风力发电基础
风力发电基础
本章完
21
第二章 风资源概述 z 风的一般知识
—风的形成 —风向与风速
z 风的统计学
—风向频率 —风速频率
z 风的能量
§2.1 风的一般知识 一、风的形成
z 地球表面上,受太阳加热的空气较轻,上升到 高空;冷却的空气较重,倾向于去补充上升的 空气。这就导致了空气的 流动——风。
风力发电技术基础
崔新维 国家风力发电工程技术中心
2005.5.
授课内容
内容
1、风力发电机组概论 2、风资源概述 3、空气动力学基础 4、风力发电机方案设计 5、机组零部件
学时数
(2) (2) (4) (4) (4)
1
1、 概论
1.1. 风力发电机简介 1.2. 风力发电机设计总论
1.2.1. 设计过程 1.2.2. 风力发动机组结构形式 1.2.3. 机组载荷
23
N NNW NWWNWFra bibliotekNNE NE
ENE
W
E
WSW
ESE
SW
SE
SSW
SSE
S
—风速:
•风速——空气流动的速度。 —用空气在单位时间内流经的距离表示 ; —单位:m/s或km/h; —是表示风能的一个重要物理量; —风速和风向都是不断变化的。
•瞬时风速——任意时刻风的速度。 ——具有随机性因而不可控制。 ——测量时选用极短的采样间隔,如<1s。
水平轴机组必须考虑偏航问题。 z 下风式机组
——多用自由式偏航; ——施加偏航阻尼,以限制偏 航角速度和叶片中的陀螺力。
z 上风式机组
——通常采用主动偏航,其中含有偏航电机、 齿轮和刹车, ——要求塔架能承受偏航扭矩。
风力发电基础知识
第一章风力发电机组结构1.8 控制系统控制系统利用微处理器、逻辑程序控制器或单片机通过对运行过程中输入信号的采集传输、分析,来控制风电机组的转速和功率;如发生故障或其他异常情况能自动地检测平分析确定原因,自动调整排除故障或进入保护状态。
控控制系统的主要任务就是自动控制风机组运行,依照其特性自动检测故障并根据情况采取相应的措施。
控制系统包括控制和检测两部分。
控制部分又设置了手动和自动两种模式,运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制,而自动控制应在无人值班的条件下预先设置控制策略,保证机组正常安全运行。
检测部分将各传感器采集到的数据送到控制器,经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来,在机组控制器的显示屏上可以查询。
现场数据可通过网络或电信系统送到风电场中央控制室的电脑系统,还能传输到业主所在城市的总部办公室。
安全系统要保证机组在发生非常情况时立即停机,预防或减轻故障损失。
例如定桨距风电机组的叶尖制动片在运行时利用液压系统的高压油保持与叶片外形组合成一个整体,同时保持机械制动器的制动钳处于松开状态,一旦发生液压系统失灵或电网停电,叶尖制动片和制动钳将在弹簧作用下立即使叶尖制动片旋转约90°,制动钳变为夹紧状态,风轮被制动停止旋转。
根据风电机组的结构和载荷状态、风况、变桨变速特点及其他外部条件,将风电机组的运行情况主要分为以下几类:待机状态、发电状态、大风停机方式、故障停机方式、人工停机方式和紧急停机方式。
(1)待机状态风轮自由转动,机组不发电(风速为0~3m/s),刹车释放。
(2)发电状态发电状态Ⅰ:启动后,到额定风速前,刹车释放。
发电状态Ⅱ:额定风速到切出风速(风速12~25m/s),刹车释放。
(3)故障停机方式:故障停机方式分为:可自启动故障和不可自启动故障。
停机方式为正常刹车程序:即先叶片顺桨,党当发动机转速降至设定值后,启动机械刹车。
(4)人工停机方式:这一方式下的刹车为正常刹车,即先叶片顺桨,当发电机转速降至设定值后启动机械刹车。
风力发电基础课件
弦长的夹角
运动旋转方向
u R 2Rn
dL气流升力
相对
速度
dL
1 2
Cl w2dS
dD
1 2
Cd
w 2dS
dF气流w产生的气动力
驱动功率dPw= dT
风输入的总气动功率:P=vΣFa 旋转轴得到的功率:Pu=Tω
风轮效率η=Pu/P
叶片的几何参数
3. 旋转叶片的气动力(叶素分析)
v v1 v2 2
,
贝兹理
最大理想功率为:Pmax
8 27
Sv13
论的极 限值
风力机的理论最大效率:max
Pmax E
(8 / 27)Sv13
1 2
Sv13
16 27
0.593
风力发电机从自然风中所能索取的能量是有限的,其 功率损失部分为留在尾流中的旋转动能。
风力发电机基础理论
3.风力机的主要特性系数
对于有限长的叶片,风轮叶片下游存在着尾迹涡,它形成两 个主要的涡区:一个在轮毂附近,一个在叶尖。有限叶片数由 于较大的涡流影响将造成一定的能量损失,使风力机效率有所 下降。
1) 中心涡,集中在转轴上; 2) 每个叶片的边界涡; 3) 每个叶片尖部形成的螺旋涡。
涡流理论
叶片静止时,据赫姆霍兹定理,叶片附着涡和后缘尾涡 组成马蹄涡系。简化后,将叶片分成无限多沿展向宽度很小 的微段。
叶片的几何参数
2.升力和阻力的变化曲线
0.8
Cl •升力系数与阻力系数是随攻角变化的
0.6
0.4
失速点
0.2
Cd
i
i -30o -20o -10o 0o 10o 20o
-0.2 Cl min
风力发电场基础施工方案
风力发电场基础施工方案施工方案概述本文提供了一份风力发电场基础施工方案,以确保施工过程中的顺利进行。
该方案详细介绍了风力发电场基础施工的关键步骤、材料要求以及施工流程。
通过本方案的实施,旨在确保风力发电场基础的稳定性、可靠性和安全性。
一、项目背景随着可再生能源的日益受到关注,风力发电被广泛应用于发电场。
风力发电场基础是确保风力发电机组稳定运行的关键。
因此,对基础的施工质量要求较高,需要科学合理的施工方案。
二、施工前准备1. 地质勘察在施工前,进行详细的地质勘察,了解地下土壤的性质、地质结构和地下水位等信息,以确定施工方案。
2. 设计方案评审基于地质勘察结果,制定合适的基础设计方案,并邀请相关专业人士进行评审。
确保设计方案合理可行,符合公共安全标准。
三、施工过程1. 地基处理根据地质勘察结果,对地基进行必要的处理。
例如,如果发现土壤质地较软,需要进行加固处理,以提高基础的稳定性。
2. 基坑开挖按照设计方案在风力发电场选定的位置开挖基坑。
确保基坑的尺寸和深度符合设计要求。
3. 浇筑混凝土在基坑内铺设钢筋骨架,并进行混凝土的浇筑。
严格按照设计方案要求的强度和混凝土浇筑工艺进行操作。
4. 钢塔安装等待混凝土完全凝固后,开始进行钢塔的安装。
确保钢塔的垂直度和水平度符合要求。
5. 导线安装安装风力发电机组的导线,确保导线的牢固性和顺畅性。
6. 基础封顶待所有设备安装完毕后,进行基础的封顶处理。
确保基础平整且具有良好的外观。
四、施工后的检查与验收1. 施工验收经过施工后,由相关部门对整个施工过程进行验收,确保施工的合规性和质量。
2. 结果评估对风力发电场的基础进行评估,确认是否符合设计要求和相关标准。
3. 安全保障确保风力发电场基础的结构稳定性和安全性,以避免任何意外事故的发生。
五、安全措施在施工过程中,必须始终遵守相关的安全措施,包括但不限于:- 佩戴个人防护装备- 使用安全可靠的机械设备- 按照操作规范进行作业- 建立安全警示标识并定期检查六、总结本文提供了一份风力发电场基础施工方案,详细介绍了施工过程中的关键步骤和注意事项。
风电基础知识
风电基础知识引言:随着对可再生能源的需求不断增长,风电作为一种无污染、可持续的能源形式,越来越受到关注。
无论是面对日趋紧张的能源供应,还是追求绿色环保的发展,风能都成为了各国政府和企业的关注焦点。
本文将介绍风电的基础知识,包括风能的转化原理、组成结构以及风电发电技术的发展趋势等。
一、风能的转化原理风能是一种动能,可以通过风力发电机将其转化为电能。
风力发电机是利用风能使转子旋转,通过转子与发电机的直接耦合或通过齿轮箱连接,使发电机产生电力。
风力发电机的核心部分是转子,其外形类似于大风车。
当风力吹向转子时,转子的叶片受到推动,并开始旋转。
转子上设置的发电机可以将旋转转子的运动转化为电力。
二、风电的组成结构1.风力发电机组风力发电机组是风电站的核心设备。
它由塔筒、轮毂、叶片、发电机和变频器等组成。
塔筒是风力发电机组的支撑结构,通常采用钢铁或混凝土制成。
轮毂是连接塔筒和叶片的部分,其主要作用是使叶片能够转动。
叶片是风力发电机组的动力装置,一般由纤维复合材料制成,具有轻质、高强度的特点。
发电机是将机械能转化为电能的核心部件,通常采用异步发电机或同步发电机。
变频器是将风力发电机组产生的交流电转化为稳定的直流电的装置。
2.电网连接装置电网连接装置包括变电站和输电线路。
变电站将风力发电机组产生的电能转换为适于输送的电气能,并将其接入电力系统中。
输电线路用于将发电站产生的电能输送到用户端。
三、风电发电技术的发展趋势1.提高风能利用率目前风能的利用率还有很大的提升空间。
为了提高风能利用率,风力发电机组的设计和运行需要更加科学合理。
同时,需要对风力资源进行更加准确的评估,选择更加适合的风力发电机组。
2.增强风电系统的稳定性由于风力发电的波动性较大,风电系统的稳定性一直是亟待解决的问题。
在未来的发展中,需要进一步完善风电并网技术,提高系统的稳定性和可靠性。
3.发展离岸风电相比于陆地风电,离岸风电具有风能资源丰富、风速稳定等优势。
风力发电机组基础施工方法的技术要求
风力发电机组基础施工方法的技术要求一、施工前的准备工作在进行风力发电机组基础施工之前,需要进行一些必要的准备工作,以确保施工的顺利进行。
以下是施工前的准备工作的技术要求:1. 勘测进行风力发电机组基础施工前,应进行详细的勘测,并根据勘测结果确定施工的地点和基础结构设计。
2. 材料准备根据设计要求,准备好所需要的混凝土、钢筋等施工材料,并进行必要的质量检验,确保符合相关标准。
3. 施工队伍组织组织专业的施工队伍,其中包括工程师、技术人员和熟练的施工人员,以确保施工操作的专业性和安全性。
二、基础施工方法在风力发电机组基础施工过程中,需要按照一定的方法进行施工,以确保基础结构的牢固和稳定。
以下是风力发电机组基础施工方法的技术要求:1. 地基处理在施工开始之前,需要对基础工程地基进行处理,确保地基的承载力满足设计要求。
对于较不稳定的地基,应采取相应的加固措施。
2. 基础模板搭建根据设计要求,搭建基础模板,并进行必要的定位、测量和调整,确保基础的准确性和正确性。
3. 钢筋绑扎按照设计要求,在基础模板内进行钢筋的绑扎工作。
钢筋的数量、直径和布置必须符合设计要求,并严格按照施工图纸进行操作。
4. 混凝土浇筑在钢筋绑扎完成后,进行混凝土的浇筑工作。
在浇筑过程中,需要保证充分振捣,以确保混凝土的密实性和抗压强度。
5. 基础养护混凝土浇筑完成后,进行基础的养护工作。
养护期间需要进行适当的湿养护和温度控制,以确保混凝土的强度和稳定性。
三、施工安全措施风力发电机组基础施工涉及到一系列的安全风险,为了保障施工人员的安全,在施工过程中需要采取一系列的安全措施。
以下是施工安全措施的技术要求:1. 安全教育在施工前,对施工人员进行必要的安全教育,使其熟悉施工现场的安全规定和操作要求,增强安全意识。
2. 安全防护设施在施工现场设置必要的安全警示标识和安全防护设施,包括安全帽、安全绳索等,以确保施工人员的人身安全。
3. 施工设备安全对所使用的施工设备进行定期检查和维护,确保设备的正常运行和使用安全。
风力发电机基础专项施工方案
风力发电机基础专项施工方案
风力是自然界中一种丰富而持续的资源,而利用风力发电机来转化这股能量成为当今可再生能源领域的热门选择。
为了充分挖掘风力发电机的潜力,我们迫切需要一个科学合理、高效可行的专项施工方案。
施工前期准备:
在进入实质性施工之前,我们首先需要进行地理勘探,以确保选址的稳固性和适宜度。
同时,还要进行环境影响评估,以保障项目的可持续发展。
这一步骤的精准性将直接影响到后续的施工效果。
风力发电机基础建设:
在确定好风电场的选址后,我们将进行风力发电机基础的施工,这包括基础桩的打桩、混凝土的浇筑等工程。
为了确保工程的可靠性,我们将采用先进的建筑材料,提高基础的抗风性和耐久性。
风力发电机组装:
在基础建设完成后,我们将进行风力发电机组件的组装工作。
为了确保组装的顺利进行,我们将采用现代化的组装线,提高效率的同时确
保组件的质量。
此外,我们还会引入智能化监控系统,实时监测组件的运行状态,确保在任何时候都能够迅速做出响应。
运行维护与技术更新:
在风力发电机正式投入运行后,我们将建立完善的运行维护体系。
定期的设备检查、数据分析以及技术更新将成为保障系统长期稳定运行的重要环节。
同时,我们将注重培训维护人员,提高其对新技术的适应能力,确保他们能够熟练应对各类突发情况。
结语:
风力发电机基础专项施工方案的制定是一个综合考量和科学安排的过程,它不仅关系到能源的高效利用,也关系到对环境的尊重和对未来可持续发展的贡献。
通过科学的规划和精心的施工,我们相信风力发电机将成为清洁能源领域的亮点,为人类创造更美好的生活。
_风力发电基础理论
1.地面状况对风速的影响可以分为地面粗糙度影响,障碍物影响和地形影响。
2.并网型风力发电机组可分为机舱、风轮、塔架和基础几个部分。
3.变转速发电机需要通过交—直—交变流装置与电网频率保持同步。
4.锥角的作用是在风轮运行状态下减少离心力引起的叶片弯曲和防止叶尖和塔架碰撞的机会。
5.风轮实度是指叶片在风轮旋转平面上投影面积的总和与风轮扫掠面积的比值。
6.叶片的固有频率直接影响机组的动态特性,激振频率应避开叶片的共振区,以降低叶片的7.动应力,提高使用寿命。
8.风轮、塔架及风力发电机组可作为一个弹性体来看待。
弹性系统可有驱动系统、机舱系统及变距系统和偏航系统组成。
9.叶片防雷击导线截面积为50mm²10.塔架结构有筒形和桁架两种形式。
11当风力发电机组运行时,机组除承受自身的重量Q外,还要承受由风轮产生的正压力P、.风载荷q以及机组调向时所产生的扭矩Mn等载荷的作用。
13.传动系统包括主轴、齿轮箱和联轴器。
14.主轴的作用在于将转子叶片上的旋转扭矩传递给齿轮箱。
15主轴与齿轮箱的连接大多采用涨紧式联轴器。
16.齿轮箱高速轴通过柔性连接与发电机轴连接。
17.偏航轴承分为滑动轴型和滚动型。
18.液压系统的主要功能是刹车和变桨距控制。
19.制动系统主要分为空气制动和机械制动。
20.发电机通过四个橡胶减震器与机舱底盘连接。
21.控制系统包括控制和检测两部分。
22风力发机组最主要参数是风轮直径和额定功率。
23.轮系可以分为定轴轮系和周转轮系。
24.扭揽保护装置一般由控制开关和触点机构组成。
25.比例控制技术是根据输入电压值的大小,通过放大器,将该输入电压信号转换成相应的电流信号。
26.变距系统的节距控制是通过比例阀来实现的。
27.紧急顺桨速度9°/s28..润滑剂可分为:润滑油、润滑脂、固体润滑剂。
29.变频器最大容量为发电机额定容量的1/4——1/330.风电设备的控制系统包括测量、中心控制器和执行机构。
风力发电基础知识
1-3 风力发电运行方式
• 分类:独立运行和并网运行两种运行方式。 一、独立运行方式
• 独立运行的风力发电机组,又称离网型风力发电机组, 是把风力发电机组输出的电能经蓄电池蓄能,再供应 用户使用,如需要交流电,则要加逆变器。 (一)储能系统: • 风力发电系统采用的储能系统主要有:蓄电池储能、 抽水蓄能。 • 正在研究试验的有压缩空气储能、飞轮储能、电解水 制氢储能等。
2、塔架 风力机的塔架除了要支撑风力机的重量,还 要承受吹向风力机和塔架的风压,以及风力 机运行中的动载荷。它的刚度和风力机的振 动有密切关系。水平轴风力发电机的塔架主 要可分为管柱型和桁架型两类。一般圆柱形 塔架对风的阻力较小,特别是对于下风向风 力机,产生紊流的影响要比桁架式塔架小。 桁架式塔架常用于中小型风力机上,其优点 是造价不高,运输也方便。但这种塔架会使 下风向风力机的叶片产生很大的紊流。
• 风电场容量系数即发电成本是衡量风力发 电场经济效益的重要指标。风电场内风力 发电机组容量系数的计算方法为:
1-5 风力发电系统及装置
(一)风力发电机组的系统 组成 • 风力发电系统是将风能转
换为电能的机械、电气及 共控制设备的组合。 • 通常包括风轮、发电机、 变速器(小、微容量及特殊 类型的也有不包括变速器 的)及有关控制器和储能装 置。
二、风力发电场的风力发电机组排布
• 作用:合理地选择机组的排列方式,以 减少机组之间的相互影响,风电场内风 力发电机组的排列应以风电场内可获得 最大的发电量来考虑。 • 影响因素:主要受风能分布、风场地形 和土地征用的影响。 • 机组排列的最主要原则:是充分利用风 能资源,最大程度利用风能。
三、风力发电场的经济效益评估
Ф型风力机图
3、风力发电机组可分为定桨距机组与变 桨距机组。 定桨距风力发电机组的功率调节完全 依靠叶片的气动特性。这种机组的输出 功率随风速的变化而变化,当风速超过 额定风速时,通过叶片的失速或偏航控 制降低风能转换系数Cp,从而维持功率 恒定。
风力发电基础知识
2国02测10诺-1德-28·技术部
• 控制系统结构图(WP4000)
2国03测10诺-1德-28·技术部
2国04测10诺-1德-28·技术部
2国05测10诺-1德-28·技术部
2国06测10诺-1德-28·技术部
• Cp值随着尖速比和桨距角的变化而变化
2国07测10诺-1德-28·技术部
23国02测10诺-1德-28·技术部
5
2 3
1
4
6
风力发电基础知识
2国0测10诺-1德-28·技术部
23国0测10诺-1德-28·技术部
2国40测10诺-1德-28·技术部
• 年平均风速(10分钟)分布曲线和风切变曲线
Webull分布曲线
风切变指数曲线
2国50测10诺-1德-28·技术部
• 按照叶轮放置方向 • 水平轴: 叶轮轴线呈水平方向布置 • 垂直轴: 叶轮轴线呈垂直方向布置 • 按照接入电网方式 • 根据风机正常运行时是否直接接入电网分为并网型和离网
2国0测10诺-1德-28·技术部
2国01测10诺-1德-28·技术部
– 控制系统主要部件 – 主控器(核心控制模块软硬件) – 变桨控制器(变桨控制模块、变桨电机伺服及电机, 蓄电池) – 变频器(双馈机型和同步机型) – 通讯模块(系统内部通讯、风场内通讯) – SCADA软件(用于远程监控) – 控制系统调试内容 – 静态检查(接线、参数整定) – 动态部件(变桨、主控逻辑、偏航等) – 联调(从切入到并并网)
型 • 离网型风机常与太阳能组成风光电互补动力源。 • 按叶轮布置位置 • 若叶轮布置在机舱前,称为上风向;否则称为下风向; • 传动链布置 • 根据有无齿轮箱分为非直驱和直驱机型 • 其他方式 • 如叶片数量、机型容量等级、安装地点(海上或陆上)
风力发电机基础施工方法
风力发电机基础施工方法
1. 嘿,你知道风力发电机基础施工第一步该干啥不?就像盖房子得先打牢地基一样,咱得先选个好地儿呀!比如说找个平坦又结实的地方,这多重要啊!不然以后咋能稳稳地立住风力发电机这个大家伙呢。
2. 那选好了地,接下来就得深挖大坑啦!这就跟挖宝藏似的,可不得认真对待呀!挖多深合适呢,这可得好好琢磨琢磨,挖浅了可不行哟!
3. 基础的混凝土浇筑那可是关键呐!这就好比给蛋糕抹奶油,得均匀得细致呀,可不能有一点马虎,不然以后出问题咋办呐!
4. 钢筋的铺设也不能马虎呀!你想想看,这就像是人的筋骨一样,得结实牢固才行呢,这要是弄不好,那能行嘛!
5. 模板安装的时候可得仔细咯!就跟给礼物包装一样,得严丝合缝的,不能有缝隙漏浆呀,不然多难看呀!
6. 等这些都弄好了,养护可不能忘啊!就像照顾小孩子一样,得精心呵护着,不然怎么能茁壮成长呢,对吧!
7. 预埋件的安装也重要着呢!这就像是给机器装上关键零件,少了它可运转不起来呀,可得重视起来!
8. 基础的验收那可是要严格把关呀!这可不是闹着玩的,这关系到以后风力发电机能不能安全稳定运行呢,能不认真嘛!
9. 哎呀呀,这风力发电机基础施工真的是每一步都不能马虎呀!只有每一步都做到位了,才能保证风力发电机稳稳地工作呀!我的观点就是,施工无小事,每一个环节都得用心对待!。
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风机发电机基础Fundamentals of wind turbinesFundamentals of wind turbines风机设计基础(Basics of Wind Turbine Design)•风机技术规范(Wind Turbine Specification)•功率等级(Rating)•叶片数目和风轮优化(Blade Number & RotorOptimisation)•气动调节(Aerodynamic Regulation)•安全系统–风轮刹车(Safety System –Rotor Brake)•转动模式(Speed Mode)Fundamentals of wind turbines风机技术规范(Wind Turbine Specification)•目标市场(Target market )以便在开发进入产品设计时样机的确定和定义影响设计的关键市场约束(噪音,视觉,噪音,视觉,电磁干扰,电网,运输限制等等电磁干扰,电网,运输限制等等)(forthe prototype after development into a production design and definition of key market constraints that will affect the design (acoustic, visual, EMI, grid, transportation limits, other))•确定环境条件(Definition of the environmental conditions )以便为风机设计选择设计标准和风场等级及以便为风机设计选择设计标准和风场等级及其他其他其他选择选择(for thedesign via selection of a design standard and site class or otherwise)Fundamentals of wind turbines风力发电机将风的动能转化成电能(A wind turbine converts thekinetic energy of the wind into electrical energy要求(Requirements:)•廉价的电(low cost electricity)•能生存(survival!)•对环境影响最小(minimum environmental impact)WINDTEC 1.5MWFunctional SpecificationFundamentals of wind turbines1.叶片(Blade)2. 叶片轮毂(Blade hub)3. 叶片轴承(Blade bearing)4. 主轴(Main shaft)5. 次发电机(Secondary generator)6. 齿轮箱(Gearbox)7. 刹车片(Disk brake)8. 冷油器(Oil cooler)9. 万向轴(Cardan shaft)10. 主发电机(Primary generator)11. 维护吊车(Service crane)12. 变浆液压缸(Pitch cylinder)13. 设备基础(Machine) foundation14. 塔架(Tower)15. 偏航控制(Yaw control)16. 齿轮连杆(Gear tie rod)17. 偏航环(Yaw ring)18. 偏航齿轮(Yaw gears)19. VMP 上部控制单元(VMP top control unit)20. 液压单元(Hydraulic unit)风机的原理图(Schematic diagram of turbine)Fundamentals of wind turbines•风湍流(Wind turbulence)•失速(Stall)•高周疲劳(High cycle fatigue)•变化的传动系统载荷(Varyingdrive train loads)•共振动力学(Resonant dynamics)•高可靠性(High reliability)•低成本(Low cost)•尾流相互作用(Wake interactions)风机是复杂的(Wind turbines are complicated)Fundamentals of wind turbines•风(Wind)•空气动力学(Aerodynamics)•叶片动力学(Blade dynamics)•控制(Control)•传动系统(Drive train)•电气网络(Electricalnetwork)•塔架(Tower)•基础(Foundations)每部分都是耦合在一起的(Everything is coupled)Fundamentals of wind turbines发电生产的基本概念(Basics of Power Production)•风功率与风速的三次方成正比(Wind power proportional tocube of wind speed)•出于实际的和经济效益的考虑必须限制风机的功率(Practical and economic reasons for limiting turbine power)•风轮设计(Rotor designs)Fundamentals of wind turbines风的分布和风机功率曲线(Wind distribution and power curve)风速[米/秒]电功率兆瓦概率密度Fundamentals of wind turbines叶片数目(Blade Number)123两片叶Wind Turbines with Two Blades 从历史上看:高速,低转矩,但比三叶片噪音大(Historically higherspeed, lower torque, noisierthan three blades)空气动力学效率比三叶片低4%(Aerodynamic efficiency 4%lower than three blades)静止时可平衡,但是需要跷跷板轮毂来减少循环载荷(Staticallybalanced but needs teeter hingeto reduce cyclic loading)WE G MS3=300Fundamentals of wind turbines三叶片Three Blades•较小的循环载荷,简单刚性轮毂(Dynamically balancedand hence lower cyclic loadswith simple rigid hub)•低视觉影响(Moreacceptable visual impact)Fundamentals of wind turbines设计选型 上风向或者下风向(Design options=upwind or downwind)风风上风向(Upwind)下风向(Downwind)Fundamentals of wind turbines上风向或者下风向(Upwind or downwind?)上风向(Upwind)•塔影对载荷和噪音的影响较小(reduced tower shadow effect on loads and noise)•叶轮推力可以补偿风轮的悬臂重力距(rotor thrust offsetsoverhung rotor weight)•叶片 塔架的净空会有问题(blade 1tower clearance moreproblematic)•必须主动偏航(active yaw)下风向(Downwind)•塔影对载荷和噪音有很大的影响(significant tower shadow effect on loads and noise)•风轮推力叠加到风轮的悬臂重力距上(rotor thrust adds tooverhung rotor weight)•净空问题不大(blade 1tower clearance less problematic)•可以被动偏航(passive yaw is possible)Fundamentals of wind turbinesFundamentals of wind turbines上风向(Upwind)WindMaster: Blades bend towards tower in high windsMWT 300: Blades coned androtor axis tilted Fundamentals of wind turbines10 x Carter CWT 300 kW, Great Orton, NW England (now repowered)下风向(Downwind)Fundamentals of wind turbines气动调节(Aerodynamic Regulation)风机系统设计中的两个主要要求是在风轮的空气动力和概念设计时满足的。
(Two main challenges in wind turbine system design are usually addressed in the aerodynamic and concept design of the rotor)•限制风轮的功率–通常利用叶片变浆距(limiting rotor power –typically byblade pitching)•防止风能过速–目前大多数也是通过改变叶片浆距,有些利用叶尖刹车,很少使用机械刹车(preventing rotor overspeed –most usually now also by bladepitching, sometimes by tip brakes and rarely by mechanical shaft brake(s))调节过速比调节功率相对简单,但是应付气动调节过速比调节功率相对简单,但是应付气动扭矩的反应和变化。
扭矩的反应和变化。
(Regulating overspeed is a less complex procedure than power regulation but much more demanding in terms of reacting/changing aerodynamic torque.)Fundamentals of wind turbines•简单,低成本的方案(simple, low cost solution)•较低的发电量,较高的推力载荷(lower energy yield, higher thrust loads)•设计的不确定性(design uncertainty)•除非采用主动失速需另加气动刹车(separate aerodynamic brake exceptwith “active stall”)怎样调节功率?(How can the power beregulated?)a) 失速调节(Stall regulation)风固定浆距角Fundamentals of wind turbines•变浆系统硬件和控制的较大复杂性和成本(greatercomplexity and cost of pitch system hardware and control)•低载荷(lower loads)•“内置”空气动力刹车(“built in ”aerodynamic braking)如何控制功率(How can power be controlled?)b)变浆调节(Pitch regulation)Fundamentals of wind turbines0.00.51.01.52.02.53.019961998200020022004yearr a t i o o f p i t c h /s t a l l在兆瓦级风机中变浆调节和失速调节应用的比例(Ratio of pitch to stall regulated designs –MW scale)变浆/失速年份Fundamentals of wind turbines监控(Supervisory control)•关机和开机等等的逻辑(logic for stops & starts etc)•偏航控制(yaw control)•故障检测,正常状态监视(fault detection, health monitoring)闭环控制(Closed loop control)•功率和/或速度调节(regulation of power and/or speed)•驱动器过多的要求(avoiding excessive actuator demands)•减轻风机载荷(alleviating turbine loads)安全系统(Safety system)•风机在正常工作限以外运行时启动(activated when turbine outside normal operating limits)•确保不超过设计界线(ensures design limits not exceeded)•维护风机在安全状态(maintains turbine in safe condition )风机控制和安全系统(Wind turbine control and safety systems)Fundamentals of wind turbines风轮叶片(Rotor blades)•固定浆距,失速调节(fixedpitch stall regulation)•变浆调节(pitch regulation)•主动失速(active stall)发电机(Generator )•定速(fixed speed)•变速(variable speed)•变滑差(variable slip)设计选型 控制概念(Design options =control concept)设计选型 塔架(Design options –tower)桁架式塔架悬臂式塔架拉杆式塔架Fundamentals of wind turbinesFundamentals of wind turbinesFundamentals of wind turbines风机尺寸的增长(Growth of wind turbine size)15m 20m40m 50m124m1980 1985 1990 1995 2000 2003Fundamentals of wind turbines风机尺寸的增长(Growth of wind turbine size)196024m199643m199754m200080m2002104m2003技术发展趋势(Technology developments)•更好的理解(Better understanding)–测量(measurements)–预测(predictions)•组长,柔性风轮设计(Low solidity, flexibile rotor designs)•直驱(Direct drive)•复杂的控制(Sophisticated control)•大型风机 海上风场(Larger scale –offshore)•为海上风机进行专门的设计(Offshore specific designs)Fundamentals of wind turbines基本概念总结(Summary of Fundamentals)介绍了(Reviewed)•技术规范(Specification)•关于结构和运行的主要决定(The main decisions aboutconfiguration and operation)要进一步介绍(Yet to come)•风轮空气动力学(Rotor aerodynamics)•力和动力响应(Forces and dynamics)•控制(Control)•认证(Certification)•有关海上风机,厂址特定和地震的问题(Offshore, site specific and seismic issues)Fundamentals of wind turbines。