小型风力发电装置的设计

济源职业技术学院毕业设计题目小型风力发电装置的设计系别机电工程系专业机电一体化班级 0803班袁泉学号 08010315 指导教师高清冉日期 2010年11月设计任务书设计题目：小型风力发电装置设计设计要求：1、了解小型风力发电装置的基本设计原理和用途。

2、熟悉基本绘图软件的使用方法和技巧。

3、使用Solidworks绘画装配图、零件图。

设计进度要求：第一周：选择课题，勾勒基本的设计思路第二周：查找与其有关的资料；第三周：进行螺旋传动的设计和计算；第四周：进行发电机的设计；第五周：绘制草图第六周：完善初稿及草图使其语言更加简练、布局更加合理；第七周：整理电子稿；第八周：再次修改论文，进行答辩指导教师（签名）：摘要风能是一种无污染、可再生的清洁能源。

早在公元前200年，人类就开始利用风能了。

提水、碾米、磨面及船的助航都有利用风能的记载。

自第一次世界大战之后，丹麦仿造飞机的螺旋桨制造二叶和三叶高速风力发电机发电并网使用直至现在，风力发电机经历了近百年的发展里程。

20世纪80年代之后，世界工业发达国家率先研究、快速发展了风力发电机，建设了风电场。

现在风力发电机制造成本不断下降，已接近水力发电机的水平，制造及使用技术也日趋成熟。

20世纪末，世界每年风电装机容量以近20%的增长速度发展，风电现在已成为世界能源中发展最快的能源。

如果在总面积0.6%的地方安装上风力发电机，就能提供全部电力消耗的20%，可以关闭供电能力20%的以燃烧煤、重油等碳氢化合物为燃料而排放SO2、CO2和烟尘对大气和地球环境造成污染和破坏的火电场。

在今后10年，风力发电将成为世界各国重点发展的能源之一，风力发电机的制造业也必将成为新兴的机械制造业。

也将带动诸如大型钢管、钢板等冶金行业，发电机制造，电器控制，液压机械，复合材料等行业的发展；势必推动蓄电池向大容量、小体积、高效方向发展势必拓宽微机在风力发电机自动控制方面的应用和发展。

风力发电机的发展及其拉动的行业发展将成为数以万计的人创造就业机会。

可见，发展风力发电机及风力发电对于发展经济，保护环境，有着重要意义。

我国地域辽阔，风能资源丰富，风能储量达25.3亿MW。

1991年国家计委实施了“乘风计划”和“光明工程”，为中国全面发展大、中、小型风力发电机及风力发电创造了条件。

至2010年，我国在风能资源丰富地区先后建了249个风电场，总装机容量1546MW，已形成一定的风力发电基础及积累了较丰富的风力发电的经验。

风力发电机除应用于风电场外，尚有广阔的应用领域。

中、小型风力发电机可为国家电网上不能达到的地区的农民、牧民、海岛渔民提供生产生活用电。

可见，我国风力发电机及风力发电的发展前景十分广阔，前途光明。

关键词：小型，高效，节能（1）论文第二页为300字左右的中文容摘要，应说明本论文的目的、研究方法、成果和结论。

（2）论文摘要是学位论文的缩影，尽可能保留原论文的基本信息，突出论文的创造性成果和先进性。

（3）论文摘要应尽量深入浅出，通俗易懂，少用公式字母，语言力求精炼、准确。

（4）在本页的最下方另起一行，注明本文的关键词3-8个。

目录正文1 概述1.1 风力发电机的发展史简介早使用风帆船和风车的国家之一，至少在3000年前的商代就出现了帆船，到唐代风帆船已广泛用于江河航运。

最辉煌的风帆时代是明代，14世纪初叶中国航海家和七下西洋，庞大的风帆船队功不可没。

明代以后风车得到了广泛的应用，我国沿海沿江的风帆船和用风力提水灌溉或制盐的做法，一直延续到20世纪50年代，仅在沿海利用风力提水的设备增达20万台。

随着蒸汽机的出现，以及煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得，各种曾经被广泛使用的风力机械，由于成本高、效率低、使用不方便等，无法与蒸汽机、燃机和电动机等相竞争，渐渐被淘汰。

欧洲到中世纪才广泛利用风能，荷兰人发展了水平轴风车。

18世纪荷兰曾用近万座风车排水，在低洼的海滩上造出良田，成为著名的风车之国。

德国、丹麦、西班牙、英国、荷兰、瑞典、印度加拿大等国在风力发电技术的研究与应用上投入了相当大的人力及资金，充分综合利用空气动力学、新材料、新型电机、电力电子技术、计算机、自动控制及通信技术等方面的最新成果，开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展了变浆距控制及失速控制的风力机设计理论，采用了新型风力机设计理论，采用了新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出了变极、变滑差、变速、恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率及可靠性。

到了19世纪末，开始利用风力发电，这在解决农村电气化方面显示了重要的作用，特别是20世纪70年代以后，利用风力发电更进入了一个蓬勃发展的阶段。

1.2我国现阶段风电技术发展状况中国现代风力发电机技术的开发利用起源于20世纪70年代初。

经过初期发展、单机分散研制、系列化和标准化几个阶段的发展，无论在科学研究、设计制造，还是试验、示、应用推广等方面均有了长足的进步和很大的提高，并取得了明显的经济效益和社会效益。

我国对风电已有部分优惠政策，包括一下几个方面:1)风电配额:制定出常规火电污染排放量分配比例，由全国所有省区共同分摊的政策。

2)风电上网电价:落实风电高于火电的价差摊到全省的平均销售电价中。

制定出按常规水电污染排放量分配比例，由全国所有省区共同分摊的政策。

按地区具体情况定出风电最高上网电价的限制，并保持10年不变，促使业主充分利用资源，降低成本。

3)售电增值税:增加了新的税源，建议参照小水电，核定风电销售环节增值税率为6%。

4)银行贷款:为降低风电电价，减轻还贷压力，建议适当延长风电还贷期限还贷期增至15年；为风电项目提供贴息贷款。

5)鼓励采用国产化风电机:为采用国产化风电机的业主提供补贴和贴息贷款,补偿开发商的风险，帮助初期国产化机组进入市场，得到批量生产和改进产品的机会,以利降低成本。

表1-1 中国风电场装机容量发展情况（单位：万KW）1.3 风能利用发展中的关键技术问题风能利用发展中的关键技术问题风能技术是一项涉及多个学科的综合技术。

而且，风力机具有不同于通常机械系统的特性：动力源是具有很强随机性和不连续性的自然风，叶片经常运行在失速工况，传动系统的动力输入异常不规则，疲劳负载高于通常旋转机械几十倍。

对于这样的强随机性的综合系统，其技术发展中有下列几个关键技术问题1）空气动力学问题空气动力设计是风力机设计技术的基础，它主要涉及下列问题:一是风场湍流模型，早期风力机设计采用简化风场模型，对风力机疲劳载荷和极端载荷的确定具有重要意义；另一是动态气动模型。

再一是新系列翼型。

2）结构动力学问题准确的结构动力学分析是风力机向更大、更柔和结构更优方向发展的关键。

3）控制技术问题风力机组的控制系统是一个综合性的控制系统。

随着风力机组由恒速定浆距运行发展到变速变浆距运行，控制系统除了对机组进行并网、脱网和调向控制外，还要对机组进行转速和功率的控制，以保证机组安全和跟踪最佳运行功率。

1.4研究风力发电机的目的和意义中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，能源利用以煤炭为主。

在当前以石化能源为主体的能源结构中，煤炭占73.8%，石油占18.6%，天然气占2%，其余为水电等其它资源。

在电力的能源消费中，也是以煤炭为主，燃煤发电量占总发电量的80%。

但是，能为人类所用的石化资源是有限的，据第二届环太平洋煤炭会议资料介绍，按目前的技术水平和采掘速度计算，全球煤炭资源还可开采200年。

此外，石油探明储量预测仅能开采34年，天然气约能开采60年。

随着人口的增长和经济的发展，能源供需矛盾加剧，如果不趁早调整以石化能源为主体的能源结构，势必形成对数亿年来地球积累的生物石化遗产更大规模的挖掘、消耗，由此将导致有限的石化能源趋于枯竭，人类生态环境质量下降的恶性循环，不利于经济、能源、环境的协调发展。

电力部己制定“大力发展水电，继续发展火电，适当发展核电，积极发展新能源发电”的基本原则，把风力发电作为优化我国电力工业结构跨世纪的战略发展目标。

八届人大四次会议批准的我国经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要中提出“积极发展风能、海阳能、地热能等新能源发电”的指导方针，为我国发展多能互补的能源结构新格局起到了指导和促进作用。

风能是对人类生存环境影响最小的能源。

除此之外，风能资源非常丰富，取之不尽，用之不竭。

据统计，太阳向地球辐射的巨大能量中，约有1%转化为风能。

这些能量相当于全球每年消耗的煤、石油等化石燃料能量的总和，可见风能的潜力是非常大的。

随着风力发电技术日趋成熟，风力发电规模也不断扩大，美国加州由数家风能公司提供给电网的电量，足以供应旧金山这样的大城市的居民需求。

我国风电事业近年来发展较快，已有16万台微型风力发电机用于边远山区、牧区、海岛，初步解决了地处边远，居住分散，电网难以到达地区的居民用电问题。

同时也遏制了微型汽油发电机的发展，在节约石化燃料的同时，避免了各种有害气体的排放。

国家“九五”新能源发展计划提出，“九五”期间全国风力发电的总装机容量要突破40万千瓦。

为此，国家从宏观规划角度出发，制定了“乘风计划”，面向国外市场发展风力发电。

“乘风计划”不仅会大大促进我国风电事业的发展，而且对减排有害污染物，促进环境的改善有着重要意义。

风力发电近几年发展如此之快，是因为它有许多优点：1.设备简单，投资少，成本低，风力发电机的整个设备成本不足功率相当的火力发电，水力发电和核电站成本的1/4，在二、三年就可以收回全产投资；2.节省燃料和运输费用。

在风力资源丰富的地区，风力是取之不尽，用之不竭的，可就地建立风力发电站，就地用电，这样就可以节省大量的输电设备和能源。

许多燃料是十分重要的化学原料，把它白白的燃掉是十分可惜的。

我国资源并不十分丰富，充分利用风力资源意义就更重大了；3.利用风力可以减少对大气的污染，保护我们人类赖以生存的自然环境。

化学燃料不断向大气中排放对生物有害物质，严重的威胁人们健康，而风力能源则没有任何影响人类健康的有害物质。

由于它是清洁能源，对环境无污染，又由于我们国家地形复杂，人口又多，居住分散，对于电网涉及不到的地区，特殊行业，可以补充大电网的缺陷，起到拾遗补缺的作用，可以利用小型风机风力发电的地方主要有：(l)航运系统我们有长江等水系几条大河流，如长江航运中的拖船，一般在100一200吨，经常被搁置在江中间的锚地上，用电主要靠蓄电池。

使用风力发电机对蓄电池补充充电效果很好，这方面有成功的经验。

但是，由于国有运输企业的不景气，影响了市场。

另外，我们大小河流湖泊上的船舶数量惊人，用小型风力发电机解决它们的照明、收视电视、听广播，有很重要的意义和市场。