风电发展史PPT实用版课件

风力机的起源风力机最早出现在三千年前风力机最早出现在三千年前,当时主要用于碾米和提水。当时主要用于碾米和提水。第一台水平轴式风力机出现在十二世纪。第一台水平轴式风力机出现在十二世纪。风力机的起源风力机最早出现在三千年前风力机的起源风力机最早出现在三千年前,当时主要用于碾米和提水当时主要用于碾米和提水风力机的起源 在农场用来给牲畜和居民提水的风力机。在农场用来给牲畜和居民提水的风力机。用来给无电地区农牧民供电的小型风力发电机。用来给无电地区农牧民供电的小型风力发电机。风力机的起源风力机的起源 在农场用来给牲畜和居民提水的风力机。在农场用来给牲畜和居民提水的风力机。一、风能的先驱一、风能的先驱Charles F.BrushCharles F.Brush Charles F.Brush（1849-1929）是是美美国国电电力力工工业业的的奠奠基基人人之之一一。他他发发明明了了一一种种效效率率非非常常高高的的直直流流发发电电机机应应用用于于公公共共电电网网，发发明明了了第第一一个个商商业业化化电电弧弧光光灯灯，找找到到了了一一种种高高效效的的制制造造铅铅酸酸蓄蓄电电池池的的方方法法。他他 自自 己己 的的 公公 司司 Brush Electric位位 于于 俄俄 亥亥 俄俄 州州Cleveland市市。1889年年他他卖卖掉掉了了公公司司，1892年年与与爱爱迪迪生生通通用用电电气气公公司司合合并并取取名名通通用用电电气气公公司司（GE）。）。一、风能的先驱一、风能的先驱Charles F.Brush ChCharles F.Brush Ch位于俄亥俄州位于俄亥俄州Cleveland市庞大的市庞大的BRUSH 风车风车 1887-1888年冬，Brush安装了一台被现代人认为是第一台自动运行的且用于发电的风力机。它是个宠然大物叶轮直径是17米，有144个由雪松木制成的叶片。风力机运行了约20年，用来给他家地窑里的蓄电池充电。这台发电机仅为12千瓦。这是因为低转速风机效率不可能太高。丹麦人Poul la Cour随后发现了快速转动、叶片数少的风力机，在发电时比低转速的风力机效率高得多。位于俄亥俄州位于俄亥俄州ClevelandCleveland市庞大的市庞大的BRUSH BRUSH 风车风车 二、风能的先驱二、风能的先驱Poul la CourPoul la Cour Poul la C our（1846-1908）是一名气象学家同时也是现代风力发电机的先驱。P oul la C our 是现代空气动力学的鼻祖，他建了一个属于他自己的风洞来实验风力发电机。图中是Poul la C our和他的妻子。Poul la C our致 力于能源储存的研究，将风力机发出的电力用于电解来生产氢气，供他学校的瓦斯灯使用。这个计划的唯一缺点是，由于氢气中含有少量氧气致使氢气爆炸，他不得不数次更换几个学校的的窗户。二、风能的先驱二、风能的先驱Poul la Cour PoulPoul la Cour Poul1904年的培训班年的培训班 la Cour每年在Askov Folk高中给风电工人做几次培训。这个图片是1904年培训班毕业照。1904 1904年的培训班年的培训班 la Cou la Coula Cour的风力机的风力机 1897年，他发明的两台实验风力机，安装在丹麦Askov Folk 高中。此外，la Cour于1905年创立了风电工人协会，它成立一年后，就拥有了356个会员。la Courla Cour的风力机的风力机 1897 1897年，年，风电期刊风电期刊 世界上第一个风力发电期刊Journal of Wind Electricity 也是由Poul la Cour创立的。1918年，丹麦约有120个地方公用事业拥有风力发电机，通常的单机容量是20-35kW，总装机约3MW。这些风电容量当时占丹麦电力消耗量的3%。丹麦对风力发电的兴趣在随后的若干年逐渐减退，直到二次世界大战期间出现供电危机为止。风电期刊风电期刊 世界上第一个风力发电期刊世界上第一个风力发电期刊三、风能的先驱三、风能的先驱1940-19501940-1950 风机风机 在二次世界大战期间，丹麦工程公司（现在是水泥机械制造商）安装了一批两叶片和三叶片的风机。丹麦风机制造商已经生产出了两叶片的风机，尽管所谓的“丹麦概念”是三叶片的风机。所有这些风机（与它们的前辈一样）发的是直流电。这些三叶片风机于1942年安装在Bobo岛，它们看起来很象“丹麦”风机。这些风机是风-柴系统中的一部分，给小岛供电。1951年，这些直流发电机被35kW的交流异步发电机取代，如此一来，第二台生产交流电的风机问世了。三、风能的先驱三、风能的先驱1940-1950 1940-1950 风机风机 四、四、Gedser Gedser 风力发电机风力发电机 Johannes Juul Johannes Juul 和和 the Vester Egesborg the Vester Egesborg 风风力机力机 Johannes Juul工程师是Poul La Cour在1904年开办的“风电工”培训班中的一名学生。1950年，Johannes Juul在丹麦的Vester Egesborg成为了世界上开发第一台交流风力发电机的先驱。四、四、Gedser Gedser 风力发电机风力发电机 Johannes J Johannes JJohannes JuulJohannes Juul风力发电机风力发电机 创新的200KW Gedser 风力发电机在1956-57年由Johannes Juul为SEAS电力公司建成，风机安装在丹麦南部的Gedser海岸。三叶片，上风向，带有电动机械偏航和异步发电机的风力发电机是现代风力发电机的设计先驱。这台风力机是失速调节型风力机，Johannes Juul发明了紧急气动叶尖刹车，在风机过速时通过离心力的作用释放。基本上，现代失速型风力发电机上使用着相同的系统。这台风力发电机，在随后的很多年中一直是世界上最大的。它在无需维护的情况下，运行了11年。风力机的机舱和叶轮现在在丹麦Bjerringbro电力博物馆中展出。Johannes JuulJohannes Juul风力发电机风力发电机 NibeNibe风力机（二十世纪风力机（二十世纪7070年代）年代）在1973年第一次石油危机后，几个国家起对风能的兴趣重新点燃。在丹麦，电力公司立即把目标放在的制造大型风力发电机上，德国、瑞典、英国和美国也紧跟其后。1979年，他们安装了两台630KW风力发电机，一台是桨矩控制的，另一台是失速控制的。NibeNibe风力机（二十世纪风力机（二十世纪7070年代）年代）在在1919五、五、19801980年后的风力发电机年后的风力发电机 Riisager 风力发电机风力发电机 一个名叫Christian Riisager的木匠在自已家的后院安装了一台小型的22KW的风力发电机，他以Gedser风力机的设计为基础，尽可能地采用了便宜的标准部件（如，用一台电动机作为发电机，把汽车的部件用作齿箱和机械刹车）。Riisager的风力发电机在丹麦许多私人家庭中成为了成功的典范，同时他的成功给丹麦的风力发电机制造商提供了灵感，从1980年起，制造商开始设计他们自己的风力发电机。五、五、1980 1980年后的风力发电机年后的风力发电机 Riisager Riisager 风力发风力发风力发电机设计中的竞争风力发电机设计中的竞争 许多设计，包括Riisager的设计部分地以古典Gedser 风力机或古典低转速多叶片的美国“风能玫瑰”的经验为基础，其它的则革命一些，包括立轴的Darrieus 风机，风机采用襟翼来进行功率调节，或将液压用于传动系统等。大部分风力机通常为5-11KW，按现在的标准判断它们太小了。风力发电机设计中的竞争风力发电机设计中的竞争 许多设计，包括许多设计，包括Tvind 2 MW风力发电机 与小风机不同的是Tvind 2 MW风力机，它是一台相当革命的风机。这台机组是下风向变速风机，叶轮直径为54米，发电机为同步发电机。目前，这台风力机还在正常地运行之中。早期丹麦的风力发电机与德国，美国、英国或加拿大政府资助大型风力发电机研制工程完全不同。最后，由Gedser风力发电机 改良的古典三叶片、上风向风力机设计在疯狂的竞争中成为商业赢家。Tvind 2 MWTvind 2 MW风力发电机风力发电机 与小风与小风RISORISO国家实验室国家实验室 RISO国家实验室因其在风能领域中的工作而广为人知。RISO国家实验室的风能和大气物理部有约100名员工从事空气弹性学的基础研究（也就是空气动力和结构动力之间的交互作用）以及风资源评估工作。此外它还有一个独立的小的商业化活动，就是对风力发电机作类型鉴定。RISO最初是为风机鉴定而成立的，当时丹麦政府支持了一个项目在丹麦安装风力发电机。为了保证风力发电机购买者的利益，政府要求所有被支持的风力发电机必须通过安全鉴定。严格的安全规程（包括双重制动系统要求）使得风力发电机更安全可靠。RISO RISO国家实验室国家实验室 RISO RISO国家实验国家实验图片中的风机位于德国图片中的风机位于德国GrevenbroichGrevenbroich，塔架高度为，塔架高度为8080米。米。此外，此外，la Courla Cour于于19051905年创立了风电工人协会，它成立一年后，就拥有了年创立了风电工人协会，它成立一年后，就拥有了356356个会员。个会员。创新的创新的200KW Gedser 200KW Gedser 风力发电机在风力发电机在1956-571956-57年由年由Johannes JuulJohannes Juul为为SEASSEAS电力公司建成，风机安装在丹麦南部的电力公司建成，风机安装在丹麦南部的GedserGedser海岸。海岸。2 2 级行星，级行星，1 1级斜齿，变速级斜齿，变速8.8.对叶根的挠度受力和振动降低到最小化对叶根的挠度受力和振动降低到最小化la Courla Cour的风力机的风力机四、四、Gedser Gedser 风力发电机风力发电机Suzlon(1MW-1.Suzlon(1MW-1.此外，在现场安装了两个风速仪塔来研究风况和湍流。此外，在现场安装了两个风速仪塔来研究风况和湍流。1980-19811980-1981年开发的年开发的55KW55KW风力发电机的出现是现代风力发电机工业和技术上的一个突破。风力发电机的出现是现代风力发电机工业和技术上的一个突破。占总重量的占总重量的1010至至14%14%SOFT STARTSOFT STARTTvind 2 MWTvind 2 MW风力发电机风力发电机GE Wind,104 m GE Wind,104 m 叶轮直径叶轮直径,3.,3.六、伟大的加利佛尼亚风暴六、伟大的加利佛尼亚风暴Enercon(300 kW-4.Enercon(300 kW-4.RISORISO国家实验室的风能和大气物理部有约国家实验室的风能和大气物理部有约100100名员工从事空气弹性学的基础研究（也就是空气动力和结构动力之间的交互作用）以及名员工从事空气弹性学的基础研究（也就是空气动力和结构动力之间的交互作用）以及风资源评估工作。风资源评估工作。在在19731973年第一次石油危机后，几个国家起对风能的兴趣重新点燃。年第一次石油危机后，几个国家起对风能的兴趣重新点燃。RISORISO国家实验室因其在风能领域中的工作而广为人知。国家实验室因其在风能领域中的工作而广为人知。此外，在现场安装了两个风速仪塔来研究风况和湍流。此外，在现场安装了两个风速仪塔来研究风况和湍流。世界风力发电协会及相关机构世界风力发电协会及相关机构 NREL NREL（美国可再生能源实验室）（美国可再生能源实验室）ECN ECN（荷兰能源研究中心）（荷兰能源研究中心）AWEAAWEA（美国风能协会）（美国风能协会）EWEAEWEA（欧洲风能协会）（欧洲风能协会）BWEABWEA（英国风能协会）（英国风能协会）CWEACWEA（中国风能协会）（中国风能协会）图片中的风机位于德国图片中的风机位于德国GrevenbroichGrevenbroich，塔架高度为，塔架高度为8080BONUS 30kW风力发电机 BONUS 30kW风力发电机从1980年开始制造，是现在制造商早期模型的代表。与丹麦大多数制造商相似，BONUS公司最初是一个农业机械制造厂。BONUS 30kWBONUS 30kW风力发电机风力发电机 BONUS 30kW BONUS 30kW风力发电风力发电六、伟大的加利佛尼亚风暴六、伟大的加利佛尼亚风暴 NORTANK 55KW NORTANK 55KW风力发电机风力发电机 1980-1981年开发的55KW风力发电机的出现是现代风力发电机工业和技术上的一个突破。随着这种风力发电机的诞生，风力发电每度电的成本下降了约50%。风能工业变得越来越专业了，此外相应的由RISO国家实验室开发的欧洲风图谱对降低度电成本也是非常重要的。这张照片展示的是Nortank55kW风力发电机组独特的选址思维方式，这些风机安装在丹麦Ebeltoft镇的一个港口码头。六、伟大的加利佛尼亚风暴六、伟大的加利佛尼亚风暴 NORTANK 55KW NORTANK 55KW伟大的加利福尼亚风暴伟大的加利福尼亚风暴 在八十年代初，数千台风力发电机被运送到美国加利福尼亚。Micon 55kW风力发电机也是其中之一，它被运到加州Palm Springs的一个拥有一千多台风力机的大型风电场。早5年开始制造风力机的丹麦制造商比其它国家的公司销售业绩更佳。在加利福尼亚有将近一半的风机来自丹麦。大约在1985年，在加利福尼亚支持计划终结的前一夜，美国的风能市场消失了。尽管看起来市场已经堀起，但从那时起只有很少量的装机投运。现在德国已成为世界上最大的风电市场，而且德国的装机也是世界上最大的。伟大的加利福尼亚风暴伟大的加利福尼亚风暴 在八十年代在八十年代七、现代风力机七、现代风力机 丹麦丹麦 Avedore Holme 这张照片拍摄的是Avedore风电场，距丹麦哥本哈根市只有5公里。邻近250MW的火电厂，安装了12台Bonus 300kW 风力机和一台1000kW电力公司试验风力机。七、现代风力机七、现代风力机 丹麦丹麦 Avedore Holme Avedore Holme 丹麦的风电场Middelgrunden 丹麦现在的风电总装机约2000MW,有约6000台风力机在运行。其中80%风力机属于个人或当地风力机合资公司。丹麦最大的风电场是Middelgrunden，而且它还是当时世界上最大的海上风电场，拥有20台Bonus 2MW风力机，总装机为40MW。丹麦最大的陆地风电场是位于洛兰岛的Syltholm风电场，拥有35台NEG Micon750kW风力机，总装机容量为26.25MW。丹麦的风电场丹麦的风电场Middelgrunden Middelgrunden 八、海上风电场八、海上风电场 Vindeby Vindeby风电场位于波罗的海丹麦海岸，于1991年由公用事业公司SEAS建成。风电场拥有11台Bonus450kW失速调节型风力机，风机位于洛兰岛海岸1.5至3公里以北，靠近Vindeby村。这些风力机经过修改在塔架内有足够的空间放置高电压变压器，而且门的位置比正常的风机高一些。在后来的TunoKnob项目采用了同样的修改方案。此外，在现场安装了两个风速仪塔来研究风况和湍流。通过RISO国家实验室的研究已经获得了一些关于海上风况的结果。尽管由于洛兰岛对南部的风遮敝使得产量有一些减少，但发电量比容量相同的陆地风电场还是高出20%。八、海上风电场八、海上风电场 Vindeby Vindeby 这些风力机这些风力机Tuno Knob Tuno Knob海上风电场位于丹麦海岸的Kattegat海域，由Midtkraft公用事业公司建造。这张照片展示的是水上浮动式起重机在从事安装工作。风电场拥有10台Vestas500kW风力发电机。风力机根据海洋环境进行了修改，每台风机上都安装了一个电动吊用来更换主要部件如发电机，而无需使用浮吊。此外，这些风机的齿轮箱也进行了修改，转速比陆地风机提高了10%。这样可使电产量增加5%。Tuno Knob TTuno Knob T海上风能的未来海上风能的未来 海上风能开发是风电的一个非常有希望的应用，对那些高人口密度和在陆地上很难找到合适安装地点的国家尤为如此。在海上的安装成本高得多，（目前近海风电投资1650欧元/kW，陆地风电投资700-1000欧元/kW）。但电量生产同样也很高。丹麦电力公司已宣布了在2000年后将安装4000MW海上风电的计划。4000MW的装机预计每年可发电13.5TWh，相当于丹麦电力总消耗的40%。海上风能的未来海上风能的未来 海上风能开发是风电海上风能开发是风电风电发展史风电发展史PPT PPT实用版课件实用版课件在这种条件下（丹麦在这种条件下（丹麦HagesholmHagesholm），风机塔架高度为），风机塔架高度为6868米。米。单级行星齿轮箱单级行星齿轮箱 1:10 1:10 转速比转速比NEG Micon(2.NEG Micon(2.在农场用来给牲畜和居民提水的风力机。在农场用来给牲畜和居民提水的风力机。EWEAEWEA（欧洲风能协会）（欧洲风能协会）其中其中80%80%风力机属于个人或当地风力机合资公司。风力机属于个人或当地风力机合资公司。frequency converterfrequency converterVensys 62,1.Vensys 62,1.九、兆瓦级风力发电机九、兆瓦级风力发电机5 MW Enercon5 MW EnerconNORTANK 55KWNORTANK 55KW风力发电机风力发电机CWEACWEA（中国风能协会）（中国风能协会）在加利福尼亚有将近一半的风机来自丹麦。在加利福尼亚有将近一半的风机来自丹麦。邻近邻近250MW250MW的火电厂，安装了的火电厂，安装了1212台台Bonus 300kW Bonus 300kW 风力机和一台风力机和一台1000kW1000kW电力公司试验风力机。电力公司试验风力机。在海上的安装成本高得多，（目前近海风电投资在海上的安装成本高得多，（目前近海风电投资16501650欧元欧元/kW/kW，陆地风电投资，陆地风电投资700-1000700-1000欧元欧元/kW/kW）。）。4.4.BONUS 30kWBONUS 30kW风力发电机风力发电机CWEACWEA（中国风能协会）（中国风能协会）这张照片拍摄的是这张照片拍摄的是AvedoreAvedore风电场，距丹麦哥本哈根市只有风电场，距丹麦哥本哈根市只有5 5公里。公里。额定功率额定功率 叶轮直径叶轮直径 轮毂高度轮毂高度 功率控制功率控制 叶轮转速叶轮转速在这种条件下（丹麦在这种条件下（丹麦HagesholmHagesholm），风机塔架高度为），风机塔架高度为6868米米浮标概念基础三角架基础三角架基础桩基础重力概念基础浮标概念基础三角架基础三角架基础桩基础重力概念基础浮标概念基础三角架基础三角架基础桩基础重力概念基础风力发电项目成本构成风力发电项目成本构成 风力发电项目成本构成风力发电项目成本构成 九、兆瓦级风力发电机九、兆瓦级风力发电机 Nortank1500 图片上是NEG Micon1500kW风机，于1995年投入运行。此型风机最初的模式是叶轮直径为60米，两台750kW发电机并联。最新的模式是1500/750kW模式（两台750KW发电机）叶轮直径为64米。这张照片在丹麦西部靠近Esbjerg市的 Tjaereborg拍摄的。九、兆瓦级风力发电机九、兆瓦级风力发电机 Nortank1500 Nortank1500 Vastas 1.5MW Vastas 1.5MW风机的原形于1996年问世。最初的模式是63米叶轮直径，一台1500kW发电机。最新的模式是68米叶轮直径一台两极发电机1650/300kW。照片上吊车正在吊装机舱。在它的左侧可以看到ELSAM 2MW测试风机（混凝土塔架），还有再远一些的NEG Micon 1500kW风力机。Vastas 1.5MW Vastas 1.5MWVastas 1.5MW Vastas 1.5MW兆瓦级风机的未来兆瓦级风机的未来 到1998年兆瓦级风机的出现之前，600和750kW的风机一直是主流。兆瓦级风机主要用于海上或安装地点稀少的地区，因而兆瓦级风机可以开发利用更多的风资源。兆瓦级风机的未来兆瓦级风机的未来 到到1998 1998年兆瓦级风年兆瓦级风十、多兆瓦级风力机十、多兆瓦级风力机 NEG Micon 2MW NEG Micon 2MW风力机于1999年8月投入运行。叶轮直径为72米。在这种条件下（丹麦Hagesholm），风机塔架高度为68米。在图片的背景中可以看到另两台风机的基础。风机将用于海上风电。外界象1500kWNEG Micon这样的风机如此之多，致使你不得不通过观察风机的停止状态（叶片侧风）来区别：2MW的风机叶片是桨矩调节的，因为风机是主动失速控制，而1500kW风机是被动失速控制。十、多兆瓦级风力机十、多兆瓦级风力机 NEG Micon 2MW NEG Micon 2MW Bonus 2MW Bonus 2MW于1998年秋投入运行。叶轮直径为72米。在这种状况下（德国威廉港），塔架为60米。风机主要为海上风电场而设计，为混合失速控制（Bonus商标上称其为主动失速）。类似的风机有Bonus 1MW 和1.3MW风机。Bonus 2MW Bonus 2MWBonus 2MW Bonus 2MW于于1998 1998年秋年秋Nordex 2.5MW Nordex 2.5MW风机于2000年春投入运行。叶轮直径为80米。图片中的风机位于德国Grevenbroich，塔架高度为80米。风机为桨矩控制。现在是世界上最大的商业化风力发电机。Nordex 2.5MW Nordex 2.Nordex 2.5MW Nordex 2.GE 3.6MWGE 3.6MWGE 3.6MWNORTANK 55KWNORTANK 55KW风力发电机风力发电机丹麦丹麦 Avedore Holme Avedore Holme永磁无齿箱直接驱动发电机永磁无齿箱直接驱动发电机单级行星齿轮箱单级行星齿轮箱 1:10 1:10 转速比转速比总重总重 173000 kg 173000 kgJohannes JuulJohannes Juul风力发电机风力发电机1 rpm,1 rpm,机头总重机头总重290T290TVensys 62,1.Vensys 62,1.STEP UP TRANSFORERSTEP UP TRANSFOREREWEAEWEA（欧洲风能协会）（欧洲风能协会）齿轮箱存在潜在不可靠性齿轮箱存在潜在不可靠性他发明了一种效率非常高的直流发电机应用于公共电网，发明了第一个商业化电弧光灯，找到了一种高效的制造铅酸蓄电池的方法。他发明了一种效率非常高的直流发电机应用于公共电网，发明了第一个商业化电弧光灯，找到了一种高效的制造铅酸蓄电池的方法。medium voltagemedium voltageRISORISO国家实验室的风能和大气物理部有约国家实验室的风能和大气物理部有约100100名员工从事空气弹性学的基础研究（也就是空气动力和结构动力之间的交互作用）以及名员工从事空气弹性学的基础研究（也就是空气动力和结构动力之间的交互作用）以及风资源评估工作。风资源评估工作。CWEACWEA（中国风能协会）（中国风能协会）NEG Micon 2MWNEG Micon 2MWBONUS 30kWBONUS 30kW风力发电机风力发电机这台风力发电机，在随后的很多年中一直是世界上最大的。这台风力发电机，在随后的很多年中一直是世界上最大的。现在是世界上最大的商业化风力发电机。现在是世界上最大的商业化风力发电机。所有这些风机（与它们的前辈一样）发的是直流电。所有这些风机（与它们的前辈一样）发的是直流电。Vestas 4.5MWVestas 4.5MW叶轮直径叶轮直径叶轮直径叶轮直径 120120米米米米NORTANK 55KWNORTANK 55KW风力发电机风力发电机Vestas 4.5MWVestas 4.5MW叶叶Repower 5MWRepower 5MW 额定功率额定功率 叶轮直径叶轮直径 轮毂高度轮毂高度 功率控制功率控制 叶轮转速叶轮转速 5 MW 126,0 m 100120 m 陆地 电动变桨 6,912,1 1/min 90100 m 近海Repower 5MW Repower 5MW 额定功率额定功率 叶轮直径叶轮直径 丹麦技术丹麦技术 水平轴水平轴 上风向上风向 三叶片三叶片 气动叶尖刹车气动叶尖刹车 失速调节失速调节 固定转速固定转速 双绕阻感应型发电机双绕阻感应型发电机十一、风力发电技术发展现状十一、风力发电技术发展现状丹麦技术水平轴十一、风力发电技术发展现状丹麦技术水平轴十一、风力发电技术发展现状 恒速恒速 a)a)失速调节失速调节 b)b)桨矩调节桨矩调节 变速变速 a)a)双馈异步电机，带齿箱双馈异步电机，带齿箱 b)b)直驱同步电机，无齿箱直驱同步电机，无齿箱风力发电机类型风力发电机类型恒速风力发电机类型恒速风力发电机类型风电发展史风电发展史PPT PPT实用版课件实用版课件风电发展史风电发展史PPT PPT实用版课件实用版课件风电发展史风电发展史PPT PPT实用版课件实用版课件风电发展史风电发展史PPT PPT实用版课件实用版课件风电发展史风电发展史PPT PPT实用版课件实用版课件风电发展史风电发展史PPT PPT实用版课件实用版课件Lagerway,2.Lagerway,2.十一、风力发电技术发展现状十一、风力发电技术发展现状2 2 级行星，级行星，1 1级斜齿，变速级斜齿，变速8.8.许多设计，包括许多设计，包括RiisagerRiisager的设计部分地以古典的设计部分地以古典Gedser Gedser 风力机或古典低转速多叶片的美国风力机或古典低转速多叶片的美国“风能玫瑰风能玫瑰”的经验为基础，其它的则革命一些，的经验为基础，其它的则革命一些，包括立轴的包括立轴的Darrieus Darrieus 风机，风机采用襟翼来进行功率调节，或将液压用于传动系统等。风机，风机采用襟翼来进行功率调节，或将液压用于传动系统等。BWEABWEA（英国风能协会）（英国风能协会）额定功率额定功率 叶轮直径叶轮直径 轮毂高度轮毂高度 功率控制功率控制 叶轮转速叶轮转速这台发电机仅为这台发电机仅为1212千瓦。千瓦。四、四、Gedser Gedser 风力发电机风力发电机0 MW,0 MW,直驱直驱,4000 V,4000 V使用更轻强度更大的材料使用更轻强度更大的材料丹麦最大的风电场是丹麦最大的风电场是MiddelgrundenMiddelgrunden，而且它还是当时世界上最大的海上风电场，拥有，而且它还是当时世界上最大的海上风电场，拥有2020台台Bonus 2MWBonus 2MW风力机，总装机为风力机，总装机为40MW40MW。更加可靠，停机时间短更加可靠，停机时间短24 kV,f=50 Hz24 kV,f=50 Hz丹麦最大的陆地风电场是位于洛兰岛的丹麦最大的陆地风电场是位于洛兰岛的SyltholmSyltholm风电场，拥有风电场，拥有3535台台NEG Micon750kWNEG Micon750kW风力机，总装机容量为风力机，总装机容量为26.26.frequency converterfrequency converterVindebyVindeby极对数极对数它在无需维护的情况下，运行了它在无需维护的情况下，运行了1111年。年。目前，这台风力机还在正常地运行之中。目前，这台风力机还在正常地运行之中。0 MW 0 MW 风力机基础重可最多减少风力机基础重可最多减少 50T)50T)Lagerway,2.Lagerway,2.恒速风力机恒速风力机 优点优点优点优点1.1.设计简单设计简单 造价低造价低2.2.更加可靠，停机时间短更加可靠，停机时间短3.3.维护量少维护量少4.4.直接并网直接并网 缺点缺点缺点缺点1.1.气动效率低气动效率低2.2.给电网造成电网波动给电网造成电网波动3.3.从电网吸收无功功率从电网吸收无功功率恒速风力机优点恒速风力机优点恒速风力机工作示意图 PFC恒速风力机工作示意图恒速风力机工作示意图GEAR BOXGENSOFT STAGEAR BOXGENSOFT STA变速风力机变速风力机优点优点1.1.气动效率高气动效率高2.2.机械应力小机械应力小3.3.功率波动小功率波动小4.4.成本效率高成本效率高5.5.支撑结构轻支撑结构轻缺点缺点1.1.功率对电压降敏感功率对电压降敏感2.2.造价高造价高3.3.维护量高维护量高变速风力机优点变速风力机优点变速风力机工作示意图变速风力机工作示意图变速风力机工作示意图GEAR BOXGENINVERTERDGEAR BOXGENINVERTERD风电发展史风电发展史PPT PPT实用版课件实用版课件变速风力机变速风力机变速风力机变速风力机双馈感应发电机双馈感应发电机双馈感应发电机双馈感应发电机优点优点 1.1.发电机使用相当标准发电机使用相当标准 2.2.变流器便宜，只有变流器便宜，只有1/31/3功率通过。功率通过。缺点缺点 1.1.维护量仍然比较多维护量仍然比较多 2.2.齿轮箱存在潜在不可靠性齿轮箱存在潜在不可靠性 直驱同步发电机直驱同步发电机直驱同步发电机直驱同步发电机优点优点 1.1.省去了齿轮箱省去了齿轮箱 2.2.不会吸收电网的无功不会吸收电网的无功缺点缺点 需要大型变流器，因为所有功率都要通过需要大型变流器，因为所有功率都要通过变速风力机双馈感应发电机变速风力机双馈感应发电机风电发展史风电发展史PPT PPT实用版课件实用版课件frequency converterDCgenerator sideconverterline sideconverterwind turbine controlbrakepitch driverotor bearingsynchronousgenerator converter control10.24 kV,f=50 Hz line coupling transformermain circuitbreakermedium voltageswitchgear永磁无齿箱直接驱动发电机永磁无齿箱直接驱动发电机frequency converterDCgeneratorfrequency converterDCgenerator风电发展史风电发展史PPT PPT实用版课件实用版课件结构紧凑型驱动链结构紧凑型驱动链la Courla Cour的风力机的风力机19511951年，这些直流发电机被年，这些直流发电机被35kW35kW的交流异步发电机取代，如此一来，第二台生产交流电的风机问世了。的交流异步发电机取代，如此一来，第二台生产交流电的风机问世了。为了保证风力发电机购买者的利益，政府要求所有被支持的风力发电机必须通过安全鉴定。为了保证风力发电机购买者的利益，政府要求所有被支持的风力发电机必须通过安全鉴定。早期丹麦的风力发电机与德国，美国、英国或加拿大政府资助大型风力发电机研制工程完全不同。早期丹麦的风力发电机与德国，美国、英国或加拿大政府资助大型风力发电机研制工程完全不同。0 MW Repower,5.0 MW Repower,5.大约在大约在19851985年，在加利福尼亚支持计划终结的前一夜，美国的风能市场消失了。年，在加利福尼亚支持计划终结的前一夜，美国的风能市场消失了。三、风能的先驱三、风能的先驱1940-19501940-1950基本上，现代失速型风力发电机上使用着相同的系统。基本上，现代失速型风力发电机上使用着相同的系统。叶轮直径叶轮直径 120 120米米Bonus 2MWBonus 2MW于于19981998年秋投入运行。年秋投入运行。尽管看起来市场已经堀起，但从那时起只有很少量的装机投运。尽管看起来市场已经堀起，但从那时起只有很少量的装机投运。风电场拥有风电场拥有1111台台Bonus450kWBonus450kW失速调节型风力机，风机位于洛兰岛海岸失速调节型风力机，风机位于洛兰岛海岸1.1.CWEACWEA（中国风能协会）（中国风能协会）generator sidegenerator side这个图片是这个图片是19041904年培训班毕业照。年培训班毕业照。0 MW 0 MW 风力机基础重可最多减少风力机基础重可最多减少 50T)50T)现在是世界上最大的商业化风力发电机。现在是世界上最大的商业化风力发电机。0 MW,0 MW,直驱直驱,4000 V,4000 V丹麦现在的风电总装机约丹麦现在的风电总装机约2000MW,2000MW,有约有约60006000台风力机在运行。台风力机在运行。恒速恒速Bonus(1.0 MW)Bonus(1.0 MW)NEG Micon(600 kW-1.5 MW)NEG Micon(600 kW-1.5 MW)Nordex(600 kW-1.3 MW)Nordex(600 kW-1.3 MW)GE(600 kW)GE(600 kW)Repower(750 kW)Repower(750 kW)Suzlon(1MW-1.25 MW)Suzlon(1MW-1.25 MW)变速直驱同步发电机变速直驱同步发电机Enercon(300 kW-4.5 MW)Enercon(300 kW-4.5 MW)Lagerway (750 kW-2 MW)Lagerway (750 kW-2 MW)Vensys(1.2 MW)Vensys(1.2 MW)发电机类型举例发电机类型举例发电机类型举例发电机类型举例 变速双馈异步电机变速双馈异步电机 GE(900 kW,1.5 MW&3.6 MW)GE(900 kW,1.5 MW&3.6 MW)Dewind(600 kW-2MW)Dewind(600 kW-2MW)NEG Micon(2.75 MW-4.5 MW)NEG Micon(2.75 MW-4.5 MW)Nordex(1.5 MW Nordex(1.5 MW 2.5 MW)2.5 MW)RE Power(1.5 MW-2MW)RE Power(1.5 MW-2MW)Vestas(850 kW-3 MW)Vestas(850 kW-3 MW)结构紧凑型驱动链发电机类型举例结构紧凑型驱动链发电机类型举例 变速双馈异步电机变速双馈异步电机双绕阻发电机双绕阻发电机发电机绕阻提供发电机绕阻提供发电机绕阻提供发电机绕阻提供 两种容量如：两种容量如：600/125kW,1250/250 kW,600/125kW,1250/250 kW,两极两极 如：如：4/64/6级级,6/8,6/8级级 两种转速两种转速 如：如：1500/1000 rpm1500/1000 rpm优点优点优点优点 气动效率稍高气动效率稍高 发电机效率稍高发电机效率稍高双绕阻发电机发电机绕阻提供双绕阻发电机发电机绕阻提供发电机特性发电机特性极数极数转速转速2 2300030004 4150015006 6100010008 875075010106006002020300300100100606020020030304004001515发电机转速 =频率(50 Hz)x 极对数发电机特性极数转速发电机特性极数转速230004150061000875010230004150061000875010 降低机组重量降低机组重量 结构紧凑型驱动链结构紧凑型驱动链 轻型叶片轻型叶片 结构紧凑型齿轮箱结构紧凑型齿轮箱 优化滑差优化滑差 永磁发电机永磁发电机未来技术发展趋势未来技术发展趋势降低机组重量未来技术发展趋势降低机组重量未来技术发展趋势总机头重量总机头重量S.No.S.No.公司公司公司公司容量容量容量容量(MW)(MW)叶轮直径叶轮直径叶轮直径叶轮直径(M)(M)机头总重量机头总重量机头总重量机头总重量 (吨吨吨吨)1.1.EnerconEnercon4.54.51121125005002.2.RE PowerRE Power5.05.0126.5126.53503503.3.PfleidererPfleiderer5.05.01161162902904.4.NEG MiconNEG Micon4.24.21101102142145.5.VestasVestas3.03.09090104104低机头总重量低机头总重量 降低造价降低造价 降低安装成本降低安装成本 对系统受力有利对系统受力有利总机头重量总机头重量S.No.S.No.公司容量公司容量(MW)(MW)叶轮直径机头总重量叶轮直径机头总重量(吨吨紧凑型驱动链紧凑型驱动链 轮毂直接与轴承相连轮毂直接与轴承相连如如:VensysVensys2.5 MW2.5 MW Vestas VestasV90-3MWV90-3MW 轮毂直接安装在单级齿箱的行星齿轮上轮毂直接安装在单级齿箱的行星齿轮上如：如：multibrid,Pfleiderer 5MWmultibrid,Pfleiderer 5MW紧凑型驱动链轮毂直接与轴承相连紧凑型驱动链轮毂直接与轴承相连大型风力机和叶片大型风力机和叶片年份年份年份年份容量容量容量容量叶片长度叶片长度叶片长度叶片长度19951995600 kW600 kW22 m22 m199919992 MW2 MW34 m34 m200320033.6 MW GE3.6 MW GE50 m50 m200320034.5 MW Enercon4.5 MW Enercon52 m52 m200420045.0 MW Repower,5.0 MW 5.0 MW Repower,5.0 MW PfleidererPfleiderer61.5 m61.5 m叶片叶片叶片叶片占总重量的占总重量的占总重量的占总重量的1010至至至至14%14%占总成本的占总成本的占总成本的占总成本的15 15 至至至至 20%20%不断降低叶片的重量和成本不断降低叶片的重量和成本:1.1.优化气动设计优化气动设计 2.2.材料最小设计，细叶片材料最小设计，细叶片 3.3.对叶根的挠度受力和振动降低到最小化对叶根的挠度受力和振动降低到最小化 4.4.使用更轻强度更大的材料使用更轻强度更大的材料 使用碳纤维是一种解决方案，但它的成本是玻璃纤维的使用碳纤维是一种解决方案，但它的成本是玻璃纤维的1010倍倍 探索使用木环氧和凯夫拉尔纤维探索使用木环氧和凯夫拉尔纤维大型风力机和叶片年份容量叶片长度大型风力机和叶片年份容量叶片长度1995600 kW22 m1995600 kW22 m齿轮箱设计趋势齿轮箱设计趋势 齿轮箱的技术水平是两级行星齿加一级平行齿齿轮箱的技术水平是两级行星齿加一级平行齿如如:Vestas V90,3MWVestas V90,3MW NEG-Micon NM 110/4200,4.2 MWNEG-Micon NM 110/4200,4.2 MW RePower,5MWRePower,5MW GE Wind,104 m GE Wind,104 m 叶轮直径叶轮直径,3.5 MW,3.5 MW齿轮箱设计趋势齿轮箱的技术水平是两级行星齿加一级平行齿齿轮箱设计趋势齿轮箱的技术水平是两级行星齿加一级平行齿其它概念其它概念MultibridMultibrid 5 MW 5 MW 德国德国Pfleiderer Pfleiderer 风机风机(叶轮转速叶轮转速 7 to 15 rpm)7 to 15 rpm)a.a.带齿箱带齿箱发电机转速发电机转速 1500 rpm(41500 rpm(4极极),),齿轮传动比约齿轮传动比约100 100。如：如：REPower 5 MWREPower 5 MWb.b.无齿箱无齿箱发电机极数为发电机极数为400400，Enercon 4.5 MWEnercon 4.5 MW Multibrid Multibrid 概念概念:1.1.单级行星齿轮箱单级行星齿轮箱 1:10 1:10 转速比转速比2.2.中速发电机中速发电机 (最大最大150 rpm 40 150 rpm 40 极极)3.3.机头总重机头总重 290 T 290 T其它概念其它概念MultibridMultibridfrequency convertersynchronous generator(speed typically 120.450 rpm)integratedgearbrakepitch driverotor bearingwind turbine controlconverter controlDCgenerator sideconverterline sideconverter10.24 kV,f=50 Hz or 60 Hzline coupling transformermain circuitbreakermedium voltageswitchgearfrequency convertersynchronousfrequency convertersynchronous风电发展史风电发展史PPT PPT实用版课件实用版课件 优化滑差优化滑差 允许感应型电机转速变化范围扩大至允许感应型电机转速变化范围扩大至10%.10%.降低塔架的应力水平降低塔架的应力水平,提高基础的成本效率（提高基础的成本效率（1.5 to 2.0 MW 1.5 to 2.0 MW 风力风力机基础重可最多减少机基础重可最多减少 50T)50T)功率稳定功率稳定 降低传动系统的载荷降低传动系统的载荷 优化滑差允许感应型电机转速变化范围扩大至优化滑差允许感应型电机转速变化范围扩大至10%.10%.3 3、永磁机、永磁机Vensys 62,1.2 MW,直驱Zephyros Z-72,2.0 MW,直驱,4000 VPfleiderer 116,5.0 MW,变速Lagerway,2.0 MW,直驱ABB开发永磁机，直驱3 3、永磁机、永磁机Vensys 62,1.2 MW,Vensys 62,1.2 MW,直驱直驱风电发展史风电发展史PPT PPT实用版课件实用版课件目前大型风力机技术目前大型风力机技术制造商制造商容量容量 MWMW叶轮直叶轮直 mm技术技术REPowerREPower5.05.01251252 2级行星，级行星，1 1级斜齿，主轴由两个巨大的轴承支级斜齿，主轴由两个巨大的轴承支撑，传统设计，叶片撑，传统设计，叶片61.5 m(19T).61.5 m(19T).机头总重机头总重350T350TPfleidererPfleiderer5.05.0116116Multibird,Multibird,单级行星齿轮传动比单级行星齿轮传动比1:10,1:10,发电机中发电机中转速转速 150 rpm,150 rpm,变速变速5.9 5.9 至至 15.1 rpm,15.1 rpm,机头总重机头总重290T290TEnerconEnercon4.54.5112112直驱，机头总重直驱，机头总重-500T-500TNEG-NEG-Micon Micon 4.24.21101102 2 级行星，级行星，1 1级斜齿，变速，双馈感应电机，叶级斜齿，变速，双馈感应电机，叶片片5454米，机头总重米，机头总重214T214TGE WindGE Wind3.53.51041042 2 级行星，级行星，1 1级斜齿，变速级斜齿，变速8.58.5至至15.3 rpm,15.3 rpm,双馈双馈感应电机感应电机VestasVestas3.03.09090紧凑型驱动链，单主轴轴承，紧凑型驱动链，单主轴轴承，2 2 级行星，级行星，1 1级斜级斜齿，机头总重齿，机头总重 140T140T目前大型风力机技术制造商容量目前大型风力机技术制造商容量 MW MW叶轮直叶轮直 m m技术技术REPoweREPowe自自19801980年以来风力发电机组的发展历程年以来风力发电机组的发展历程自自1980 1980年以来风力发电机组的发展历程年以来风力发电机组的发展历程谢谢！谢谢！重量重量叶轮31500 kg机舱（不含叶轮）45000 kg塔架 96500 kg总重 173000 kg重量重量叶轮叶轮31500 kg31500 kg