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风力发电传动系统的现状及未来发展一.风能资源及其开发利用风力发电二.风力发电基础知识三.风力发电运行方式四.风电开发各国现状六.风力发电机主传动系统一.风能资源及其开发利用1.1风能开发利用的历史1.1.1风能利用人类在公元前就开始利用风力提水、灌溉、磨面、船舶航行，且我国是最早使用帆船和风车的国家之一。风能利用已有几千年的历史由于它的缺点使得它不能规模化利用现在技术问题解决，使得风力发电逐步发展起来经济危机、能源安全等问题给了风能等可再生能源发展的机会，现在风力发电技术是可再生能源中最完善的，风电在欧洲所占比例逐步上升。亚洲国家最重视风能的是印度和中国。可再生能源的近期发展方向是以风力为主我国新疆达坂、内蒙风力发电技术是最先进的，有国家重点项目风力丰富＋对土地的占用少＋不受昼夜影响＋存在广泛＋政府重视＋解决就业，使风能发展越来越快一.风能资源及其开发利用一.风能资源及其开发利用5000年前埃及古画上的帆船古代波斯和中国的垂直轴风车荷兰水平轴风车中世纪的欧洲风车磨坊美国农场风车草原上的风电场一.风能资源及其开发利用1.1.2、风力发电发展简史起源：世界上第1台用于发电的风力机于1891年在丹麦建成。发展：风电技术经过20年的开发日臻成熟，商业化机组的单机容量从55kW增加到1650kW，风电成本从20美分/（kW·h），持续下降到5美分/（kW·h）运行可靠性和发电成本接近常规火电，迅速发展成为初具规模的新兴产业。目前风力机之最为美国CE公司的“超级风力机”，单机功率为7.3MW，风车直径为112m。一.风能资源及其开发利用1.2全球风电产业发展现状及发展趋势根据全球风能理事会统计数据显示，2010年以来，全球风电增速开始放缓，进入平稳发展阶段，新增装机容量保持在40GW左右。统计数据如下图所示。一.风能资源及其开发利用据GEEC统计，截止2011年年底，风电累计装机容量排名前五位的国家分别为中国、美国、德国、西班牙和印度，五国合计累计装机容量占全球市场分额的74%。中国新增和累计风电装机容量分别占全球市场份额的43.5%、26.2%，双居世界第一。一.风能资源及其开发利用MW19941997200120022003德国643200087301090012828美国363042504708丹麦1700世界40000一、现状•装机规模世界第一；•风电发展十分普及；•德国政府计划，到2010年要使新能源占总装机容量的10％，2050年时达到50％。(1)德国-世界风电领头羊(2)美国-风电产业大步前进中•1997年前一直是雄居世界第一的风电大国，到2001年底，美国风电总装机为4250MW，居世界第2位。•近两年美国又开始重视风力发电的发展，加大支持力度，将旧机更新换代，并制定了雄心勃勃的技术研究发展计划，最终日标是要将风电电价降到2.5美分/wh。•目前联邦政府规定，可再生能源每发1kwh电可减1.5美分的税。1998年6月，议会提出“可再生能源有价证券法规”(RP5)，规定新能源必须在电力发电来源中占有一定比例，使得风力发电在总发电量中所占比重有可能从1998年的2％提高到2010年的5.5％。(3)丹麦-世界风机生产基地•世界上最大的风力发电机组生产国，产量占世界60％以上，在其出口产业中占第二位；•1999年丹麦风电总装机达1740MW，其发电量巳占全国总量的10％；•2030年将达5500MW，发电量将占全国近50％，其中海上风电场装机将达4000MW。•丹麦政府计划，未来新能源(主要是风电和生物质能)将提供75％以上的能源供应，燃煤发电将逐渐淘汰。•南澳地处台湾海峡西南端喇叭口，风力资源丰富，风电场年平均风速达8.54米/秒，年有效风速时数超过7000小时，有效风能密度达1011瓦/平方米，风况属世界最佳之列，是我国少有的可以大规模开发风力发电场的地域之一。•已安装风力机132台,总装机容量达570MW,年发电量达1.4亿千瓦时,成为亚洲海岛最大的风力发电场;•目前，总装机容量达75.5MW的两个大型风电项目正在建设中，投资22亿多元的3个海上风电场项目已投入前期工作。1、广东省南澳风电场南澳风电场图2、达坂城风力发电一场•达坂城风力发电一场位于兰新铁路及乌喀公路一侧，达坂城谷地，年平均风速8.1m/s。•新疆水利厅1986年成立新疆风能公司、新疆风能研究所、新疆新风科工贸有限责任公司“三位一体”的高科技实体。•1989年建成了当时亚洲最大的大型风力发电场，并成功地高质量运行管理至今，新疆金风科贸公司现装机42台，总容量18.4MW。大阪城风电场图3、辉腾锡勒风电场•辉腾锡勒风电场是1995年成立的风电企业。场址位于内蒙中旗，海拔2010～2131m，风速7.4～8.2m/s。规划容量1200MW，年发电量33亿千瓦时。•现装机72台，总容量42.7MW。•股东：龙源电力集团公司(50%)辉腾锡勒风电场图国家特许权示范项目——江苏龙源如东100.5兆瓦风力发电量超过1亿千瓦时。位于南黄海之滨的如东县环港外滩耸立起风电机组，实现了江苏作为经济大省风电“零的突破”。记者获悉,如东风电特许权二期后续49.5兆瓦项目正在小洋口港全面铺开，全部33台风电机组计划于年底建成发电。同时，100.5兆瓦项目也将于年底实现吊装33台风电机组的目标。届时，南通黄海之滨将成为全国乃至亚洲最大、最先进的风电场，年发电量将达到6亿千瓦时。图为蔚为壮观的如东海滨风电场。南通将建成亚洲最大风电场威海风电场图一.风能资源及其开发利用各国风能发电战略计划一.风能资源及其开发利用1.3风电开发与经济环境效益一.风能资源及其开发利用由以上视频可见：风电发展在改善能源结构、减少环境污染、降低温室气体排放、减缓气体变化方面有着巨大的贡献，而且风力发电对环境的负面影响微乎其微，且多是可以避免的。二、风力发电基础知识2.1风的形成风是地球外表大气层由于太阳的热辐射而引起的空气流动；大气压差是风产生的根本原因。地球上的风主要有三种成因：大气环流、季风环流、和局部环流。二、风力发电基础知识山谷风海陆风二、风力发电基础知识2.2、风的能量1、产生能量的基本要素：风具有一定的质量和速度。2、风能的一些主要特性参数：(1)风能：空气运动产生的动能称为“风能”。(2)风能密度：单位时间内通过单位截面积的风能。(3)风速与风级：风速就是空气在单位时间内移动的距离，国际上的单位是米／秒或千米／小时。分13级.(4)风向与风频：通常把风吹来的地平方向定为风的方向，即风向。风频是指风向的频率，即在一定时间内某风向出现的次数占各风向出现总次数的百分比.(5)风的测量：风的测量仪器主要有风向器、杯形风速器和三杯轻便风向风速表等。一个给定地点一段时间内各种方向出现的频率。风向玫瑰图100%某风向出现次数某风向频率风向的总观测次数32100%0.8634vB某一瞬间测得的风速：一段时间内，瞬时风速的算术平均值某相同风速时数测量风速总时数最大风速与最小风速之差下限3m/s上限20m/s3~20m/s瞬时风速平均风速某风速频率风：1、2、：：、：：、：速变幅起动风速切除风速有效风速风速级别风级、风速与浪高对照表5（1）垂直高度（2）地形地貌（3）地理位置（4）障碍物（5）季节、昼夜影响风速的主、要因素1、大城市2、城市及多树农村3、平原、沿海典型分布3232011221212mvvAvEvAEv风能：风能密度：有效风能密度风能玫瑰图二、风力发电基础知识2.3什么样的风能可以利用？年平均风速6m/s：风能资源丰富区。建设大型风电场，并网发电年平均风速4.5m/s：风能资源丰富区年平均风速在4～4.5m/s：基本相当于风能资源丰富区年平均风速在3～4m/s：利用价值较高，有前景一般风速为3m/s以上：能发电，我国这样的地区分布广泛年平均风速2m/s：目前还没有什么利用价值。除了破坏性极大的风（如台风、龙卷风）绝大多数风速在2米/秒以上的风能都是可以利用的。2.4、风能资源与风能利用概况（一）世界风力资源分布•全球大气中总的风能量约为1014MW，其中蕴藏的可被开发利用的风能约有3.5×109MW，这比世界上可利用的水能大10倍。世界风能资源评估一、风能资源的分布（二）我国风力资源分布•全国风能储量约4.83×109MW，可开发利用的风能资源总量达2.53亿kw。•主要分布在新疆、内蒙古等北部地区和东部至南部沿海地带及岛屿。二、风力发电基础知识2.5风电设备2.5.1风力发电机组的种类与特征按风轮旋转轴与地面的关系分为垂直轴风力机和水平轴风力机。二、风力发电基础知识按额定功率大小分为大型，和中小型风力机。按功率控制方式分为定桨恒速型和变桨变速型两类。在现代大型水平轴风力机中，定桨恒速的风力机正在逐步被变桨变速风力机所取代；而后者一般按照传动系统特点分为；齿轮箱传动，直驱型和半直驱型。二、风力发电基础知识直驱型直驱型风力机采用无齿轮箱式结构，叶轮直接连接到多级转子同步发电机或多级永磁同步发电机，即叶轮充当发电机的转子。因此，发电机的转速与叶轮转速相同，传动比为1。二、风力发电基础知识半直驱型半直驱传动系统是一个介于高速传动系统和直驱型传动系统的一个中间解决方案。与高速传动系统相比，需要采用相对较大的发电机、较小速比的齿轮箱，一般只需要一级或两级齿轮传动机构。二、风力发电基础知识高速型传动系统是当前最流行的结构，市场份额超过80%。齿轮箱将能量从旋转缓慢的叶轮传递到快速旋转的发电机（约1500r/min）,总传动比约100:1。高速型二、风力发电基础知识以上三种传动系统示意图：2.5.2风力机的组成及各部件的功用风轮系统：将风能转化为机械能1传动系统：实现转速增速，制动，传递扭矩2电气系统：将机械能转化为电能3偏航系统：使风轮正面迎风，最大限度地的吸收风能4控制系统：风机运行的核心，控制各种运行状态55塔架；机舱到地面的支撑结构6小型风力发电机图1、风轮；2、传动装置；3、塔架；4、尾舵；5、调速机构；6、发电机；7、蓄电池中大风力发电机组基本结构1、轮毂（安装叶片）；2、传动系统；3、齿轮箱；4、刹车系统；5、发电机；6、塔架；7、风速风向仪低杨程风力提水机图1、风轮；2、传动装置；3、尾舵；4、船头座机回转体；5、塔架；6、螺旋水泵；7、低水源；8、出水池；9、停车机构1、叶片；2、叶柄；3、轮毂；4、风轮轴1、平板型；2、弧板型；3、流线型流线型叶片的结构与材料12小型、微型小型、中型中型、大型下风式、尾舵：、舵轮：3、电动对风装置：4、自动调向风轮：位于加州AltamontPass之φ型转子(a)荷兰四叶片式风车：荷兰过去世纪中数以千计大幅运用，今日仅有少数地方看见。效率低(7%)且输出功率小，约仅10马力(hp)常见的三种风车的型式(b)美国多叶片型风车：可靠度高，且在小风力情况下仍能操作，20世纪时大量用于汲水灌溉(c)双叶片型风力机：今日大量使用的原型机。1、叶片2、风轮4、刹车5、低速轴6、齿轮箱7、发电机8、控制器9、风速计10、尾舵11、机舱12、高速轴13、14调向15、塔架三风力发电运行方式3.1、独立运行方式（离网）风力发电机组输出的电能经蓄电池蓄能，再供应用户使用，如需要交流电，则要加逆变器。风力——联合发电风力柴油太阳能光电—池—切换（单种）（各种）兼用三风力发电运行方式风电——柴油发电并联系统图三风力发电运行方式3.2、并网运行方式(恒速恒频一）变速恒频风力发电机组与电网连接，由电网输送电能。10Kw以上直至Mw级机组皆可采用此方式。风能利用率提高，但必须增加实现恒频输出的电力电子设备，解决变速运行共振问题。简单可靠，对风能利用不充分。三风力发电运行方式1、概念•在风能资源良好的地区，将几十台、几百台或几千台单机容量从数十kw、数百kw直至Mw级以上的风力发电机组按一定的阵列布局方式成群安装而组成的风力发电机群体，称为风力发