风力发电原理讲解

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定桨距风力机
按功率调节方式划分 变桨距风力机
主动失速型风力机
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定桨距风力机:叶片固定在轮毂上，桨距角不变，风力 机的功率调节完全依靠叶片的失速性能。当风速超过 额定风速时，在叶片后端将形成边界层分离(湍流状态 )，使升力系数下降，阻力系数增加，从而限制了机组 功率的进一步增加。 优点:结构简单。 缺点:不能保证超过额定风速区段的输出功率恒定，并 且由于阻力增大,导致叶片和塔架等部件承受的载荷相 应增大。此外，由于桨距角不能调整，没有气动制动 功能，因此定桨距叶片在叶尖部位需要设计专门的制 动机构。
单机容量越大，桨叶越长。2MW风力机叶片 的直径已经达到72m，最长的叶片已经做到50m，且随 着机组容量的增加会更长。
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按风轮结构划分
按照风轮结构及其在气流中的位置： 水平轴风力机:叶片围绕一个水平轴旋转，旋转平
面与风向垂直。 垂直轴风力机: 风轮围绕一个垂直轴进行旋转。
缺点：发电机极对数高，体积比较大，结构复杂。
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半直驱型：上述两种类型的综合。中传动比型风力
机减少了传统齿轮箱的传动比，同时也相应减少了多
极同步风力发电机的极数，从而减少了发电机的体积
。
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通过传动系统连接风轮和发电机，使发电机
转子达到所需要的转速。并网风电机组所用交流发电机
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我国海上风机发展趋势——滩涂风电场
目前，我国已建或在建的滩涂风电场主要集中在潮上带及围垦区。潮 间带由于淤泥地质，风电设备运输安装都是难题。但是相比于近海风电， 业内专家认为潮间带风电场还具有一定成本优势。国内首个海上潮间带风 力发电项目——龙源江苏如东海上潮间带试验风场于09年10月并网发电成 功，首批两台1.5兆瓦风力发电机组正式并网运行。
目前的大型兆瓦级风电机组普遍采用变桨距控制技术。
主动失速型风力机：工作原理相当于以上两种形式的组合。 利用叶片的失速特性实现功率调节，叶片与轮毂不是固定连 接，叶片可以相对轮毂转动，实现桨距角调节。当机组达到 额定功率后，使叶片向桨距角向减小的方向转过一个角度， 增大来风攻角，使叶片主动进入失速状态，从而限制功率。 优点：改善了被动失速机组功率调节的不稳定性。 缺点：增加了桨距调节机构，使设备变得复杂。
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按传动形式划分
高传动比齿轮箱型：
优点：由于极对数小，结构简单，体积小； 缺点：传动系统结构复杂，齿轮箱设计、运行维护 复杂，容易出故障。
直接驱动型：采用多级同步风力发电机，让风轮直 接带动发电机低速旋转。
优点：没有了齿轮箱所带来的噪声、故障率高和维 护成本大等，提高了运行可靠性。
的同步转速为
n 60 f (r / min) p
p
为发电机磁极f 对数；为电网频率，50Hz。
风轮转速较低，约10~20r/min，而发电机要输 出50Hz的交流电功率，当发电机的磁极对数不同时，要 求转子的转速也不同。如当磁极对数为2时，要求发电机 其转子转速在1500r/min左右，这时需要在风轮与发电机 组之间用齿轮箱进行增速。如果发电机组的极对数足够 大，使得发电机转速与风轮转速接近，就不需要增速齿 轮箱。
3)基础形式与陆地风电机组有巨大差别。由于不同海域 的水下情况复杂、基础建造需要综合考虑海床地质结构、 离岸距离、风浪等级、海流情况等多方面影响，因此海上 风电机组复杂，用于基础的建设费用也占较大比例。
海上风电在风资源评估、机组安装、运行维护、设备 监控、电力输送等许多方面都与陆地风电存在差异，技术 难度大、建设成本高。
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2)风电机组安全可靠性要求更高。海上风电场遭遇极端 气象条件的可能性大，强阵风、台风和巨浪等极端恶劣天 气条件都会对机组造成严重破坏。海上风电场与海浪、潮 汐具有较强的耦合作用，使得风电机组运行在海浪干扰下 的随机风场中，载荷条件比较复杂。海上风电机组长期处 在含盐湿热雾腐蚀环境中，加之海上风电机组安装、运行 、操作和维护等方面都比陆地风场困难。因此，海上风电 机组结构，尤其是叶片材料的耐久性问题极为重要。
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陆地风电机组 海上风电机组
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a) 陆上风机
b) 海上风机 能源动力与机械工程学院
沿海风场风况和环境条件与陆地风场存在差别，海上 风电 机具有一些特殊性：
1)适合选用大容量风电机组。海上风速通常比沿岸陆地高 ，风速比较稳定，不受地形影响，风湍流强度和风切变都比较 小，并且具有稳定的主导风向。在相同容量下，海上风电机组 的塔架高度比陆地机组低。
风力发电原理
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雷鸣 热能工程教研室
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第三章 风力机分类和构成
• 风力机的类型 • 风电机组主要参数及设计级别 • 水平轴风力机构造
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§3-1 风力机的类型
按容量划分
小型风力机：容量小于60kW 中型风力机：容量为70～600kW 大型风力机：容量为600～1000kW（1MW） 巨型风力机：容量大于1000kW。
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变桨距风力机：叶片和轮毂不是固定连接，叶片桨距角可调 。在超过额定风速范围时，通过增大叶片桨距角，使攻角减 小，以改变叶片升力与阻力的比例，达到限制风轮功率的目 的，使机组能够在额定功率附近输出电能。 优点：高于额定风速区域可以获得稳定的功率输出。 缺点：需要变桨距调节机构，设备结构复杂，可靠性降低。
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按发电机转速变化划分
恒速型风力机：发电机转速恒定不变，不随 风速的变化而变化。 变速型风力机：发电机工作转速随风速时刻变 化而变化。主流大型风力发电机组基本都采用 变速恒频运行方式。 多态定速风力机：发电机组中包含两台或多台 发电机，根据风速的变化，可以有不同大小和 数量的发电机投入运行。