风力发电综述

网络高等教育本科生毕业论文（设计）题目：风力发电技术综述学习中心：奥鹏培训中心层次：专科起点本科专业：电气工程及其自动化年级：2010年秋季学号：学生：指导教师：完成日期：2012年8月15日风力发电技术综述I内容摘要风能是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展风电这一清洁能源已成为世界各国的战略选择，同时也是可再生能源发展的重要方向。因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用，已受到世界各国的高度重视。本文介绍了风能的利用，国内外风力发电发展现状，分析比较了各种风力发电机的优缺点，介绍了相关风力发电控制技术，阐述了智能控制方法在风力发电系统中的应用，最后对未来风力发电机和风力发电控制技术作了展望。关键词：风力发电；控制技术；毕业论文风力发电技术综述II目录内容摘要...........................................................................................................................I1绪论............................................................................................................................11.1课题的背景及意义........................................................................................11.2国内外发展现状............................................................................................21.2.1国外风力发电发展现状....................................................................21.2.2我国风力发电发展现状....................................................................21.3本文的主要内容............................................................................................32风力发电机................................................................................................................52.1传统的风力发电机........................................................................................52.2新型风力发电机............................................................................................73风力发电控制技术....................................................................................................93.1定桨距失速风力发电技术............................................................................93.2变桨距风力发电技术....................................................................................93.3主动失速/混合失速发电技术......................................................................93.4变速风力发电技术........................................................................................94风力发电系统的智能控制......................................................................................114.1模糊控制......................................................................................................114.2神经网络控制..............................................................................................115结论....................................................................................................................12参考文献........................................................................................................................13风力发电技术综述11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。现今调整能源结构、减少温室气体排放、缓解环境污染、加强能源安全已成为国内外关注的热点。国家对可再生能源的利用,特别是风能开发利用给予了高度重视。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。风力发电技术综述21.2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。近二十多年，国外大型风电技术日趋成熟，发电成本持续下降，产业不断成长壮大。目前，单机容量1-3MW机组是目前国际主流风电机组，5MW风电机组已投入试运行；MW级机组中普遍采用变速、变桨距技术。主流机组已普遍采用轻质高性能玻璃纤维叶片，更大的5～10MW叶片则开始尝试应用碳纤维材料。最近数年来，又随着风电产业的发展和巨型企业（如美国GE、德国西门子）的加入，国际风电制造业竞争日趋激烈，行业集中度不断上升，前4家和前10家企业分别占据全球市场的80%和96%，标志着国际风电制造业的不断成熟和市场竞争日趋激烈。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，人口分散，电网难以通达，或无电力供应，或采用很贵的柴油发电。在上述地区，利用风力发电，以节约能源，改善环境，缓解电力供应紧张状况，具有重要意义。风力发电技术综述3另一方面，这几年我国的交通条件得到很大的改善，电网覆盖程度有了很大的提高，不少风能资源丰富地区已置于电网覆盖之下，这也为建设大型风电场提供了有利条件。上述情况决定了我国发展风电的特点是：在风能资源丰富或较丰富的边远无电、缺电地区，以发展小型或中型独立运行的风电系统（包括风力/柴油联合发电和风/光联合发电等）为主，利用风力发电解决边远地区的生活用电和部分生产用电；在风力资源丰富、电网通达的地区，风力发电则作为一种清洁的可再生能源，补充和逐步代替部分常规能源，缓解电力供应紧张的矛盾，提高当地的环境质量，所以应以发展大型风电场为主。风力发电场是将多台并网型风力发电机安装在风力资源好的场地，按照地形和主风向排成阵列，组成机群向电网供电，简称风电场。风电场是大规模利用风电的有效方式，于20世纪80年代在美国兴起。我国计划到2010年，并网风电装机达到500万千瓦。目前，我国的风电装机容量还不到全国总装机容量（45亿千瓦）的05%，根据我国能源发展规划，我国风电具有大规模发展的前景和市场需求。风力发电能够成为中国电源结构的重要组成部分，发展风电有利于调整能源结构。目前中国的电源结构中75%是煤电，排放污染严重，增加风电等清洁电源比重刻不容缓。尤其在减少二氧化碳等温室气体排放，缓解全球气候变暖方面，风电是有效措施之一。从长远看，中国常规能源资源人均拥有量相对较少，为保持经济和社会的可持续发展，必须采取措施解决能源供应。中国风能资源丰富，如果能够充分开发，按目前估计的技术可开发储量计算，风电年发电量可达几万亿千瓦时。据官方和专家的推算，中国2020年需要10亿千瓦的发电装机，4万亿千瓦时的发电量，之后如果按照人均2千瓦，达到中等发达国家生活水平的基本要求，在2050年中国需要大约30亿千瓦的发电装机和12万亿千瓦时的发电