风力发电课程设计(2020年10月整理).pdf

榆林学院

专业综合实训

题目风力发电系统设计学生姓名任刚

学号 1305310111

院 ( 系 ) 能源工程学院专业能源与动力工程指导教师胡广涛

报告日期 2016年 12 月23日

风力发电系统设计 (1)

引言 (1)

1设计概述 (2)

1.1风力发电的意义 (2)

1.2明确风力发电系统设计的要求和条件 (2)

1.3风力发电系统设计方案的拟定 (3)

1.3.1风力发电机的类型及选择原则 (3)

1.3.2风电场类型 (3)

1.3.3安装地点 (4)

2风力发电系统结构组成设计 (4)

2.2风力发电系统设计参数 (5)

2.2.1风力发电机类型选择 (5)

2.2.2 风力机的功率 (6)

2.2.3控制方式 (6)

2.2.4最大功率追踪 (7)

3.1风力机设计计算 (7)

3.1.1叶片设计计算 (7)

3.1.2轮毂选型 (7)

3.1.3塔架设计计算 (8)

3.1.4齿轮箱的选择确定： (9)

3.1.5机舱设计 (9)

3.2控制系统选型设计 (9)

3.3变流器功率选择： (10)

3.4逆变器选型计算 (11)

3.5接触器的选择： (11)

3.6熔断器的选择： (12)

3.7传感器、继电器的选择： (12)

4设计体会 (12)

5主要参考文献 (13)

风力发电系统设计

引言

自然界的风，是由于大气运动而产生的自然形式。大气运动则是因为大气受到太阳的辐射，能量来源于大气吸收的部分太阳能，太阳到达地球辐射的20%会转变成风能。人类对于风能利用的历史久远，可以追溯到公元10世纪，波斯就出现了种水平转动的风磨，即为以风车为动力的磨坊。风能是种取之不尽、用之不竭的可再生能源之一。它的特点是生产运用过程安全清洁，成本花费较低，来源不受限制。风能也是种最具商业潜力，最具发展活力的绿色能源，运用于发电这一领域有很大的运用空间。

风电是目前技术最成熟、最具市场竞争力且极具发展潜力的可再生清洁能源，发展风电对于改善能源结构、保护生态环境、保障能源安全和实现经济的可持续发展等方面有着及其重要的意义。

风力发电具有装机容量增长快，成本下降快，安全环保等优势。风力发电在为社会发展和经济增长提供稳定可靠的电力供应的同时，可以有效地缓解空气污染、水体污染和温室效应问题。在各类新能源开发利用中，风力发电技术相对于其他能源开发是比较成熟的，并且具有大规模场地开发和商业经济开发的条件。风力发电可以完全避免像石油、煤炭等化石燃料发电所产生的大量污染物和二氧化碳排放。

我国的风能资源分布：我国风能资源的地区区域差异大。沿海、内蒙古和甘肃北部、黑龙江南部和吉林东部三个区域风能最多；青藏高原中部和北部、西北、华北、东北三区域的北部，东南沿海的风能资源丰富；山区，例如南岭、武夷山地区，辽河、华北、长江中下游平原、西北高原地区，风能可待开发利用；云贵川陕西、豫西、鄂北、湘西、福建广东，盆地地形区等风能贫乏。我国风能资源的分布除了具有空间上的差异以外，在时间上也有很大的差异。东部沿海地区，夏季风势力强劲，风能资源主要集中在夏季。而北方以及西北内陆地区，冬季风势力强劲，所以这些地区风能资源主要集中在冬季。海上风电场是最近世界范围内广泛推广使用的大型有效利用风能资源的

形式，在1980年初在美国加利福尼亚首先兴起。在海陆线附近由于陆地、海洋吸热量差异大，表体温度差异大而产生丰富的风能资源，风力强大，可以大规模采取进行发电。不过在海陆线上建设风力发电厂还存在技术的难度，需要投入巨额资金装备和维护，所以在美国，德国，中国等这样的大国才进行投产建设。

1设计概述

1.1风力发电的意义

随着电力和能源改革逐步深入，在国家倡导节能减排的大背景下，风

力发电成为新能源开发利用的重要领域。在有风力资源的地区，建设小型

风力发电或风光互补独立电站(集中供电系统或户用系统)成为为小型负

荷供电一种新选择。研究中小型风力发电系统的设计显得十分必要。

1.2明确风力发电系统设计的要求和条件

在烟台地区设计一个装机容量100KW的风电场，一台风力发电机的功率为10KW，需要10台风机。

中小型风力发电机一般应在风力资源较丰富的地区使用。烟台地区气象设计参数：如表：2014

2003年烟台市，全市平均气温

~

由此可得，历年平均气温为7.

12℃年平均温度（℃)：12.7最高温度（℃)：38最低温度（℃)：-12.8平均风速（m/s）：5.0 通过查取风功率密度等级表，得知烟台地区风功率密度为200~2502

/

W m（高度为30米）、W m（高度为10米）、320~4002

/

400~5002

W m（高度为50米）

/

1.3风力发电系统设计方案的拟定

1.3.1风力发电机的类型及选择原则

风力发电机组是将风能转化为电能的装置，按其容量可大小以划分为小型风电机组（10KW以下），中型风电机组（1划分为水平轴0~100KW），大型风电机组（100KW以上）；按其主轴与地面的相对位置，可以风力发电机组（主轴与地面平行），垂直轴风力发电机组（主轴与地面垂直）。

目前国内一些厂家研发生产采用永磁同步发电机的风机，由于永磁同步电机容易实现多极化，可省去或简化齿轮增速箱结构，其叶轮主轴与发电机可以直接祸合，不经齿轮增速而直接驱动发电机，因此这类风机又称为直驱(半直驱)式。直驱式风机由塔架、轮毂、桨叶、发电机、变频器、偏航系统、液压系统和电气控制等组成。直驱式风机均采用低速永磁同步发电机。

本设计考虑采用永磁同步发电机。

1.3.2风电场类型

并网型：接入电力系统运行，规模较大的风力发电场。

本设计选“并网型”风力发电，可以省去蓄电池等储能装置。选