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风力发电基础知识汇总

2020-03-09  来源:中国风力发电网  [已有0人评论]  [有偿投稿]
核心提示:风力发电的原理。
中国风力发电网讯:风力发电把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,这就是风力发电
风力发电的原理
利用风力带动风车叶片旋转, 再透过增速机将旋转的速度提升, 来促使发电机发电。 依据目 前的风车技术,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度) ,便可以开始发电。 风力发电正 在世界上形成一股热潮,因为风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。 风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。这种风力发电机组,大体上可分风轮 (包括尾 舵)、发电机和铁塔三部分。 (大型风力发电站基本上没有尾舵, 一般只有小型 (包括家用型) 才会拥有尾舵)
风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只 (或更多只 )螺旋桨形的叶轮组成。当 风吹向浆叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多 用玻璃钢或其它复合材料 (如碳纤维 )来制造。(现在还有一些垂直风轮, s 型旋转叶片等,其 作用也与常规螺旋桨型叶片相同)
由于风轮的转速比较低,而且风力的大小和方向经常变化着,这又使转速不稳定;所以,在 带动发电机之前, 还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱, 再加一个调 速机构使转速保持稳定, 然后再联接到发电机上。 为保持风轮始终对准风向以获得最大的功 率,还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。
铁塔是支承风轮、 尾舵和发电机的构架。 它一般修建得比较高, 为的是获得较大的和较均匀 的风力, 又要有足够的强度。 铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况, 以及风轮的直径大 小而定,一般在 6-20 米范围内。
发电机的作用是把由风轮得到的恒定转速, 通过升速传递给发电机构均匀运转, 因而把机 械能转变为电能。
小型风力发电系统效率很高, 但它不是只由一个发电机头组成的, 而是一个有一定科技含量 的小系统:风力发电机 +充电器 +数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。 每一部分都很重要, 各部分功能为: 叶片用来接受风力并通过机头转为电能; 尾翼使叶片始 终对着来风的方向从而获得最大的风能; 转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功 能;机头的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生电能。
一般说来, 三级风就有利用的价值。 但从经济合理的角度出发, 风速大于每秒 4 米才适宜于 发电。据测定,一台 55 千瓦的风力发电机组,当风速为每秒 9.5 米时,机组的输出功率为 55 千瓦;当风速每秒 8 米时,功率为 38 千瓦;风速每秒 6 米时,只有 16 千瓦;而风速每 秒 5 米时,仅为 9.5 千瓦。可见风力愈大,经济效益也愈大。
在我国,现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。
我国的风力资源极为丰富, 绝大多数地区的平均风速都在每秒 3 米以上,特别是东北、 西北、 西南高原和沿海岛屿,平均风速更大;有的地方,一年三分之一以上的时间都是大风天。在 这些地区,发展风力发电是很有前途的。中国风能储量很大、分布面广,仅陆地上的风能储 量就有约 2.53 亿千瓦。 2009 年,中国(不含台湾地区)新增风电机组 10129 台,容量 13803.2MW ,同比增长 124%;累计安装风电机组 21581 台,容量 25805.3MW 。按照国家规 划,未来 15 年,全国风力发电装机容量将达到 2000 万至 3000 万千瓦。以每千瓦装机容量 设备投资 7000 元计算,根据 《风能世界》杂志发布,未来风电设备市场将高达 1400 亿元至 2100 亿元。风电发展到目前阶段,其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。风电的优 势在于:能力每增加一倍,成本就下降 15% 。
风力发电的输出
风力发电机因风量不稳定,故其输出的是 13~25V 变化的交流电,须经充电器整流,再对 蓄电瓶充电, 使风力发电机产生的电能变成化学能。 然后用有保护电路的逆变电源, 把电瓶 里的化学能转变成交流 220V 市电,才能保证稳定使用。
一个家庭一年的用电只需 20 元电瓶液的代价。
风力发电机种类
尽管风力发电机多种多样, 但归纳起来可分为两类: ①水平轴风力发电机, 风轮的旋转轴与 风向平行;②垂直轴风力发电机,风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。
优缺点
优点
1、清洁,环境效益好;
2、可再生,永不枯竭;
3、基建周期短;
4、装机规模灵活。
缺点
1、噪声,视觉污染;
2、占用大片土地;
3、不稳定,不可控;
4、目前成本仍然很高。
5、影响鸟类。
发电机结构
风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械, 又称风车。 广义地说, 它是一以大气为工作 介质的能量利用机械。
机舱:机舱包容着风力发电机的关键设备,包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发 电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子,即转子叶片及轴。
转子叶片:捉获风,并将风力传送到转子轴心。现代 600 千瓦风力发电机上,每个转子叶片 的测量长度大约为 20 米,而且被设计得很像飞机的机翼。
轴心:转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。
低速轴: 风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。 在现代 600 千瓦风力发电机 上,转子转速相当慢,大约为 19 至 30 转每分钟。轴中有用于液压系统的导管,来激发空气 动力闸的运行。
齿轮箱:齿轮箱左边是低速轴,它可以将高速轴的转速提高至低速轴的 50 倍。 高速轴及 其机械闸:高速轴以 1500 转每分钟运转,并驱动发电机。它装备有紧急机械闸,用于空气 动力闸失效时,或风力发电机被维修时。
发电机:通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上,最大电力输出通常为 500 至 1500 千瓦。
偏航装置:借助电动机转动机舱,以使转子正对着风。偏航装置由电 子控制器操作, 电子控制器可以通过风向标来感觉风向。 图中显示了风力发电机偏航。 通常, 在风改变其方向时,风力发电机一次只会偏转几度。
电子控制器: 包含一台不断监控风力发电机状态的计算机, 并控制偏航装置。 为防止任何故 障(即齿轮箱或发电机的过热) ,该控制器可以自动停止风力发电机的转动,并通过电话调 制解调器来呼叫风力发电机操作员。
液压系统:用于重置风力发电机的空气动力闸。
冷却元件:包含一个风扇,用于冷却发电机。此外,它包含一个油冷却元件,用于冷却齿轮 箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。
塔:风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势,因为离地面越高,风速越大。现代 600 千瓦风汽轮机的塔高为 40 至 60 米。它可以为管状的塔, 也可以是格子状的塔。 管状 的塔对于维修人员更为安全, 因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。 格状的塔的优点在于 它比较便宜。
风速计及风向标:用于测量风速及风向


 
 

(来源:分散式风电)

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