风力发电技术综述

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本科生毕业论文（设计）

题目：风力发电技术综述

学习中心：

层次：专科起点本科

专业：电气工程及其自动化

年级： 2012 年秋季

学号：

学生：

指导教师：风力发电技术综述

风力发电技术综述

内容摘要

风能是一种清洁、实用、经济和环境友好的可再生能源，与其它可再生能源一道，可以为人类发展提供可持续的能源基础。在未来能源系统中，风电具有重要的战略地位。人类利用风能已经有数千年历史，现代风电研究与开发也有30多年的历史。许多国家投入了大量人力、物力对风力发电进行长期研究，这些研究成果使风力发电技术不断得到提高。风电开发多年来一直保持很高的增长速度，近几年中国的风电装机容量几乎以每年翻一番的速度迅猛发展。由于风力发电使用的一次能源——风能具有能量密度低、波动性大、不能直接储存等特点，风力发电领域仍然有许多问题需要进一步深入研究。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：风能；再生能源；风力发电

1 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.2.1 国外风力发电发展现状

1.2.2 我国风力发电发展现状

1.3 本文的主要内容

2 风力发电机

2.1 传统的风力发电机

2.1.1 笼型异步发电机

2.1.2 绕线式异步发电机

2.1.3 有刷双馈异步发电机

2.1.4 同步发电机

2.2 新型风力发电机

2.2.1 开关磁阻发电机

2.2.2 无刷双馈异步发电机

2.2.3 永磁无刷直流发电机

2.2.4 永磁同步发电机

2.2.5 全永磁悬浮风力发电机

3 风力发电控制技术

3.1 定桨距失速风力发电技术

3.2 变桨距风力发电技术

3.3 主动失速/混合失速发电技术

3.4 变速风力发电技术

4 风力发电系统的智能控制

4.1 模糊控制

4.2 神经网络控制

4.3 风力发电控制技术展望

.参考文献 .

III

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。

从近期来看，风力发电的价值在于可以提供一种可替代能源，从长远来看，则可以与其它可再生能源一道为人类提供可持续发展的能源基础。据测算，对于一台3MW的风轮机，其寿命周期内所发出的电能是它所消耗能量的35倍。风能是一种环境友好的能源，但也不是没有一点

排放。叶片、轮毂和塔架等部件的生产，材料开采和设备运输都需要消耗能源。这意味着只要这些能源消耗来源于化石燃料，就会产生排放。这种排放称为间接排放。

随着科学技术的进步、人类活动范围的增大以及生产、生活方式的改变，风能的非发电利用领域有可能比过去更加广泛。例如：风力泵水(或称“提水”)，尤其是在中东一些缺水地区应用很广泛。此外。风力脱盐(或称“海水淡化”)、 1

制氢等也是重要的风能利用领域。

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。

20世纪70年的石油危机，使美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入大量经费研制现代风力发电机组，开创了风能利用的新时代。世界范围内，风电发展很不平衡。至2003年底，欧洲约占世界风电总装机容量的74％，北美占18％，亚太地区仅占8％。其中，德国、美国、丹麦、印度和西班牙5个国家的风电装机容量之和超过了世界风电总装机容量的83％。

1.2.2 我国风力发电发展现状

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、示范应用、重点攻关、实用推广、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、示范、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，特别是在解决常规电网外无电地区农、牧、渔民用电方面走在世界的前列，生产能力、保有量 2

和年产量都居世界第一。在世纪开始的时候，中国还有约2000万人口没有用上电，在常规电网外，推广独立供电的风力发电机组，对解决农、牧、渔民看电视、听收音机、照明和用电动鼓风机做饭等生活用电问题，对于改善和提高当地经济，促进地区社会、文化事业发展，加强民族团结，巩固国防建设有着重大的意义。1986年4月，中国第一个风电场在山东荣城并网发电，三台55kW机组是由航空部和山东省由丹麦引进的，同年10月作为国际科技合作项目，利用比利时政府赠送的四台200kW机组建成平潭示范风电场。从1989年起全国各地陆续利用外国政府赠款或优惠贷款，引进机组建设风电场，装机容量逐年增长，规模在1万kW以上的有新疆达坂城，内蒙古辉腾锡勒广东南澳，惠来，辽宁东岗、丹东，吉林通榆和浙江苍山、鹤顶山等风电场，2000年底全国共有34.43万kW。

中国经济持续发展，对能源的需求增长很快，常规能源的供应及其带来的环境问题日益突出，风电随着技术的发展和批量的增大，成本将会继续下降，必然成为重要的清洁电源。东部沿海还有更丰富的海上风能资源，距离电力负荷中心又近，海上风电场在远期将是后续能源基地。