风力发电综述

网络高等教育本科生毕业论文题目：风力发电技术综述

内容摘要

风能作为可再生能源的重要类别，具有蕴藏量巨大、可再生、分布广、无污染等特点，风力发电已成为世界可再生能源发展的重要方向。据WWEA统计，2009年全世界累计风电装机容量达到159GW，其中，2009年增加38GW。而在10年前，全球风力发电设置能力只有4GW，目前达到了38GW，相当于近10倍的增长。世界风能协会预计，全球风能市场将继续快速增长，世界风力发电能力在未来5年内，将增长160%，全球风力发电装机容量将在2014年达到409GW。本论文从全球视角出发，介绍了风能的作用及优缺点，世界风力发电应用现状与前景，世界各国风力发电应用进展、风力发电设备，中国风力发电的特点及发电状况，风力发电应用进展和展望等内容。

关键词：清洁能源；风力发电；毕业论文

目录

内容摘要 ........................................................................................................................... I 1 绪论 . (1)

1.1 课题的背景及意义 (1)

1.2 国内外发展现状 (2)

1.2.1 国外风力发电发展现状 (2)

1.2.2 我国风力发电发展现状 (2)

1.3 风力发电的优缺点 (4)

1.4 本文的主要内容 (5)

2 风力发电机 (6)

2.1传统的风力发电机 (6)

2.1.1 笼型异步发电机 (6)

2.1.2 绕线式异步发电机 (6)

2.1.3 有刷双馈异步发电机 (7)

2.1.4 同步发电机 (7)

2.2 新型风力发电机 (8)

2.2.1 开关磁阻发电机[2] (8)

2.2.2 无刷双馈异步发电机 (8)

2.2.3 永磁无刷直流发电机 (9)

2.2.4 永磁同步发电机 (9)

2.2.5 全永磁悬浮风力发电机 (9)

3 风力发电控制技术 (10)

3.1 定桨距失速风力发电技术 (10)

3.2 变桨距风力发电技术 (10)

3.3 主动失速/混合失速发电技术 (10)

3.4 变速风力发电技术 (10)

4 风力发电系统的智能控制 (12)

4.1 模糊控制 (12)

4.2 神经网络控制 (12)

4.3 风力发电控制技术展望 (12)

5 结论 (14)

参考文献 (16)

1 绪论

1.1 课题的背景及意义

风力发电是一种技术最成熟的可再生能源利用方式，发电机是风力发电机组中将风能转化为电能的重要装置，控制技术是风力机安全高效运行的关键。

国内外发展现状

风力发电的特点

风力发电是利用风能来发电，而风力发电机组（简称风电机组）是将风能转化为电能的机械。风轮是风电机组最主要的部件，由桨叶和轮毂组成。桨叶具有良好的空气动力外形，在气流作用下能产生空气动力使风轮旋转，将风能转换成机械能，再通过齿轮箱增速驱动发电机，将机械能转变成电能。在理论上，最好的风轮只能将约的风能转换为机械能。现代风电机组风轮的效率可达到40%。在风电机组输出达到额定功率之前，其功率与风速的立方成正比，即风速增加1倍，输出功率增加8倍，可见风力发电的效率与当地的风速关系极大。

风力发电的运行方式主要有两类。一类是独立运行供电系统，即在电网未通达的偏远地区，用小型风电机组为蓄电池充电，再通过逆变器转换成交流电向终端电器供电，单机容量一般为100W~10KW；或者采用中型风电机组与柴油发电机或太阳光电池组成混合供电系统，系统的容量约为10~200KW，可解决小的社区用电问题。另一类是作为常规电网的电源，与电网并联运行，联网风力发电是大规模利用风能的最经济方式。机组单机容量范围在200~2500kW之间，既可以单独并网，也可以由多台，甚至成百上千台组成风力发电场，简称风电场。

由于风速是随时变化的，风电的不稳定性会给电网带来一定影响，目前许多电网内都建设有调峰用的抽水蓄能电站，使风电的这个缺点可以得到克服。

而从现实的应用的角度来看，随着世界工业化进程的不断加快，使得能源消耗逐渐增加，全球工业有害物质的排放量与日俱增，从而造成气候异常、灾害增多、恶性疾病的多发，因此，能源和环境问题成为当今世界所面临的两大重要课题。由能源问题引发的危机以及日益突出的环境问题，使人们认识到开发清洁的可再生能源是保护生态环境和可持续发展的客观需要。可以说，对风力发电的研究和进行这方面的毕业设计对我们从事风力发电事业的同学是有着十分重大的理论和现实意义的，也是十分有必要的。

1.2 国内外发展现状

1.2.1 国外风力发电发展现状

19世纪末，丹麦首先开始探索风力发电，研制出风力发电机组。直到20世纪70年代以前，只有小小型充电用风力机达到实用阶段。美国在20世纪30年代还有许多电网未通达的地区，独立运行的小型风电机组在实现农村电气化方面起了很大作用，当时的机组多采用木制叶片、固定轮毂和侧偏尾舵调速，单机容量的范围为0.5~3kW。

1973年发生石油危机以后，美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入大量经费，动员高科技产业，利用计算机、空气动力学、结构力学和材料科学等领域的新技术研制现代风力发电机组，开创了风能利用的新时期。

20世纪70年代到80年代中期，美国、英国和德国等国政府投入巨资开发单机容量1000kW以上的风电机组，承担课题的都是著名大企业，如美国波音公司研制了2500kW和3200kW的机组，风轮直径约为100m,塔高为80m，安装在夏威夷的瓦胡岛；英国的宇航公司和德国MAN公司分别研制了3000kW的机组，所有这些巨型机组都未能正常运行，因其发生故障后维修非常困难，经费也难以维持，没有能够发展成商业机组，未能形成一个适应市场需求的风电机组制造产业。

1.2.2 我国风力发电发展现状

中国风能资源丰富，根据全国900多个气象站的观测资料估计，我国陆地风能资源总储量约3226亿千瓦，其中可开发利用的风能资源总量为253亿千瓦，居世界首位；中国近海（水深小于15米）风能资源，估计为陆上的三倍，即近海的风能储量约为75亿千瓦。这样，陆上和近海10米高处技术可开发风能资源总量，总计约为10亿千瓦。现代大型风力发电机组高度已超过50米，50米处的风能密度为10米高处的2倍，这样，中国技术可开发的风能资源总量，即可高达20亿千瓦。

我国东南沿海和山东、辽宁沿海及其岛屿，内蒙古北部，甘肃、新疆北部以及松花江下游等地区均属风能资源丰富区，年平均风速大于等于6m/s，有效风能密度大于等于200W/m2，有很好的开发利用条件。这些地区中很多地方常规能源贫乏，无电或严重缺电，尤其是新疆、内蒙古的大部分草原牧区及沿海几千个岛屿，