风力发电技术综述

介色 电 力 情 报 风 力 发 电技术综述 华 北 电 力 学院 王 俊杰 颜 湘武 王 仁 洲 摘 要 从能源的角度 , 阐述 了风力发电事业进一步发展的必要性 。 通过对我国风能资源的 调查 , 结合我国国民经济的现实 , 论述 了我国风电事业的 目标和方向 。 从 国际市场现状看 , 大 中型风电机组已趋成熟 , 但从能源 、 技术 、 成本和经济的观点看 , 与火 电 , 核电等相比 , 尚缺乏竞争力 。 然而 , 随着现代科技的发展 , 新型风电机组系统的出现 , 风力发电在现代公 共电网中的地位将是不可动摇的 。 关键词 风 能 风 力发 电 异 步化风 力 发 电机 励磁控制 风 能 密度 电网 中占有了一席之地 。 门 它 ‘会 耳 口 国内外研究现状概述及分析 风能是一种可以再生的能源 , 取之不 尽 , 用之不竭 。 对风能的利用 , 由古老的 风车发展到 当代的风力发 电 , 充分说 明了 人类科技进步的历史 。 进入 世纪 , 由于 对能源的 渴求 , 人们 无节制地开采石油 、 煤炭 、 天然气等这些埋在地层深处的维 系 人类生存的 ‘能源食粮 ’ , 不仅严重地污染 了我们的生存空间 , 恶化了 自然环境 , 而 且带来 了更可怕的恶果 —能源枯竭 。 进 入 年代 , 在世界范围内爆发的能源危机 告诫 人 们 , 要 生 存 就必 须 寻 求 开 发 新 能 源 。 为此 , 各国政府纷纷制定 自己的能源 政策 , 给新能源开发以特殊优惠政策和政 府税收补贴 , 从而使风能 、 原子能 、 太阳 能 、 潮汐能 、 地热能等的开发 利用得以迅 速 发 展 。 特别 是 现 代科 学 技 术 的 飞 速 发 展 , 空气动 力学和尖端航天技术应 用 于新 型风电机的开发研制 , 使风 电事业在短暂 的一二十年的时间里 , 有 了长足发展 。 中 小型机组技术稳定 , 装机成本 已趋合理 , 与此同时 , 许多发达国家厂商的大型机组 已投放市场 , 尤其是一些兆瓦级的大型风 力机组研制试运成功 , 使风力发电在公用 我国是世界上利用风 力最早的国家之 一 , 但 进 行 风 力 发 电科研的 工 作起步 较 晚 。 自 年代初开始 , 我国已先后研制了 瓦 、 千瓦 、 千瓦 、 千瓦和 千瓦等功率的风力机几十种 。 “ 六五 ”期间 , 我国为贯彻“ 小型为主 ”的方针 , 先后在内 蒙 、 新疆 、 山东 、 青海 、 西藏 、 浙江 、 福 建 、 江苏 、 甘肃 、 广西 、 辽宁 、 黑龙江等 省 、 自治区 , 开展 了风能开发 与研究应用 的试点工作 , 到 年代末 , 我国小型风机 装机容量达 千瓦 , 年发 电量为 万 千瓦时 〔’〕 , 中型风 力机的研究与试制也 已开始 。 相对而言 , 国外在风 力发电方面 , 投 入 了较 多的 人 力物 力 , 特 别 是欧美等国 家 , 在 年代 世界范 围内发生能源危机 , 一些国家采取 了政府税收补贴 , 从而使风 力发 电事业有了较大发展 。 如美国 , 年 代初期大约安装 了 台风力机组 , 总装 机容量达 兆瓦 , 价值 万美元 , 联邦 的风能资金投入从 年的 万美元增 加到 年的 万美元 在丹麦 , 中 电 力 情 报 型风力机厂已向市场销售风轮机 , 年 丹麦能源部作出决定 , 给风轮机 设备投入 占其总投资 的直接补助 , 由政府拨款 建立 了小型风轮机试验 中心 , 承担发放风 轮机 许可证的任务 。 年代末 , 全世界有大型风轮机组近 万 台 , 总装机容 量 为 万千瓦 , 价值 亿美元 。 国际市场 千瓦级的风轮机 装机费用降到 美元 千瓦以 下 , 在条 件好的风力场 , 机组发电成本为 美元 千瓦时 , 风电场运行维修费用为 一 美元 千瓦时 。 到 本世纪末 , 欧共 体预计总装机容量达 兆瓦 , 美国也将 达 兆瓦 。 在公共电网 中 , 风力发电还 不能是 支配性 电源 , 但它将成为很有份量 的 电源 〔“〕。 风 力发 电发展到今 日 , 人们 还不能 明确地指出最佳的 风 力机组容量尺 寸等 , 但 从世界各凤力场的情 况看 , 无论 是用装机容量成本投资 , 年发 电量及其运 行费用 , 还是用运行的可靠性 、 稳定性等 性能来恒量 , 一 千瓦的 中型机组都 具有较大的竞争力 。 我 国风力资源 调 查及风力发 电前景分析 我 国领土 位于北 半球 中纬 度 , 幅 员 辽阔 , 海岸线长 , 风力资源相当丰富 。 据 初步估算 , 全国平均风能密度为 瓦 平方米 , 风能总量为 亿千瓦 , 其中可供 开发利用的为 万千瓦 左右 〔 〕。 在我 国的东南沿海及附近 岛屿 , 内蒙和甘肃河 西走廊 , 以及东北 、 西北 、 华北和青藏高 原等部分地区 , 每年风速在 米 秒以上 的时间近 小时 , 一些地区年平均风速 近 一 米 秒 以上 , 具有很大的开发价 值。 根据全 国的有效风能密度 、 有效风力 出现时间百分率及风速 米 秒和风速 米 秒 的全年累积小时数 , 按照风能 资源的分布特点 , 可以将我 国分成 个 区 〔 〕。 东南沿海及其岛屿为我国最大风 力资源区 , 有效风能密度 一 瓦 平方米以 , 风速 米 秒 全年出现时 ’为 一 小时 , 风速 米 秒也 有 小时左右 。 内蒙和甘肃北部为次大 区 , 风能 密度 一 瓦 平方米以上 , 风速 米 秒全年有 小时 , 风速 米 秒在 小时以 上 , 从北向南逐渐减少 。 黑龙江和吉林东部及辽东半岛沿 海风能 也较大 , 风能密度在 瓦 平方 米以 卜, 风 速 米 秒时 间在 一 小时 , 风速乒 米 秒时间在 小 时左右 。 青藏高原北部 、 三北地区的北部 和沿海为风能较大区 , 风能密度在 巧 一 瓦 平方米之间 , 风速 米 秒全年 时间有 一 小时 , 风速 米 秒 可达 小时以上 。 云 贵川 、 甘肃 与陕 西 南部 、 河 南 、 湖南西部和福建 、 广东 、 广西的 山区 以及塔里木盆地 , 为我国最小风能区 , 有 效风能密度在 瓦 平方米以下 , 可利用 风力仅 左右 , 风速 米 秒时 间在 小时以下 , 风速 米 秒在 小 时以下 。 在 和 地区以外的广大 地区为风能季节利用区 , 风能密度在 一 瓦 平方米之间 , 可利用风力为 一 , 风速 米 秒在 一 小 时 , 风速 米 秒在 小时以下 。 我国风能的开发和利用 已进人一个新 的发展时期 , 特别是小型风力机的生产与 应用 已收到很好的效果 , 一支风能利用专 业队伍 , 研究机构 , 生产厂家和试验基地 也形成规模 。 应 当正确使用我国有限的物 掩 王俊杰等 风力发电技术综述 力和财 力 , 使风能开发在我国能源建设 中 取得更好的经济与社会效益 。 我 国风能资源不如欧美等发达 国家丰 富 , 技术和经济实力 目前也赶不上发达国 家 。 电网覆盖率不高 , 特别是农村 、 牧区 及一些边远地区 , 无电和缺 电现象仍十分 严重 , 且在相 当长的时间内还不可能靠国 家提供商品能源来解决 。 因此凡是风能资 源丰富的地区 , 在风能利用具有一定经济 竞争力的条件下 , 应尽可能地开发利用风 能 。 近期应着眼于农村 、 牧区 , 解决部分 农村能源问题 , 同时应 当以发展小型和 中 型风电机为主 , 安排一些有前景的较长远 项 目。 小型风电机大都采用 电池储能的独 立运行方式 , 主要解决生活用 电 。 中型风 电机组在解决生产动 力用 电方面将发挥作 用 , 但需解决 中型机组在无电网地区的运 行方式 可发展与单台柴油机并联或交替 运行方式 , 发展多台 中型风电机组与孤立 柴油发 电机联网的供电系统 。 在 中型风 电 机组过关之后 , 风力资源特别丰富的地区 应发展一些风力田 。 目前 的风力发 电机 系统及 其 分析 我们在谈及风力发 电时 , 则离不开为 发 电机提供原动 力的风 力机或称风轮机 , 以及将风能转换为 电磁能的发 电机 。 如按 风力发 电系统所采用的风力机来划分风力 发 电机组 , 可 分为 常规型和新颖 型 两 大 类 如按所采用发 电机的不 同来划分 , 则 分为 直 流 风 力发 电 系统 和 交 流 系 统 两 大 类 。 首先介绍 按 风 力机 来 划分 的 风 电 系 统 常规型是指传统的螺旋浆式风 力机 , 按其运动形式的不同又分为振动式 、 平动 式 、 固定式和旋转式 种 新颖型风力机 是对传统螺旋浆水平轴风力机进行革新或 完全更 新的 风 力机械 , 新颖型风力机也可 根据其机型特点简单地分 为新颖型竖轴风 力机和增力型水 平轴风力机 。 新颖型竖轴风力机可分为下列 种 竖轴 “ 创 , 型风 力机 , 亦称达里厄 竖轴风力机 。 这是 由一根竖直的轴和 或 条弯 曲的薄叶 片组成 , 叶片不呈半圆形 弯 曲 , 只是在 飞速旋转时 , 离心 力使两端 连 在 轴 卜的 叶 片 形 成 一 个 很 大 的 “ 中 ”字 形 。 其优点是不用附加跟踪风向机构 , 任 何 方向来流都能使它转动 , 发 电机可装在 地面上 , 安装和维修都很方便 。 旋转翼板竖轴风力机 , 它的每个 叶片的 角度均可 自动调整 , 以获得最大的 风能 。 环量控制型凤力机是根据飞机的 机翼后缘吹气进行环量控制提高升力的原 理而设计的 , 该风力机的竖轴和支撑杆是 空心的 , 压缩 空气从低部送进 , 再 由叶片 后缘吹 出 , “ 引导 ”叶片附近气流顺利流过 , 这种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 能极大地提高风力的效率 。 “ ,, 型风力机 , 是一种可以使速度 很低的风力通过两个交错的半圆筒而旋转 发 电的风能装置 。 增力型水平轴风力机分为动力导流轴 风 力机和旋风型风能装置 。 前者是一种改 进 了的新颖型风力机 , 其设计思想是根据 涵道或桥洞内风力增大的原理 , 通过对风 力的导流 , 把风集 中起来 , 增大风速从而 提高风力机的功率 。 旋风型风能装置是一 种用人 工制造的旋风推动叶片旋转的发电 装置 , 这个装置有一个像几十层楼那样高 的 空心塔体 , 迎风 面打开 , 背风 面关 闭 , 风进入塔体后旋转上升 , 这股“ 人造旋风 ” 的核心几乎是真空状态 , 吸引着大量的空 气从塔体 冲入 若推动涡轮 , 则可发 出数 兆瓦的电力 〔‘ 〕。 其次 , 从应用于风 力发电的发 电机来 看 , 可分为直流发 电机和交流发 电机 , 其 电 力 情 报 中交流发 电机又分为 同步发电机和异步发 电机 或称为感应发电机 。 如将风力机与 发电机作为一个整体来考虑 , 我们可以粗 略 地 把 风 力 发 电 划 分 为 下 列 种 系统 , 即 恒速恒频系统 、 近恒速恒频系统 、 变 速变频系统 、 变速恒频系统 。 所谓恒速恒频系统是指所用发 电机为 同步发 电机 , 通过螺矩 角度控制器以使螺 浆叶保持 同步速或仅使叶尖为 同步速 , 即 仅 由风 力机机械调速为发 电机提供 同步速 原动力 。 近恒速恒频系统 , 这种系统 中发 电机 采用鼠笼式异步发 电机 , 在风力机上采用 一种精度不很高的螺矩 角控制器 , 以使发 电机保持在 一 的滑差下运行 。 变速变频系统 , 是采用 一鼠笼式异步 发 电机 为对频率变化不敏感的负载供 电的 系统 。 变速恒频系统 , 为 目前最为流行的一 种风 电系统 , 下面就该系统介绍 几种不 同 的 方 案 〔 〕。 工 采 用 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ②鼠笼式异步发电机方案 ③磁场调 制式风力发电机方案 ①采用交流换向器的 发 电机方案 易双输 出异步发 电机方案 ⑥ 采用新型 设计的异步 化 同步发 电机方案 , 该方案 系本文作者及指导教师的一个科研 课题 , 有关的报道尚不 多见 。 本方案所选 用 的为双轴励磁同步发 电机和三相交流励 磁 同步发 电机 , 双轴励磁机用于风力发电 异步运行的 目前还没有 。 三相交流励磁虽 在本世纪 年代就有人提出 , 但 由于当时 的科技发展水平所限 , 没能很好地解决可 调式变频装置的 问题 , 并缺乏以电子计算 机为手段的数字控制技术基础 , 所以无法 利用交流励 磁发 电机 的优 良性能 。 近来 , 电力电子技术和数字控制的发展 , 为交流 励磁 电机的 利用提供 了物质和技术基础 。 这种发 电机在风力发电和水力发电的应用 中尤显其优 良特性 。 随着水流和风头的变 化 , 只须改变交流励磁机的励磁频率 , 即 可使发电工作处于同步状态 。 直 流 风 力发 电 系 统 , 相 对 来 说简单 些 , 它可适用 于任何叶轮转速 , 不需齿轮 箱 , 叶轮可直接连到发电机上 , 所发 出的 电可存储在 电瓶内以备用 , 但其应用远不 如交流风 电系统广 。 直流风电系统因发 出 的是直流 电 , 故其应用受到极大限制 。 如 若联网 , 则还需要一套将直流逆变成交流 的设备 , 但 由于所损耗的能量很大 , 故该 办法只适用于小型风力发电机 。 从 目前国际市场一些名牌厂商的产品 看 , 大 中型产品居 多 , 为加强其产品的竞 争 力也不乏利用最新科技成果的 。 如美国 风 力系统公 司生产的风暴 一 型下风向风 力机 千瓦 , 丹麦 的 一 型和 一 型风 电机 均 千瓦 , 美国 一 巧 型上风 向 千 瓦风力发 电机 , 一 型 千瓦风力发电机等 。 此 外 , 诸如法 国 、 德国 、 加拿大 、 日本等国 的产 品 , 质量 高 , 运行可靠 , 技术成熟 , 也很有市场 。 通 过对 这些 国家产 品的调 查和分析 , 我们看到 中小型风机控制重点在风力机的 叶片和对风装置上 , 而大型风力机的控制 系统远较 中小型复杂得多 。 大型风力机设 计 中的主要 目的是降低单位功率的成本 , 包括造价和运行费 , 因而要尽量提高风力 机效率 。 故仅仅采用叶片俯仰转动的控制 和 对 风 装 置 是 不 能 很好 地满 足 这些 要求 的 , 所 以 大 型 风 力机 的 控 制 系统还 应包 括 电器系统 、 安全 系统 、 遥控系统及监 控系统等 。 所有这些都离不 了现代科技的 发展 , 离不 了以计算机为基础的微信息处 理机的控制 。 结 论 在利用风力发电方面 , 我们与国际上 掩 电 力 情 报 国外开放式能量管理系统 华 北 电 力 学院 王 本领 华 北 电 力 学院研 究生部 张桂峨 刘 克勤 摘 要 介绍国外一些国家近期开发的开放式能量管理系统的特点 、 功能 、 体系结构 、 系统实 现的方法以及发展现状 。 关健词 开放 系统 计 算机 随着电力系统控制的发展和需求 , 以 计算机为核心的能量管理系统 已 成为保证电力系统安全 、 优质 、 经济运行 的重要手段 。 近几年来 , 计算机科学领域 中 技术 精减指令系统计算机 、 图 形技术 、 网络技术及操作系统标准化技术 的 飞 速发 展 , 促进 了 的 更新换 代 。 年 代 推 出 了采 用 技术 的 开放式 系统结构 , 以及从原有 向多厂 商产品集成的开放式计算机系统过渡的分 布开放式 系统结构 。 本文通过对国外一些 国家近期开发的 开放式 实例 , 介绍开放式 具体 的系统特点 、 系统功能 、 体系结构 、 系统 实现方式以及发展现状 。 与开放系统 是 为 电力 系统服 务的计算机监 视 、 控制系统 , 是电力系统调度 自动化硬 件和软件的总称 。 它包括监视控制与数据 采集 、 自动发 电控制 经济调 度控 制 、 高级 应 用 软 件 。 它的功能繁多 , 是一个较复杂的 计算机应用 系统 , 它随着计算机技术的发 展不断地更新换代 。 令令令令令令令令令令令令令令令令令令令令令令令令令令令争令 一些发达 国家的差距还很大 。 为 了更好地 利用我国的风力资源 , 我们应借鉴一些发 达 国家的政策 , 消化吸收 国外成型产品 , 并在此基础上充分发展我们的风力事业 。 根据我 国国情 , 建立我们的风 电模式 , 按 简单 、 经济 、 安全 、 可靠的方针 , 来发展 我们的大 中型风力机 , 使我国的风力发电 设备和技术尽快走向国际市场 。 参 考 文 献 丁 良才 我国风电开发的现状和舟山市建立风 力发 电企业 的可行性 新能源 , 引 , 元 凯 译 风 力发 电从 年代 到 年代 新能源 , 王锦侠 , 车茂隆 风能利用装置设计基础 机械工 业出版社 , 牛春匀 风力发电与抽水 中国友谊出版公司 , 一 一 , 一 修改稿 日期 一 一