风能工程课程设计

课程设计（2015-2016学年第一学期）

课程名称：风能工程

学生：嘉栗

专业班级：13能源

学院：工程学院

学号： 176340018

学生成绩：

目录

第一章小型风力发电系统概述 (1)

1.1 小型风力发电的发展现状 (1)

1.2小型风力发电的前景 (2)

第二章设计原始资料 (2)

2.1 设计地点 (2)

2.2 设计要求及用途 (2)

第三章风力机的设计计算 (3)

3.1 风力机的基本参数 (3)

3.1.1 风力机的额定风速 (3)

3.1.2 风力机的风轮直径 (3)

3.2 风力机功率 (3)

3.3尾舵的长度与面积 (4)

3.4 塔架高度及形式 (5)

3.5 蓄电池容量 (6)

3.6控制器、逆变器、泄荷器的容量 (8)

3.6.1 控制器的容量 (8)

3.6.2 逆变器的容量 (8)

3.6.3 泄荷器的容量 (8)

第4章风力机其他部件选择与匹配 (9)

4.1 叶片的组成 (9)

4.2风轮的结构设计 (12)

4.3 调速机构—侧翼式组成 (13)

4.4 发电机型号选择 (14)

4.5 其它附属部件的设计说明 (15)

第五章设计总结 (15)

参考文献 (17)

第一章小型风力发电系统概述

1.1 小型风力发电的发展现状

小型风力发电产业在持续地发展，但远没有大型风力发电产业那么迅速。到目前为止，对全球 50W-100kW 的小型风力发电机组生产量的粗略估计是 650,000 到 700,000 台，装机容量为 200MW 到 280MW。最成功的是用于分散家庭的小型风力发电机组，功率往往仅几百瓦。最大的市场是我国和蒙古的户用系统，也包括一些较大容量的风能互补系统，风力发电机组的单机容量为 1-50kW。同时，还有大量的小型风力发电机组被应用到了移动通信基站。中国的风能资源十分丰富。根据全国900多个气象站的观测资料进行估计，中国陆地风能资源总储量约32.26亿KW，其中可开发的风能储量为2.53亿KW，而海上的风能储量有7.5亿KW，总计为10亿KW。我国的风电开发起步较晚，大体分为三个阶段。第一阶段是1986～1990年我国并网风电项目的探索和示阶段。其特点是项目规模小，单机容量小，最大单机200KW，总装机容量4.2千KW。第二阶段是1991～1995年示项目取得成效并逐步推广阶段。共建5个风电场，安装风机131台，装机容量3.3万KW，最大单机500KW。第三阶段是1996年后扩大建设规模阶段。其特点是项目规模和装机容量较大，发展速度较快，平均年新增装机容量6.18万KW，最大单机容量达到1300KW。

小型风力发电机组一般由风轮、发电机、调速和调向机构、停车

机构、塔架及拉索等、控制器、蓄电池、逆变器等几部分组成。1.2小型风力发电的前景

中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持快速发展。随着中国风电设备的国产化，风光互补系统等新型技术的日渐成熟，小型风力发电的成本可望再降，经济效益和社会效益提升，小型风力发电市场潜力巨大。小型风电机组相关设备制造、小型风电技术研发、风电路灯等领域成为投资热点，市场前景看好。

第二章设计原始资料

2.1 设计地点

省市农业大学能源基地

2.2 设计要求及用途

表1 市气象资料

年平均风速(m/s) 海拔高度

/m

平均空气温

度℃

盛行风向（2011-2015）

/天

3.1 50 8.1 西南风428

小型风力发电机组可为农业大学能源基地的照明提供稳定可靠的电源。

第三章风力机的设计计算

3.1 风力机的基本参数

3.1.1 风力机的额定风速

小型风力发电机的额定风速为当地年平均风速的 1.6倍，即v=1.6×3.1=4.96

3.1.2 风力机的风轮直径

D=√2080Ne

（公式1）

v3η

式中：D—风轮直径，m；

v—额定风速，m/s ；

η—风力机的系统效率，取η= 20%；

Ne—输出功率，KW，取Ne=18KW。

求得D=39.2m

3.2风力机功率

风轮的功率与风轮叶片数目无直接关系，与风轮直径的平方成正比，与风速的立方成正比，与风轮功率系数成正比，即风轮的功率可表示为：

N=D2v3

C p(kW) (公式2)

2080

N e=N Vη(KW) (公式3)

式中：D—风轮直径,m ；

v—额定风速，m/s ；

η—风力发电系统总效率，η=0.2 ；

C p—风轮功率系数，C p= 0.2；

N—风轮功率，KW；

N v—吹向风轮的风具有的功率；

N e—风力机最终所发出的有效功率，KW 。

3.3尾舵的长度与面积

尾舵是最常见的一种调向装置，它广泛用于小、微型风力机上。尾舵由尾杆和尾翼组成（图1）

图1尾舵结构示意图

尾舵的长度按下式取值:

L1：L2=1：4（公式4）

实用中一般常使L1=0.15D；L2=0.6D。D为风轮直径。

可得：L1=0.15×39.2=5.88m，L2=0.6×39.2=23.52m

设转动着的风轮扫掠面积为A，尾翼的面积为A i，其面积之比按如下关系取值: