风能利用技术讲座_四_风力发电
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
殊要求的情况， 例如加热水、 淡化海水等。在风 力资源比较丰富而且比较稳定的地区，采取某 些措施改善电能质量，也可带动照明、动力负
总第 #"! 期） !""! 第 ! 期（
农
村
能
源
・ ・ !$
荷。这些措施包括： 利用风力机的调速机构、 电 压自动调整器、 频率变换器、 变速恒频发电机 等， 使供电的电压和频率保持在一定范围内。 交流—直流—交流” 逆变器供电。 ! 通过“ 先将风力发电机发出的交流电整流成直流， 再 用逆变器把直流电变换成电压和频率都很稳 定的交流电输出， 保证了用户对交流电的质量 要求。
</3)57 (/=)43)7 /9:;:*>1 报导， !""# 年世界光 伏 电 池 产 量 较 上 年 增 加 ?%@ 以 上 ， 达 到 随着人们环境意识的增强， 光伏 ?A"B% 6’，
发电技术的优越性越来越显现出来，在可再 生能源领域，光伏产业是未来具有竞争力的 产业。 （ 君声）
・ ・ !"
#$#%& ’(’#)*
(+,! !--! （ .-! /0012 34 %55）
放电时， 在阴极上发生的化学反应为：
器， 在风力发电机损坏、 检修期间， 可将蓄电池 和逆变器送到有电网处进行充电，取回再供给 用户直流电。 大多数逆变器具有一定过冲击能力，如一 个 @-- A 的晶体管逆变器， 在 .-="- 0 内能发出
6789!:;<!67:;<8!9 8!2 阴极上的电子（ 通过蓄电池的外部回路 2）
向阳极流动， 形成了电流。放电时硫酸被消耗 而生成水， 亦即电解液浓度降低。而充电时， 由 外部（ 风力发电机） 供给直流电， 在阴极生成 在阴极生成 67， 电解液浓度升高， 电能又 67;! ， 以化学能的形式储存在蓄电池内。 任何蓄电池的使用过程都是充电和放电 过程反复地进行着。铅蓄电池使用寿命为 !=" 年。
电区和风电发展比较集中的地区，抽水蓄能电 站也将相应得到发展，装机规模将达到 ’"# 亿 占总装机的 $%。水电装机总量达到 ( 亿 $%， 比例约为 //.。中国的水电技术将达到世界领 先水平， 进一步由生产数量上的水电第一大国， 成为水电数量、 质量、 科技、 管理、 效益等方面全 面领先、 真正意义上的水电第一大国。
8
B-- A的功率，这对家用电器设备的起动是有
益的。
"
风力发电机组的独立供电 在地处偏僻， 居民分散的山区、 牧区、 海岛
等电网延伸不到的地方，发展风力发电是解决 照明等生活用电和部分生产用电的一条可行的 途径。 （ 直流供电 .） 直流供电是小型风力发电机组独立供电的 主要方式，它将风力发电机组发出的交流电整 流成直流， 并采用储能装置储存剩余的电能， 使 输出的电能具有稳频、 稳压的特性。 小型风力发电机组的直流供电，主要用来 作照明、使用电视机和收音机等生活用电的电 源； 也可用作电围栏等小型生产用电的电源。
!
逆变器 逆变器是一种将直流电变成交流电的装
置， 有的逆变器还兼有把交流电变成直流电的 功能。 逆变器有不同类型， 有一种逆变器是利用 一个直流电动机驱动一个交流发电机， 由于直 流电动机以固定转速驱动发电机， 所以发电机 的频率不变。由于风力发电机受风速变化的影 响， 发电频率的控制难度大， 若先将发出的交 流电整流成直流电， 再用这种逆变器转变成质 量稳定的交流电， 供给对用电质量要求严格的 用户， 或将交流电送入电网， 都是可以做到的。 这种逆变器叫旋转逆变器。 用晶体管制成的逆变器称为静态逆变器， 常用于小型风力发电机供电系统中， 小型风力 发电机组提供的直流电有 .!， 而家用 !<， >! ?， 电器如电灯、 收音机、 电视 （ 机） 等， 常 用 !!- ? 的交流电， 用静态逆变器可以实现这种转换。 在使用逆变器时应注意：
!直流电输入的正负端子不可接反； "输 入 逆 变 器 的 直 流 电 电 压 应 稳 定 在 一
定范围内， 以保证它输出的交流电电压符合负 载的要求；
#使用负载的功率应小于逆变器的功率； 不要靠近 $ 逆变器应放置在干燥通风处，
蓄电池， 以防电子器件的腐蚀。 具有把交流电转换成直流电功能的逆变
!交流直接供电。多用于对电能质量无特
"##$ 年世界光伏电池 产量达 %&#’! ()
据 ()*+ ,- ./012 ,345 6378*8&2 /9:;*) ；
&’)’ 年，也就是中国开始水电建设 )’’ 年时， 水电装机容量力争达到 )"(( 亿 $% 以上， 我国
的水电装机容量将超过美国居世界第一， 完成 从资源第一大国到生产第一大国的转变。第二 步， 我国达到或超过中等发达国 &’))*&’+, 年， 家的水平， 人均 装 机 以 ) ’’’$% 计 ， 全国总装 机 约 )( 亿 $% 。 这 时 基 本 完 成 常 规 水 电 的 开
使磁极磁化的励磁绕组 （ 也称转子绕组或转子 线圈） 。 对于小型风力发电机组，常将同步发电机 的转子改成永磁结构， 不再需用励磁装置。 （ 异步发电机 !） 异步发电机主要是由定子和转子两大部分 组成。异步发电机的定子与同步发电机的定子 基本相同。 它的转子分为绕线式和鼠笼式， 绕线 式异步电机的转子绕阻与定子绕组相同；鼠笼 式异步电机的转子是将金属（ 铜或铝） 导条嵌在 转子铁芯里， 两头用铜或铝端环将导条短接， 象 鼠笼一样。此种电机应用很广泛。
!
发电机 （ 同步发电机 #） 主要由定子和转子组 同步发电机（ 见图 #）
"
源自文库
蓄电池 风力发电机最基本的储能方法是使用蓄电
池。 蓄电池的种类虽然较多，但在实际应用中 主要有铅（ 酸性） 蓄电池和镉镍（ 碱性） 蓄电池， 而在风力发电机组中使用最多的还是铅蓄电 池，尽管它的贮能效率较低，但是它的价格便 宜。 现以铅蓄电池为例说明蓄电池的工作原 理。 铅蓄电池的阳极用二氧化铅（ 板， 阴极 %&’!）
文献标识码： 5
风力发电就是通过风力机带动发电机发 电， 发出的交流电供给负载。当负载需用直流 电时， 可用直流发电机发电或者用整流设备将 交流电转换成直流电。 发电机是风力发电机组的重要组成部分 之一， 分为同步发电机和异步发电机两种。以 前小型风力发电机用的直流发电机， 由于其结 构复杂， 维修量大， 逐步被交流发电机所代替。 机组发出的电有两种供给方式： 独立供电与并 网供电。
总第 #"! 期） !""! 第 ! 期（
农
村
能
源
・ ・ !$
风能利用技术讲座（ 四）
风
（ #/ 吉林农业大学，长春 中图分类号： 342+
力
发
电
#+"".! ）
刘国喜 "， 赵爱群 "， 刘晓霞 !
#+"##0 ； !/ 吉林省长春市民用建筑设计院，长春
文章编号： #""+1(22+ （ !""! ） "!1""!$1"+
图# 同步发电机的结构原理图
用铅 （ %&） 板 ， 电 解 液 用 !() *+() 的 硫 酸 （ 水溶液。蓄电池内部的化学反应为： ,!-’.）
成。定子由开槽的定子铁心和放置在定子铁心 槽内按一定规律联接成的定子绕组（ 也叫定子 线圈） 构成； 转子上装有磁极（ 即转子铁心） 和
收稿日期： !""#1#"1!" 作者简介： 刘国喜（ ， 男， 教授， 从事新能源的研究与开发。 #2+(1 ）
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 发，开发率达到 -(.*,’. 左右，装机约 +"/ 亿 西电东送的规模超过 )"( 亿 $% ， 东中部受 $%。
中国将成为水电第一大国
我国水电资源丰富， 水能蕴藏量为 !"#! 亿 开发利用前景喜人。国家电力公司和中国 $%， 水力发电工程学会的有关领导在刚刚出版的 中科院《 高技术发展报告》 中预计， &’(’ 年中国 将成为水电第一大国。 中国未来的水电建设将分两步走：第一 步， 三峡、 龙滩、 小湾、 公伯 &’’)*&’)’ 年 期 间 ， 峡、 水布垭等一大批常规水电站将建成、 发电， 东部及部分中部缺少水电或接受西电的省、 市、 区还要建设一批大型的抽水蓄能电站。到
逆变器变换成与电力系统同压、同频的交流电 输入网上。无论采用哪种方式，要实现并网运 行， 都要求输入电网的交流电具备下列条件：
"电压的大小与电网电压相等； !频率与电网频率相同； #电压的相序与电网电压的相序一致； $电压的相位与电网电压的相位相同； %电压的波形与电网电压的波形相同。
另外， 电业管理部门还规定发电量够一定规 模（ 一般要求大于 %"" &’） 才能申请并网运行。 可见， 若想实现风力发电机组的并网运行， 须统 筹考虑设备容量大小、调整控制机构的精度、 操 作管理水平、 发电成本与售电价格等因素。 基于上述情况，风力发电机组的并网运行 虽然是一种良好的趋势， 但是到目前为止， 国内 已经并网运行的风力发电机的数量并不很多。 （ 待续）
!一户一机的供电方式。这种方式一般都
是自购、 自管、 自发、 自用、 自备蓄电池。
"直流线路供电。这种方式一般为一机多
户，或多机多户合用，实际上就是风力发电站 （ 厂） 的直流供电。 机组通常是集中安装， 统一管 理； 蓄电池可以集中配备， 也可以分散到户， 各 户自备。应当指出， 当配电电压较低（ 例如.! ? 或 !< ?） ， 其线路电损较多， 所以， 用户不宜相 距太远。 在这种情况下， 风力发电 #充电站式供电。 站就是一个充电站，各户自备蓄电池到发电站 充电，充电后取回自用。蓄电池的容量不宜太 大， 否则不易搬运， 且易出事故。 （ 交流供电 !）
!
风力发电机组的并网运行 风力发电机组的并网运行， 是将发电机组
发出的电送入电网， 用电时再从电网把电取回 来， 这就解决了发电不连续及电压和频率不稳 定等问题， 并且从电网取回的电的质量是可靠 的。 风力发电机组采用两种方式向网上送电： 一是将机组发出的交流电直接输入网上； 二是 将机组发出的交流电先整流成直流， 然后再由
总第 #"! 期） !""! 第 ! 期（
农
村
能
源
・ ・ !$
荷。这些措施包括： 利用风力机的调速机构、 电 压自动调整器、 频率变换器、 变速恒频发电机 等， 使供电的电压和频率保持在一定范围内。 交流—直流—交流” 逆变器供电。 ! 通过“ 先将风力发电机发出的交流电整流成直流， 再 用逆变器把直流电变换成电压和频率都很稳 定的交流电输出， 保证了用户对交流电的质量 要求。
</3)57 (/=)43)7 /9:;:*>1 报导， !""# 年世界光 伏 电 池 产 量 较 上 年 增 加 ?%@ 以 上 ， 达 到 随着人们环境意识的增强， 光伏 ?A"B% 6’，
发电技术的优越性越来越显现出来，在可再 生能源领域，光伏产业是未来具有竞争力的 产业。 （ 君声）
・ ・ !"
#$#%& ’(’#)*
(+,! !--! （ .-! /0012 34 %55）
放电时， 在阴极上发生的化学反应为：
器， 在风力发电机损坏、 检修期间， 可将蓄电池 和逆变器送到有电网处进行充电，取回再供给 用户直流电。 大多数逆变器具有一定过冲击能力，如一 个 @-- A 的晶体管逆变器， 在 .-="- 0 内能发出
6789!:;<!67:;<8!9 8!2 阴极上的电子（ 通过蓄电池的外部回路 2）
向阳极流动， 形成了电流。放电时硫酸被消耗 而生成水， 亦即电解液浓度降低。而充电时， 由 外部（ 风力发电机） 供给直流电， 在阴极生成 在阴极生成 67， 电解液浓度升高， 电能又 67;! ， 以化学能的形式储存在蓄电池内。 任何蓄电池的使用过程都是充电和放电 过程反复地进行着。铅蓄电池使用寿命为 !=" 年。
电区和风电发展比较集中的地区，抽水蓄能电 站也将相应得到发展，装机规模将达到 ’"# 亿 占总装机的 $%。水电装机总量达到 ( 亿 $%， 比例约为 //.。中国的水电技术将达到世界领 先水平， 进一步由生产数量上的水电第一大国， 成为水电数量、 质量、 科技、 管理、 效益等方面全 面领先、 真正意义上的水电第一大国。
8
B-- A的功率，这对家用电器设备的起动是有
益的。
"
风力发电机组的独立供电 在地处偏僻， 居民分散的山区、 牧区、 海岛
等电网延伸不到的地方，发展风力发电是解决 照明等生活用电和部分生产用电的一条可行的 途径。 （ 直流供电 .） 直流供电是小型风力发电机组独立供电的 主要方式，它将风力发电机组发出的交流电整 流成直流， 并采用储能装置储存剩余的电能， 使 输出的电能具有稳频、 稳压的特性。 小型风力发电机组的直流供电，主要用来 作照明、使用电视机和收音机等生活用电的电 源； 也可用作电围栏等小型生产用电的电源。
!
逆变器 逆变器是一种将直流电变成交流电的装
置， 有的逆变器还兼有把交流电变成直流电的 功能。 逆变器有不同类型， 有一种逆变器是利用 一个直流电动机驱动一个交流发电机， 由于直 流电动机以固定转速驱动发电机， 所以发电机 的频率不变。由于风力发电机受风速变化的影 响， 发电频率的控制难度大， 若先将发出的交 流电整流成直流电， 再用这种逆变器转变成质 量稳定的交流电， 供给对用电质量要求严格的 用户， 或将交流电送入电网， 都是可以做到的。 这种逆变器叫旋转逆变器。 用晶体管制成的逆变器称为静态逆变器， 常用于小型风力发电机供电系统中， 小型风力 发电机组提供的直流电有 .!， 而家用 !<， >! ?， 电器如电灯、 收音机、 电视 （ 机） 等， 常 用 !!- ? 的交流电， 用静态逆变器可以实现这种转换。 在使用逆变器时应注意：
!直流电输入的正负端子不可接反； "输 入 逆 变 器 的 直 流 电 电 压 应 稳 定 在 一
定范围内， 以保证它输出的交流电电压符合负 载的要求；
#使用负载的功率应小于逆变器的功率； 不要靠近 $ 逆变器应放置在干燥通风处，
蓄电池， 以防电子器件的腐蚀。 具有把交流电转换成直流电功能的逆变
!交流直接供电。多用于对电能质量无特
"##$ 年世界光伏电池 产量达 %&#’! ()
据 ()*+ ,- ./012 ,345 6378*8&2 /9:;*) ；
&’)’ 年，也就是中国开始水电建设 )’’ 年时， 水电装机容量力争达到 )"(( 亿 $% 以上， 我国
的水电装机容量将超过美国居世界第一， 完成 从资源第一大国到生产第一大国的转变。第二 步， 我国达到或超过中等发达国 &’))*&’+, 年， 家的水平， 人均 装 机 以 ) ’’’$% 计 ， 全国总装 机 约 )( 亿 $% 。 这 时 基 本 完 成 常 规 水 电 的 开
使磁极磁化的励磁绕组 （ 也称转子绕组或转子 线圈） 。 对于小型风力发电机组，常将同步发电机 的转子改成永磁结构， 不再需用励磁装置。 （ 异步发电机 !） 异步发电机主要是由定子和转子两大部分 组成。异步发电机的定子与同步发电机的定子 基本相同。 它的转子分为绕线式和鼠笼式， 绕线 式异步电机的转子绕阻与定子绕组相同；鼠笼 式异步电机的转子是将金属（ 铜或铝） 导条嵌在 转子铁芯里， 两头用铜或铝端环将导条短接， 象 鼠笼一样。此种电机应用很广泛。
!
发电机 （ 同步发电机 #） 主要由定子和转子组 同步发电机（ 见图 #）
"
源自文库
蓄电池 风力发电机最基本的储能方法是使用蓄电
池。 蓄电池的种类虽然较多，但在实际应用中 主要有铅（ 酸性） 蓄电池和镉镍（ 碱性） 蓄电池， 而在风力发电机组中使用最多的还是铅蓄电 池，尽管它的贮能效率较低，但是它的价格便 宜。 现以铅蓄电池为例说明蓄电池的工作原 理。 铅蓄电池的阳极用二氧化铅（ 板， 阴极 %&’!）
文献标识码： 5
风力发电就是通过风力机带动发电机发 电， 发出的交流电供给负载。当负载需用直流 电时， 可用直流发电机发电或者用整流设备将 交流电转换成直流电。 发电机是风力发电机组的重要组成部分 之一， 分为同步发电机和异步发电机两种。以 前小型风力发电机用的直流发电机， 由于其结 构复杂， 维修量大， 逐步被交流发电机所代替。 机组发出的电有两种供给方式： 独立供电与并 网供电。
总第 #"! 期） !""! 第 ! 期（
农
村
能
源
・ ・ !$
风能利用技术讲座（ 四）
风
（ #/ 吉林农业大学，长春 中图分类号： 342+
力
发
电
#+"".! ）
刘国喜 "， 赵爱群 "， 刘晓霞 !
#+"##0 ； !/ 吉林省长春市民用建筑设计院，长春
文章编号： #""+1(22+ （ !""! ） "!1""!$1"+
图# 同步发电机的结构原理图
用铅 （ %&） 板 ， 电 解 液 用 !() *+() 的 硫 酸 （ 水溶液。蓄电池内部的化学反应为： ,!-’.）
成。定子由开槽的定子铁心和放置在定子铁心 槽内按一定规律联接成的定子绕组（ 也叫定子 线圈） 构成； 转子上装有磁极（ 即转子铁心） 和
收稿日期： !""#1#"1!" 作者简介： 刘国喜（ ， 男， 教授， 从事新能源的研究与开发。 #2+(1 ）
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 发，开发率达到 -(.*,’. 左右，装机约 +"/ 亿 西电东送的规模超过 )"( 亿 $% ， 东中部受 $%。
中国将成为水电第一大国
我国水电资源丰富， 水能蕴藏量为 !"#! 亿 开发利用前景喜人。国家电力公司和中国 $%， 水力发电工程学会的有关领导在刚刚出版的 中科院《 高技术发展报告》 中预计， &’(’ 年中国 将成为水电第一大国。 中国未来的水电建设将分两步走：第一 步， 三峡、 龙滩、 小湾、 公伯 &’’)*&’)’ 年 期 间 ， 峡、 水布垭等一大批常规水电站将建成、 发电， 东部及部分中部缺少水电或接受西电的省、 市、 区还要建设一批大型的抽水蓄能电站。到
逆变器变换成与电力系统同压、同频的交流电 输入网上。无论采用哪种方式，要实现并网运 行， 都要求输入电网的交流电具备下列条件：
"电压的大小与电网电压相等； !频率与电网频率相同； #电压的相序与电网电压的相序一致； $电压的相位与电网电压的相位相同； %电压的波形与电网电压的波形相同。
另外， 电业管理部门还规定发电量够一定规 模（ 一般要求大于 %"" &’） 才能申请并网运行。 可见， 若想实现风力发电机组的并网运行， 须统 筹考虑设备容量大小、调整控制机构的精度、 操 作管理水平、 发电成本与售电价格等因素。 基于上述情况，风力发电机组的并网运行 虽然是一种良好的趋势， 但是到目前为止， 国内 已经并网运行的风力发电机的数量并不很多。 （ 待续）
!一户一机的供电方式。这种方式一般都
是自购、 自管、 自发、 自用、 自备蓄电池。
"直流线路供电。这种方式一般为一机多
户，或多机多户合用，实际上就是风力发电站 （ 厂） 的直流供电。 机组通常是集中安装， 统一管 理； 蓄电池可以集中配备， 也可以分散到户， 各 户自备。应当指出， 当配电电压较低（ 例如.! ? 或 !< ?） ， 其线路电损较多， 所以， 用户不宜相 距太远。 在这种情况下， 风力发电 #充电站式供电。 站就是一个充电站，各户自备蓄电池到发电站 充电，充电后取回自用。蓄电池的容量不宜太 大， 否则不易搬运， 且易出事故。 （ 交流供电 !）
!
风力发电机组的并网运行 风力发电机组的并网运行， 是将发电机组
发出的电送入电网， 用电时再从电网把电取回 来， 这就解决了发电不连续及电压和频率不稳 定等问题， 并且从电网取回的电的质量是可靠 的。 风力发电机组采用两种方式向网上送电： 一是将机组发出的交流电直接输入网上； 二是 将机组发出的交流电先整流成直流， 然后再由