW,特别是东南沿海及附近岛屿、内蒙古和甘肃走廊、东北、西北、华北和青藏高原等部分地区，每年风速在3m/s 以上的时间近4000h 左右，一些地区年平均风速可达6～7m/s 以上，具有很大的开发利用价值。

（一）东南沿海及其岛屿，为我国最大风能资源区。

（二）内蒙古和甘肃北部，为我国次大风能资源区。

（三）黑龙江和吉林东部以及辽东半岛沿海，风能也较大。

（四）青藏高原、三北地区的北部和沿海，为风能较大区，但由于青藏高原海拔高，空气密度较小，所以风能密度相对较小。

（五）云贵川，甘肃、陕西南部，河南、湖南西部，福建、广东、广西的山区，以及塔里木盆地，为我国最小风能区。

四、风力发电原理：

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。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。

机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和

震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型。

五、风力机分类与结构：

1、分类：

(1)按风轮轴方向，分为水平轴式与垂直轴式；

(2)按叶片工作原理，分为升力型与阻力型；

(3)按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机；

(4)按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向（即在塔架的前面迎风旋转）和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型；

(5)按照风力机的功率，分为小型机（50 kW~60kW)、中型机

（50kW~1500kW)、大型机（2MW~3MW）；

(6)按照高度，分为小型机（10~30m)、中型机（25~50m)、大型机（50~110m）。

2、结构：

(1)机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴；

(2)转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。

(3)轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。

(4)低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。

(5)齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的

50倍。

(6)高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。

(7)发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。

(8)偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。

(9)电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障，该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。

(10)液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。

(11)冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。

(12)塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。

(13)风速计及风向标：用于测量风速及风向。

六、风力发电的优缺点：

（一）优点：

1、清洁，环境效益好；

2、可再生，永不枯竭；

3、基建周期短；

4、装机规模灵活。

（二）缺点：

1、噪声，视觉污染；

2、占用大片土地；

3、不稳定，不可控；

4、目前成本仍然很高；

5、影响鸟类。

七、风力发电的市场与发展前景：

（一）市场：

2013 年，国家能源局连续出台了一系列政策措施，加强风电产业监测和评价体系建设，有针对性的解决弃风限电问题，强化规划的引领作用，实施风电年度发展计划，有序推进风电基地建设，使风电产业发展更加理性。与上一年相比，风电场建设有所加快，风电市场出现了平稳回升的势头。

据中国可再生能源学会风能专业委员会的统计数据，2013 年全国风电新增装机容量16089MW，与2012 年相比增加3130MW，自2010 年以来，风电装机数据首次企稳回升。2013 年全国累计风电装机容量9141.3MW，西藏那曲超高海拔试验风电场的建成投产，标志着我国风电场建设已遍布全国各省市自治