风能及其利用知识课件

风能及其利用知识风能及其利用知识1内 容一、风能的概念二、世界风能的发展历史三、世界风力发电现状四、我国风力发电现状五、风力发电设备六、风力发电产业介绍内 容一、风能的概念2一、风能的概念1、风的形成、风的形成 太阳辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布太阳辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布太阳辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布太阳辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，在不均压力作用下，空气沿水平方向运动就形成风。不均，在不均压力作用下，空气沿水平方向运动就形成风。不均，在不均压力作用下，空气沿水平方向运动就形成风。不均，在不均压力作用下，空气沿水平方向运动就形成风。风是一个矢量，既有大小又有风是一个矢量，既有大小又有风是一个矢量，既有大小又有风是一个矢量，既有大小又有 方向。方向。方向。方向。描述风况的两个参数：风向、描述风况的两个参数：风向、描述风况的两个参数：风向、描述风况的两个参数：风向、风速风速风速风速 地球表面风的形成和风向地球表面风的形成和风向一、风能的概念1、风的形成 太阳辐射造成地球表面受热不3 山谷风山谷风山谷风山谷风 海陆风海陆风海陆风海陆风 季风季风季风季风:随季节转换的风随季节转换的风随季节转换的风随季节转换的风谷风：由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡谷风：由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡谷风：由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡谷风：由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡山风：夜间由平原或山坡吹向谷地山风：夜间由平原或山坡吹向谷地山风：夜间由平原或山坡吹向谷地山风：夜间由平原或山坡吹向谷地陆风：晚上陆风吹向海上陆风：晚上陆风吹向海上陆风：晚上陆风吹向海上陆风：晚上陆风吹向海上海风：在沿海地区，白天由于陆地与海洋的温度差而海风：在沿海地区，白天由于陆地与海洋的温度差而海风：在沿海地区，白天由于陆地与海洋的温度差而海风：在沿海地区，白天由于陆地与海洋的温度差而形成海风吹向陆地形成海风吹向陆地形成海风吹向陆地形成海风吹向陆地 山谷风 海陆风 季风:随季节转换的风谷风：由于热力原42、风的特性、风的特性(1)(1)(1)(1)风随时间的变化风随时间的变化风随时间的变化风随时间的变化 风的日变化风的日变化风的日变化风的日变化 地面上是夜间风弱，白天风强；高空中却是夜里风强，地面上是夜间风弱，白天风强；高空中却是夜里风强，地面上是夜间风弱，白天风强；高空中却是夜里风强，地面上是夜间风弱，白天风强；高空中却是夜里风强，白天风弱。在沿海地区，白天产生海风，夜晚产生陆风。白天风弱。在沿海地区，白天产生海风，夜晚产生陆风。白天风弱。在沿海地区，白天产生海风，夜晚产生陆风。白天风弱。在沿海地区，白天产生海风，夜晚产生陆风。风的季节变化风的季节变化风的季节变化风的季节变化 由于在不同的季节，太阳和地球的相对位置不同，使由于在不同的季节，太阳和地球的相对位置不同，使由于在不同的季节，太阳和地球的相对位置不同，使由于在不同的季节，太阳和地球的相对位置不同，使地球上存在季节性温度变化，因此，风也会产生季节性变化地球上存在季节性温度变化，因此，风也会产生季节性变化地球上存在季节性温度变化，因此，风也会产生季节性变化地球上存在季节性温度变化，因此，风也会产生季节性变化规律。规律。规律。规律。季节性变化季节性变化季节性变化季节性变化2、风的特性(1)风随时间的变化 风的日变化 5(2)(2)(2)(2)风的随机性变化风的随机性变化风的随机性变化风的随机性变化 日变化日变化日变化日变化典型的不同地点的典型的不同地点的典型的不同地点的典型的不同地点的风速日变化曲线风速日变化曲线风速日变化曲线风速日变化曲线 紊流紊流紊流紊流 紊流主要是由于气紊流主要是由于气紊流主要是由于气紊流主要是由于气流与地面的摩擦而产生的。流与地面的摩擦而产生的。流与地面的摩擦而产生的。流与地面的摩擦而产生的。8min8min内风速风向随时间的瞬时变化过程内风速风向随时间的瞬时变化过程(2)风的随机性变化 日变化典型的不同地点的风速日变化曲63.风速的描述风力风力等级等级风的风的名称名称陆地地面物的征象陆地地面物的征象相应风速相应风速（km/h）(m/s)0无风无风 大气稳静，炊烟直上大气稳静，炊烟直上11732.68大风小树枝折断，顶风行走极为困难627417.220.84.风能资源地球风能约为2.74109MW可利用风能为2107MW，是地球水能的十倍只要利用上地球1%的风能就能满足全球能源的需要降低成本，提高产出，是普及风能发电必须克服的障碍4.风能资源地球风能约为2.74109MW9 风能密度通过截面积的风所含的能量，常以W/m2表示。风能密度与空气密度有直接关系一般，海边地势地，气压高，空气密度大，风能密度就高。高山气压低，空气稀薄，风能密度就小些。如果高山风速大、气温低仍有相当大的风能潜力。风能密度10我国探明风能理论储量为32.26亿KW可发利用为2.53亿KW，近海可利用风能7.5亿KW东南沿海是最大风能资源区，风能密度为200W/M2300W/M2大于6m/s的风速时间，全年3000h以上就可取得较大经济利润效益我国探明风能理论储量为32.26亿KW11风能资源丰富的地区主要分布在西北、华北和东北的草原和戈壁，以及东部和东南沿海及岛屿西部地区的风能资源占全国风能资源的50%以上甘肃省实际可开发的风能储量为1143万kW青海省为2421万kW新疆维吾尔自治区为3433万kW内蒙古自治区为6178万kW。云南省和西藏自治区也有很多地区可以利用风能。风能资源丰富的地区主要分布在西北、华北和东北的草原和戈壁，以12中国有效风能密度分布中国有效风能密度分布13我国我国风能能资源区划源区划风能丰富区能丰富区东南沿海、山南沿海、山东半半岛、辽东半半岛三北地区三北地区松花江下游区松花江下游区风能能较丰富区丰富区东南沿海内南沿海内陆和渤海沿海区和渤海沿海区三北的南部区三北的南部区青藏高原青藏高原风能可利用区能可利用区两广沿海区两广沿海区大小大小兴安岭地区安岭地区中部地区中部地区风能能贫乏区乏区川云川云贵和南岭山地区和南岭山地区雅雅鲁藏布江和昌都区藏布江和昌都区塔里木盆地西部区塔里木盆地西部区我国风能资源区划14二、世界风能的发展历史 人类开发利用风能的历史风帆助航、风力发电、风车提水风电路灯微型风力发电机风车二、世界风能的发展历史 人类开发利用风能的历史风电路灯微型风1512世纪风车从中东传入欧洲。16世纪，荷兰人利用风车排水、与海争地，在低洼的海滩上建国立业。在蒸汽机出现之前，风力机械是动力机械的一大支柱，但因竞争不过蒸汽机、内燃机等而被淘汰。19 世纪丹麦人首先研制了风力发电机。1891年，丹麦建成世界第一座风力发电站。20世纪70年代后，风力发电蓬勃发展。21世纪中叶，风能成为世界能源供应的支柱之一。1.欧洲利用风能的历史12世纪风车从中东传入欧洲。1.欧洲利用风能的历史163000年前的商代：开始出现帆船唐代：“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”明代：郑和下西洋明代后：宋应星天工开物有：“扬郡以风帆数扇，俟风转车，风息则止”方以智著的物理小识有：“用风帆六幅，车水灌田，淮阳海皆为之”中国沿海沿江地区的风帆船和用风力提水灌溉或制盐的做法，一直延续到20世纪50年代2.我国利用风能的历史3000年前的商代：开始出现帆船2.我国利用风能的历史173.积极开发风能的国家风能开发积极的国家主要有两类第一类是德、美等欧美国家，为保护环境降低二氧化碳排放量，在考虑环境成本的基础上，愿意花钱利用风能第二类是发展中国家，如印度、中国等，主要是因为缺电，愿意利用风能。但这类市场有赖于政府支持3.积极开发风能的国家风能开发积极的国家主要有两类18 中国风能发展需要制度创新中国风力资源丰富，但风电发展落后原因：缺乏透明、完整、可持续、有效力的风能政策和法律制度国家发改委制定的可再生能源中长期发展规划指出：到2020年中国风电装机容量将达到2000万瓦，要实现这一目标需要制度创新 中国风能发展需要制度创新192024/7/2620三、世界三、世界风电发展状况展状况世界世界风力力发电持持续快速快速发展展根据世界根据世界风能能协会（会（WWEAWWEA）统计，19961996年世界年世界风电总装机容量装机容量为607607万万KWKW，20072007年年为93859385万千瓦，万千瓦，20082008年达到年达到1.21.2亿千瓦。千瓦。0808年世界当年年世界当年风电装机装机为27052705万千瓦，增速万千瓦，增速达到达到28.828.8。20082008年世界年世界风力力发电机机组市市场规模达到模达到475475亿美元。美元。2008年底全球年底全球1.2亿千瓦的千瓦的风电总装机容量，意味着每年装机容量，意味着每年发电260TWh，可以减少二氧化碳排放，可以减少二氧化碳排放1.58亿吨。吨。2023/8/1720三、世界风电发展状况世界风力发电持续2024/7/26211997年到2008年世界风力发电装机2023/8/17211997年到2008年世界风力发电装机2024/7/26222003-2008年世界风力发电装机容量前十位国家2023/8/17222003-2008年世界风力发电装机容2024/7/26232009-2030年世界风电装机预测2023/8/17232009-2030年世界风电装机预测2024/7/26242008年世界排名前十位的整机制造商2023/8/17242008年世界排名前十位的整机制造商美国世界上风力机装机容量最多的国家，超过2X104MW，每年还以10的速度增长瑞典、荷兰、英国、丹麦、德国、日本、西班牙，制定了相应的风力发电计划风力发电技术日趋受到世界各国的普遍重视。目前全世界风电装机容量达到490万千瓦，而且还在以年均60的速度增长，反映了当今国际电力发展的一个新动向。美国世界上风力机装机容量最多的国家，超过2X104MW，每年25预计年风电将进入每个欧洲家庭在整个欧洲创造300万个工作机会重振衰退的工业和不景气的行业创造几百万欧元的新能源市场使欧洲走上使用完全清洁能源供应系统之路，即安全、可靠和环境可持续发展提供比煤电和核电更廉价的能源预计年风电将进入每个欧洲家庭 在整个欧洲创造300万26大型风力发电场大型风力发电场272024/7/2628Multibrid M5000 风力发电机组2023/8/1728Multibrid M5000 风力发2024/7/2629Repower 5MW风力发电机组2023/8/1729Repower 5MW风力发电机组新新S型型垂垂直直轴轴风风力力发发电电机机新S型垂直轴风力发电机30新新S型型垂垂直直轴轴风风力力发发电电机机新S型垂直轴风力发电机31风风筝筝风风力力发发电电机机风筝风力发电机32风风筝筝风风力力发发电电机机风筝风力发电机33渔民船上的微型风力发电机渔民船上的微型风力发电机34小型风电机组小型风电机组35风电路灯风电路灯36农田里的风机组农田里的风机组372024/7/2638 海上海上风力力发电快速快速发展展发展海上展海上风电是国是国际上上风电发展的一个方向。展的一个方向。目前，海上目前，海上风电技技术日日趋成熟，并开始成熟，并开始进入入规模化开模化开发阶段。段。至至2006年止，世界海上年止，世界海上风电总装机容量已达装机容量已达80万千瓦，主要集中在丹麦和英国。欧洲在开万千瓦，主要集中在丹麦和英国。欧洲在开发海上海上风能方面依然走在世界前列。能方面依然走在世界前列。据据专家家预计，到，到2010年和年和2020年，欧洲海上年，欧洲海上风电总装机容量将分装机容量将分别达到达到1000万千瓦和万千瓦和7000万万千瓦。千瓦。2023/8/1738 海上风力发电快2024/7/26391.5MW1.5MW叶片海上叶片海上风场运行运行l 20072007年年1111月月8 8日，由中海油投日，由中海油投资的第一的第一台海上台海上风力力发电机机组安装运行，安装运行，其中主机采用金其中主机采用金风科技公司研科技公司研发的的1.5MW1.5MW永磁直永磁直驱风力力发电机机组，叶片，叶片为HT34HT34型叶片。型叶片。2023/8/17391.5MW叶片海上风场运行 2007海海上上发发电电海上发电402024/7/2641海上风力发电快速发展2023/8/1741海上风力发电快速发展2024/7/2642 丹麦海滩风电场建设海上风电场2023/8/1742 丹麦海滩风电场建设海上风电场2024/7/2643海上风电场2023/8/1743海上风电场2024/7/2644海上风电场2023/8/1744海上风电场四四.我国我国风力力发电现状状四.我国风力发电现状 451.我国风力发电现状 1.我国风力发电现状 46（1）发展迅速，建展迅速，建设规模不断模不断扩大大我国的我国的风力力发电始于始于20世世纪50年代后期年代后期1986年，在山年，在山东荣城建成了我国第一座并网运行的荣城建成了我国第一座并网运行的风电场到到1990年已建成年已建成4座并网型座并网型风电场，总装机容量装机容量为4.215MW，其最大，其最大单机容量机容量为200kW。到到1995年，全国共建成了年，全国共建成了5座并网型座并网型风电场，装机，装机总容量容量为36.1MW，最大，最大单机容量机容量为500kW。1996年后，年后，风力力发电进入了入了扩大建大建设规模的模的阶段，最大段，最大单机容量机容量为1500kW。据中国据中国风能能协会最新会最新统计，2007年中国除台湾省外新增年中国除台湾省外新增风电机机组3,144 台。台。2007年中国除台湾省外累年中国除台湾省外累计风电机机组6,458台，装机容量台，装机容量5,890MW。（1）发展迅速，建设规模不断扩大 我国的风力发电始于20世纪472024/7/2648中国风力发电快速发展2023/8/1748中国风力发电快速发展2024/7/2649新疆达板城风电场2023/8/1749新疆达板城风电场2024/7/2650广东南澳风电场2023/8/1750广东南澳风电场2024/7/2651承德风电场2023/8/1751承德风电场2024/7/2652 风电场图片（内蒙辉腾西勒）2023/8/1752 风电场图片（内蒙辉腾西2024/7/2653中国中国风电市市场将持将持续高速高速发展展根据国家能源局最新规划，2020年全国风力发电装机将达到1亿千瓦。从2009年到2020年国内新增风电装机容量平均每年将达到740万千瓦，投入风电场的资金将达到660亿元740亿元，其中风机设备将达到444亿元。国家能源局已规划将在6个地区建设千万千瓦级的风电场：甘肃酒泉1100万千瓦；新疆哈密2000万千瓦；内蒙西部2000万千瓦；内蒙东部3000万千瓦；河北1000万千瓦；江苏1000万千瓦（含700万海上风场）2023/8/1753中国风电市场将持续高速发展根据国家能源（2）国家及政府有关部国家及政府有关部门重重视和支持和支持风力力发电为了支持了支持风力力发电，原，原电力部制定了力部制定了风力力发电场运行运行规程程电力行力行业标准，明确了准，明确了风电上网及上网及电价确定的原价确定的原则（2）国家及政府有关部门重视和支持风力发电54（3）专业队伍和国伍和国产化水平逐化水平逐渐提提高高自自20世世纪70年代中、后期开始，我国真正年代中、后期开始，我国真正进入了入了现代代风力力发电技技术的研究和开的研究和开发阶段。同段。同时也取得了明也取得了明显的社会效的社会效益和益和经济效益，主要解决了效益，主要解决了边远无无电地区的地区的农、牧、牧、渔民民的用的用电问题。经过多年的多年的实践，培养了一批践，培养了一批专业的的风电设计、开、开发建建设和运行管理和运行管理队伍，伍，为今后大今后大规模模发展展风电创造了造了良好的条件。大型良好的条件。大型风电机机组的制造技的制造技术我国已基本掌我国已基本掌握，主要零部件国内都能自行制造，如握，主要零部件国内都能自行制造，如发电机、机、齿轮箱和叶片等。箱和叶片等。（3）专业队伍和国产化水平逐渐提高自20世纪70年代552.我国我国风力力发电存在的存在的问题2.我国风力发电存在的问题56（1）对风能能资源勘察不源勘察不够全面全面我国我国现有的有的风资源分布源分布图很粗，无法很粗，无法满足足现在在风电场选址的要求，迫切需要址的要求，迫切需要进一步一步细化。化。（1）对风能资源勘察不够全面 57（2）风电设备和制造技和制造技术落后落后我国我国风电建建设远远落后于世界落后于世界发展的主要原展的主要原因是，没有加大力度依靠国内雄厚的机因是，没有加大力度依靠国内雄厚的机电制制造造业基基础，吸收引，吸收引进国外先国外先进技技术对风电成成套套设备进行自主开行自主开发。（2）风电设备和制造技术落后58（3）风电成本高成本高国内已国内已经建成的微不足道的建成的微不足道的风电容量几乎容量几乎全部全部为进口的成套口的成套设备，导致致风电场投投资高、高、电价高，与火价高，与火电、水、水电比，缺乏市比，缺乏市场竞争能力。争能力。（3）风电成本高 59（4）政策扶持力度不政策扶持力度不够风电开开发前期投入巨大，而国内的前期投入巨大，而国内的风电项目缺乏正常的投融目缺乏正常的投融资渠道。渠道。由于由于长期期给予予风电的的实际关注力度不关注力度不够，缺少，缺少对风电扶持的扶持的长期具体措施，期具体措施，与国外政府的扶持政策和取得的成效与国外政府的扶持政策和取得的成效相比，存在着很大的差距。相比，存在着很大的差距。（4）政策扶持力度不够 603.风力力发电前景的建前景的建议3.风力发电前景的建议61（1）做好做好风能能资源的勘察源的勘察风资源的源的测定是定是发挥风电作用的前提基作用的前提基础，因此将来因此将来应该在在这方面增大投入，方面增大投入，对我国我国实际的的风资源在源在总体上有体上有细致准确的了解，致准确的了解，为政府和政府和风电的决策者合理地的决策者合理地规划划风电提提供正确的指供正确的指导。（1）做好风能资源的勘察62（2）提高提高风电机机组的制造技的制造技术要提高我国要提高我国风力力发电应用的技用的技术水平，需要不水平，需要不断增断增进与与发达国家的交流，学达国家的交流，学习其先其先进技技术，只有清楚彼此差距，才能不断提升我国的只有清楚彼此差距，才能不断提升我国的风电技技术水平。水平。提高提高风电技技术也是降低也是降低风电成本和上网成本和上网电价的价的关关键所在。所在。（2）提高风电机组的制造技术 63（3）依托政策依托政策发展展风电政策法政策法规的出台的出台为风力力发电的的发展提供了制度展提供了制度上的支持，在具体的措施和上的支持，在具体的措施和规则上上还要要细化、化、规范、便于操作，使范、便于操作，使风电的的发展展稳步，快速的步，快速的发展起来。展起来。（3）依托政策发展风电 64五、风力发电设备五、风力发电设备五、风力发电设备65风能及其利用知识课件66风能及其利用知识课件67风能及其利用知识课件68一、机一、机一、机一、机 舱舱舱舱一、机 舱69l l 机舱座上覆盖有机舱罩，材料是机舱座上覆盖有机舱罩，材料是机舱座上覆盖有机舱罩，材料是机舱座上覆盖有机舱罩，材料是玻璃钢，具有轻质高强的特点，有玻璃钢，具有轻质高强的特点，有玻璃钢，具有轻质高强的特点，有玻璃钢，具有轻质高强的特点，有效地密封，以防止外界侵蚀，如雨、效地密封，以防止外界侵蚀，如雨、效地密封，以防止外界侵蚀，如雨、效地密封，以防止外界侵蚀，如雨、潮湿、盐雾、风砂等。潮湿、盐雾、风砂等。潮湿、盐雾、风砂等。潮湿、盐雾、风砂等。l l 机舱上安装有散热器，用于齿轮机舱上安装有散热器，用于齿轮机舱上安装有散热器，用于齿轮机舱上安装有散热器，用于齿轮箱和发电机的冷却；同时，在机舱箱和发电机的冷却；同时，在机舱箱和发电机的冷却；同时，在机舱箱和发电机的冷却；同时，在机舱内还安装有加热器，使得风电机组内还安装有加热器，使得风电机组内还安装有加热器，使得风电机组内还安装有加热器，使得风电机组在冬季寒冷的环境下，机舱内保持在冬季寒冷的环境下，机舱内保持在冬季寒冷的环境下，机舱内保持在冬季寒冷的环境下，机舱内保持在在在在10101010以上的温度。以上的温度。以上的温度。以上的温度。机舱座上覆盖有机舱罩，材料是玻璃钢，具有轻质高强的特点，有70二、叶二、叶二、叶二、叶 片片片片二、叶 片71叶片结构选用材料叶片结构选用材料主要材料由玻璃纤维增强塑料（主要材料由玻璃纤维增强塑料（GRPGRP）、碳）、碳纤维增强塑料（纤维增强塑料（CFRPCFRP）、木材、钢和铝等；）、木材、钢和铝等；对于大型风电机组来说，主要考虑叶片刚对于大型风电机组来说，主要考虑叶片刚度、固有特性和经济性，目前世界上绝大度、固有特性和经济性，目前世界上绝大多数叶片都采用复合材料制造多数叶片都采用复合材料制造 ，即，即GRPGRP或或CFRPCFRP。主要优点是轻质高强、易成型、抗。主要优点是轻质高强、易成型、抗腐蚀、维修方便等。腐蚀、维修方便等。叶片结构选用材料主要材料由玻璃纤维增强塑料（GRP）、碳纤维72复合材料叶片成型工艺复合材料叶片成型工艺目前国际上多采用玻璃纤维增强塑料，成目前国际上多采用玻璃纤维增强塑料，成型工艺有手工湿法成型、真空辅助注胶成型工艺有手工湿法成型、真空辅助注胶成型和手工预浸布铺层等。型和手工预浸布铺层等。碳纤维复合材料强度高、重量轻，但是其碳纤维复合材料强度高、重量轻，但是其价格昂贵，经济性差，一般在价格昂贵，经济性差，一般在2MW2MW米以上机米以上机组的叶片中使用，组的叶片中使用，2MW2MW以下的机组叶片使用以下的机组叶片使用很少。很少。复合材料叶片成型工艺目前国际上多采用玻璃纤维增强塑料，成型工73叶片剖面结构叶片剖面结构 LM LM LM LM 叶片叶片叶片叶片 Vastas Vastas Vastas Vastas 叶片叶片叶片叶片 叶片剖面结构 LM 叶片 Vastas 叶片 74风能及其利用知识课件75三、主轴三、主轴/主轴承座主轴承座/轴承轴承 主轴的作用在于将转子叶片上的旋转力矩传到齿轮箱上，主主轴的作用在于将转子叶片上的旋转力矩传到齿轮箱上，主主轴的作用在于将转子叶片上的旋转力矩传到齿轮箱上，主主轴的作用在于将转子叶片上的旋转力矩传到齿轮箱上，主轴与齿轮箱的连接大多采用胀紧式联轴器，这样可保证主轴轴与齿轮箱的连接大多采用胀紧式联轴器，这样可保证主轴轴与齿轮箱的连接大多采用胀紧式联轴器，这样可保证主轴轴与齿轮箱的连接大多采用胀紧式联轴器，这样可保证主轴与齿轮箱同心，在运行中免于维护。主轴上坚固的三点悬挂与齿轮箱同心，在运行中免于维护。主轴上坚固的三点悬挂与齿轮箱同心，在运行中免于维护。主轴上坚固的三点悬挂与齿轮箱同心，在运行中免于维护。主轴上坚固的三点悬挂支撑，能够很好地吸收弯矩，降低齿轮箱输入轴的径向负载。支撑，能够很好地吸收弯矩，降低齿轮箱输入轴的径向负载。支撑，能够很好地吸收弯矩，降低齿轮箱输入轴的径向负载。支撑，能够很好地吸收弯矩，降低齿轮箱输入轴的径向负载。有些风电机组采用双轴承的结构设计，目的在于减少由于风有些风电机组采用双轴承的结构设计，目的在于减少由于风有些风电机组采用双轴承的结构设计，目的在于减少由于风有些风电机组采用双轴承的结构设计，目的在于减少由于风作用于叶片而引起的轴向推力，以及消除风电机组运行时齿作用于叶片而引起的轴向推力，以及消除风电机组运行时齿作用于叶片而引起的轴向推力，以及消除风电机组运行时齿作用于叶片而引起的轴向推力，以及消除风电机组运行时齿轮箱低速轴侧的俯仰力矩，改善齿轮箱运行环境，避免近年轮箱低速轴侧的俯仰力矩，改善齿轮箱运行环境，避免近年轮箱低速轴侧的俯仰力矩，改善齿轮箱运行环境，避免近年轮箱低速轴侧的俯仰力矩，改善齿轮箱运行环境，避免近年来，世界范围出现的齿轮箱行星轮系轴断裂问题。两个主轴来，世界范围出现的齿轮箱行星轮系轴断裂问题。两个主轴来，世界范围出现的齿轮箱行星轮系轴断裂问题。两个主轴来，世界范围出现的齿轮箱行星轮系轴断裂问题。两个主轴承选用双列向心推力滚子轴承，还可以吸收大部分的来自风承选用双列向心推力滚子轴承，还可以吸收大部分的来自风承选用双列向心推力滚子轴承，还可以吸收大部分的来自风承选用双列向心推力滚子轴承，还可以吸收大部分的来自风轮的轴向推力，进而，降低齿轮箱输入轴的轴向负载。轮的轴向推力，进而，降低齿轮箱输入轴的轴向负载。轮的轴向推力，进而，降低齿轮箱输入轴的轴向负载。轮的轴向推力，进而，降低齿轮箱输入轴的轴向负载。三、主轴/主轴承座/轴承主轴的作用在于将转子叶片上的旋转力矩76四、齿轮箱四、齿轮箱 600kW600kW以下风电机组多为平行轴结构，大于以下风电机组多为平行轴结构，大于以下风电机组多为平行轴结构，大于以下风电机组多为平行轴结构，大于600kW600kW的风电的风电的风电的风电机组基本是采用行星轮结构或行星轮加平行轴结构。机组基本是采用行星轮结构或行星轮加平行轴结构。机组基本是采用行星轮结构或行星轮加平行轴结构。机组基本是采用行星轮结构或行星轮加平行轴结构。齿轮箱体采用球铁铸造而成，齿轮箱的负荷及压力通过齿齿轮箱体采用球铁铸造而成，齿轮箱的负荷及压力通过齿齿轮箱体采用球铁铸造而成，齿轮箱的负荷及压力通过齿齿轮箱体采用球铁铸造而成，齿轮箱的负荷及压力通过齿轮箱两侧的支撑传到塔架和基础，该支撑为强力橡胶结构，轮箱两侧的支撑传到塔架和基础，该支撑为强力橡胶结构，轮箱两侧的支撑传到塔架和基础，该支撑为强力橡胶结构，轮箱两侧的支撑传到塔架和基础，该支撑为强力橡胶结构，可以降低风电机组的噪音和震动。可以降低风电机组的噪音和震动。可以降低风电机组的噪音和震动。可以降低风电机组的噪音和震动。在齿轮箱后部的高速轴上安装有刹车盘，其连接方式是采在齿轮箱后部的高速轴上安装有刹车盘，其连接方式是采在齿轮箱后部的高速轴上安装有刹车盘，其连接方式是采在齿轮箱后部的高速轴上安装有刹车盘，其连接方式是采用胀紧式联轴器；液压制动器通过螺栓紧固在齿轮箱体上；用胀紧式联轴器；液压制动器通过螺栓紧固在齿轮箱体上；用胀紧式联轴器；液压制动器通过螺栓紧固在齿轮箱体上；用胀紧式联轴器；液压制动器通过螺栓紧固在齿轮箱体上；齿轮箱高速轴通过柔性连接与发电机轴连接。齿轮箱高速轴通过柔性连接与发电机轴连接。齿轮箱高速轴通过柔性连接与发电机轴连接。齿轮箱高速轴通过柔性连接与发电机轴连接。四、齿轮箱600kW以下风电机组多为平行轴结构，大于600k77 刹车机构的作用刹车机构的作用刹车机构的作用刹车机构的作用1 1、使风力发电机组在发生故障或紧急情况下，能快速、平稳、使风力发电机组在发生故障或紧急情况下，能快速、平稳、使风力发电机组在发生故障或紧急情况下，能快速、平稳、使风力发电机组在发生故障或紧急情况下，能快速、平稳的制动停机。的制动停机。的制动停机。的制动停机。2 2、在运行情况下使机组保持稳定，不被侧风或绕流影响。、在运行情况下使机组保持稳定，不被侧风或绕流影响。、在运行情况下使机组保持稳定，不被侧风或绕流影响。、在运行情况下使机组保持稳定，不被侧风或绕流影响。五、刹车机构五、刹车机构 刹车机构组成刹车机构组成刹车机构组成刹车机构组成1 1、叶尖刹车（阻尼板、动叶片、小叶片）、叶尖刹车（阻尼板、动叶片、小叶片）、叶尖刹车（阻尼板、动叶片、小叶片）、叶尖刹车（阻尼板、动叶片、小叶片）2 2、风轮刹车（低速、高速制动装置）、风轮刹车（低速、高速制动装置）、风轮刹车（低速、高速制动装置）、风轮刹车（低速、高速制动装置）3 3、偏航刹车（盘式制动器）、偏航刹车（盘式制动器）、偏航刹车（盘式制动器）、偏航刹车（盘式制动器）刹车机构的作用五、刹车机构刹车机构组成78叶叶叶叶尖尖尖尖刹刹刹刹车车车车叶尖刹车79风风风风轮轮轮轮刹刹刹刹车车车车风轮刹车80偏航刹车偏航刹车偏航刹车偏航刹车偏航刹车81 刹车程序刹车程序刹车程序刹车程序1 1、正常刹车：得到指令后，释放叶尖慢速刹车，电机在转速、正常刹车：得到指令后，释放叶尖慢速刹车，电机在转速、正常刹车：得到指令后，释放叶尖慢速刹车，电机在转速、正常刹车：得到指令后，释放叶尖慢速刹车，电机在转速 低于同步转速时切出低于同步转速时切出低于同步转速时切出低于同步转速时切出 ，当电机转速低于设定值（系统默认，当电机转速低于设定值（系统默认，当电机转速低于设定值（系统默认，当电机转速低于设定值（系统默认 750rpm 750rpm 或或或或500rpm500rpm）时，一个圆盘刹车制动，当电机转速）时，一个圆盘刹车制动，当电机转速）时，一个圆盘刹车制动，当电机转速）时，一个圆盘刹车制动，当电机转速为为为为0rpm0rpm，第二个圆盘刹车制动。两个圆盘刹车全部作用，第二个圆盘刹车制动。两个圆盘刹车全部作用，第二个圆盘刹车制动。两个圆盘刹车全部作用，第二个圆盘刹车制动。两个圆盘刹车全部作用 。2 2、快速刹车：得到指令后，释放叶尖快速刹车，电机立即、快速刹车：得到指令后，释放叶尖快速刹车，电机立即、快速刹车：得到指令后，释放叶尖快速刹车，电机立即、快速刹车：得到指令后，释放叶尖快速刹车，电机立即 切出电网。风轮刹车得到指令，一个圆盘刹车制动。切出电网。风轮刹车得到指令，一个圆盘刹车制动。切出电网。风轮刹车得到指令，一个圆盘刹车制动。切出电网。风轮刹车得到指令，一个圆盘刹车制动。当当当当 电机转速为电机转速为电机转速为电机转速为0rpm0rpm，第二个圆盘刹车制动。两个圆盘刹，第二个圆盘刹车制动。两个圆盘刹，第二个圆盘刹车制动。两个圆盘刹，第二个圆盘刹车制动。两个圆盘刹车车车车全部作用。全部作用。全部作用。全部作用。3 3、紧急刹车：得到指令后，释放叶尖快速刹车，、紧急刹车：得到指令后，释放叶尖快速刹车，、紧急刹车：得到指令后，释放叶尖快速刹车，、紧急刹车：得到指令后，释放叶尖快速刹车，两个圆两个圆两个圆两个圆盘盘盘盘刹车全部作用。电机立即切出电网。刹车全部作用。电机立即切出电网。刹车全部作用。电机立即切出电网。刹车全部作用。电机立即切出电网。刹车程序2、快速刹车：得到指令后，释放叶尖快速刹车，电机立即82五、偏航系统五、偏航系统 机舱的偏航是由电动偏航齿轮自动执行的，它是根据风向仪机舱的偏航是由电动偏航齿轮自动执行的，它是根据风向仪机舱的偏航是由电动偏航齿轮自动执行的，它是根据风向仪机舱的偏航是由电动偏航齿轮自动执行的，它是根据风向仪提供的风向信号，由控制系统控制，通过驱、传动机构，实现提供的风向信号，由控制系统控制，通过驱、传动机构，实现提供的风向信号，由控制系统控制，通过驱、传动机构，实现提供的风向信号，由控制系统控制，通过驱、传动机构，实现风电机组叶轮与风向保持一致，最大效率地吸收风能。风电机组叶轮与风向保持一致，最大效率地吸收风能。风电机组叶轮与风向保持一致，最大效率地吸收风能。风电机组叶轮与风向保持一致，最大效率地吸收风能。偏航时间的长短，是由计算机控制的，一旦风向仪出现故障，偏航时间的长短，是由计算机控制的，一旦风向仪出现故障，偏航时间的长短，是由计算机控制的，一旦风向仪出现故障，偏航时间的长短，是由计算机控制的，一旦风向仪出现故障，自动偏航操作将中止，仅可以从控制柜或机舱顶部控制盒上人自动偏航操作将中止，仅可以从控制柜或机舱顶部控制盒上人自动偏航操作将中止，仅可以从控制柜或机舱顶部控制盒上人自动偏航操作将中止，仅可以从控制柜或机舱顶部控制盒上人工方式操作偏航。工方式操作偏航。工方式操作偏航。工方式操作偏航。偏航的控制：在风速低于偏航的控制：在风速低于偏航的控制：在风速低于偏航的控制：在风速低于3 3 3 3或或或或3.5m/s3.5m/s3.5m/s3.5m/s下，自动偏航不会工作，下，自动偏航不会工作，下，自动偏航不会工作，下，自动偏航不会工作，风电机组将不会偏航到与风向一致。只有风速大于该值后，风风电机组将不会偏航到与风向一致。只有风速大于该值后，风风电机组将不会偏航到与风向一致。只有风速大于该值后，风风电机组将不会偏航到与风向一致。只有风速大于该值后，风电机组才自动扑捉风向，这样，可以避免不必要的偏航和电能电机组才自动扑捉风向，这样，可以避免不必要的偏航和电能电机组才自动扑捉风向，这样，可以避免不必要的偏航和电能电机组才自动扑捉风向，这样，可以避免不必要的偏航和电能消耗。消耗。消耗。消耗。五、偏航系统 机舱的偏航是由电动偏航齿轮自动执行的，它是根据83六、塔架六、塔架塔架是用钢板焊接成锥筒形，通过螺栓和法塔架是用钢板焊接成锥筒形，通过螺栓和法兰连接塔筒的各部分。兰连接塔筒的各部分。塔架是支撑机舱的结构部件，承受来自风电塔架是支撑机舱的结构部件，承受来自风电机组各部件的所有载荷，不仅要有一定的高机组各部件的所有载荷，不仅要有一定的高度，使风电机组处于较为理想的位置上运转，度，使风电机组处于较为理想的位置上运转，而且还应有足够的强度和刚度，以保证在极而且还应有足够的强度和刚度，以保证在极端风况下，不会使风电机组倾倒。端风况下，不会使风电机组倾倒。六、塔架塔架是用钢板焊接成锥筒形，通过螺栓和法兰连接塔筒的各84目前商业运行风电机组的种类目前商业运行风电机组的种类定桨矩型定桨矩型变桨矩型变桨矩型变桨变速型变桨变速型直驱型直驱型目前商业运行风电机组的种类定桨矩型85定桨矩型风电机组定桨矩型风电机组优点：优点：优点：优点：-结构简单，运行可靠性较高结构简单，运行可靠性较高结构简单，运行可靠性较高结构简单，运行可靠性较高缺点：缺点：缺点：缺点：-效率低效率低效率低效率低 -对电网影响大对电网影响大对电网影响大对电网影响大 -常发生过发电现象，加速机组的疲常发生过发电现象，加速机组的疲常发生过发电现象，加速机组的疲常发生过发电现象，加速机组的疲劳损坏劳损坏劳损坏劳损坏市场情况：市场情况：市场情况：市场情况：-在欧美市场已停产在欧美市场已停产在欧美市场已停产在欧美市场已停产 -在中国仍有一定的需求在中国仍有一定的需求在中国仍有一定的需求在中国仍有一定的需求 定桨矩型风电机组优点：86变桨矩风电机组变桨矩风电机组优点：优点：优点：优点：-结构较简单，运行可靠性较高结构较简单，运行可靠性较高结构较简单，运行可靠性较高结构较简单，运行可靠性较高 -不会发生过发电现象不会发生过发电现象不会发生过发电现象不会发生过发电现象缺点：缺点：缺点：缺点：-效率不高效率不高效率不高效率不高 -对电网影响大对电网影响大对电网影响大对电网影响大市场情况：市场情况：市场情况：市场情况：-逐渐退出欧美市场逐渐退出欧美市场逐渐退出欧美市场逐渐退出欧美市场 -中国市场仍有一定的需求中国市场仍有一定的需求中国市场仍有一定的需求中国市场仍有一定的需求 变桨矩风电机组优点：87变桨变速型风电机组变桨变速型风电机组优点：优点：优点：优点：-不会发生过发电现象不会发生过发电现象不会发生过发电现象不会发生过发电现象 -效率高效率高效率高效率高 -对电网影响小对电网影响小对电网影响小对电网影响小缺点：缺点：缺点：缺点：-电控系统较复杂，运行维护难度较电控系统较复杂，运行维护难度较电控系统较复杂，运行维护难度较电控系统较复杂，运行维护难度较大大大大市场情况：市场情况：市场情况：市场情况：-欧美市场大量在使用欧美市场大量在使用欧美市场大量在使用欧美市场大量在使用 -近几年进入中国市场商业运行近几年进入中国市场商业运行近几年进入中国市场商业运行近几年进入中国市场商业运行变桨变速型风电机组优点：88直驱型风电机组直驱型风电机组优点：优点：优点：优点：-不会发生过发电现象不会发生过发电现象不会发生过发电现象不会发生过发电现象 -效率高效率高效率高效率高 -对电网影响小对电网影响小对电网影响小对电网影响小 -无齿轮箱损坏的风险无齿轮箱损坏的风险无齿轮箱损坏的风险无齿轮箱损坏的风险缺点：缺点：缺点：缺点：-电控系统复杂，运行维护难度较大电控系统复杂，运行维护难度较大电控系统复杂，运行维护难度较大电控系统复杂，运行维护难度较大市场情况：市场情况：市场情况：市场情况：-在欧美市场处于发展阶段在欧美市场处于发展阶段在欧美市场处于发展阶段在欧美市场处于发展阶段 -中国市场目前尚无商业运行机组中国市场目前尚无商业运行机组中国市场目前尚无商业运行机组中国市场目前尚无商业运行机组直驱型风电机组优点：89风电机组发展情况风电机组发展情况目前较为成熟、质量和性能可靠、在国际目前较为成熟、质量和性能可靠、在国际国内市场上可以采购到的风电机组的容量国内市场上可以采购到的风电机组的容量等级在等级在750KW750KW到到2500KW2500KW之间；之间；750KW750KW定桨矩风机国内已有生产销售；定桨矩风机国内已有生产销售；在欧美市场，在欧美市场，kWkW级风电机组已基本停止生级风电机组已基本停止生产，转而生产产，转而生产MWMW级的机组。级的机组。风机技术发展趋势是大型化、变桨变速、风机技术发展趋势是大型化、变桨变速、直驱型；直驱型；风电机组发展情况目前较为成熟、质量和性能可靠、在国际国内市场902024/7/2691六、风力发电产业介绍2023/8/1791六、风力发电产业介绍2024/7/2692中国中国风机制造机制造产业介介绍风电整机制造发展迅速，已明确进入风电整机制造业的企业有50多家，到2008年底进入风电场运行的整机厂家有23家。其中排名前三位华锐（140万千瓦）、金风（113万千瓦）、东汽（105万千），共占据风电设备市场份额的54%。2023/8/1792中国风机制造产业介绍风电整机制造发展迅2024/7/26932023/8/17932024/7/2694国外品牌风电机组在中国设厂 在国有制造企业纷纷转向风电产业的同时，国外知名的风电设备制造企业也看好中国的风电市场，纷纷在中国设立制造厂 丹麦的Vestas公司、美国GE能源集团、西班牙Gamesa公司印度Suzlon公司独资建厂。西班牙EHN集团、德国Nordex公司等采取合资建厂的方式。国外品牌风电机组进入风电市场对于中国风电产业既是一种促进，也是一种挑战，竞争的市场环境是对国内企业自身能力的一种考验。2023/8/1794国外品牌风电机组在中国设厂 在国有制造2024/7/2695整机的发展带动了部件制造风力发电机的主要部件有：风机叶片、发电机、齿轮箱、控制器、变流器、偏航系统。其他部件有液压刹车系统、散热器、连轴器、轴承等。塔架和结构件包括轮毂、主轴、机舱底坐、法兰盘等。国内为风机厂配套大部件的生产厂数量猛增，国产化比例超过90%。2023/8/1795整机的发展带动了部件制造风力发电机的主2024/7/2696中航工中航工业风力力发电产业的的发展思路展思路发挥集集团优势，统一一组织、统一一规划、划、统一一协调，举全全集集团之力，全面之力，全面进入入风电产业。以以风电场的建的建设和运和运营为牵引、以引、以风机和关机和关键零部件的零部件的制造制造为核心，形成全价核心，形成全价值链发展展风电产业的模式，打造的模式，打造专业化公司，形成集化公司，形成集团风电品牌。品牌。从研从研发、市、市场、管理多方面入手，加、管理多方面入手，加强对风电装装备配套配套单位位综合能力的建合能力的建设，提高核心配套能力。具体依据以，提高核心配套能力。具体依据以下几个下几个发展原展原则：1、全价、全价值链快速成快速成长的原的原则；2、集中整体、集中整体优势，统一一组织、重点突破的原、重点突破的原则；3、专业化化发展的原展的原则；4、充分利用内外部、充分利用内外部资源的原源的原则；5、国、国际化开拓的原化开拓的原则。2023/8/1796中航工业风力发电产业的发展思路发挥集团2024/7/26972023/8/17972024/7/2698航空工业发展风电产业总体目标到2015年达到年销售收入830亿元的规模，其中风电整机及零部件实现销售收入480亿元，风场建设及投资运营实现销售收350亿元；到2017年共实现销售收入1000亿元，占全国市场规模的10以上。在风电投资领域，通过有计划、分步骤地发展，计划到2017年，集团风力发电总装机容量达到1000万千瓦规模。2023/8/1798航空工业发展风电产业总体目标到2012024/7/2699兆瓦级风电机组零部件齿轮箱南京高速齿轮制造有限公司重庆重齿风力发电齿轮箱有限责任公司2023/8/1799兆瓦级风电机组零部件齿轮箱南京高速齿2024/7/26100风轮叶片制造2023/8/17100风轮叶片制造2024/7/26101北京科诺伟业公司 兆瓦级风电机组零部件电控系统2023/8/17101北京科诺伟业公司 2024/7/26102风机塔架2023/8/17102风机塔架2024/7/26103 风机主轴2023/8/17103 2024/7/26104风机轮毂2023/8/17104风机轮毂2024/7/26105国产风机轮毂2023/8/17105国产风机轮毂2024/7/26106风机轴承2023/8/17106风机轴承2024/7/26107风机变距轴承2023/8/17107风机变距轴承2024/7/26108偏航电机和变桨电机2023/8/17108偏航电机和变桨电机2024/7/26109风机连轴器2023/8/17109风机连轴器2024/7/26110风机刹车系统2023/8/17110风机刹车系统2024/7/26111风机基础法兰盘加工2023/8/17111风机基础法兰盘加工2024/7/26112整机装配2023/8/17112整机装配2024/7/26113整机装配2023/8/17113整机装配2024/7/26114风机基础2023/8/17114风机基础2024/7/26115海上风电叶片运输2023/8/17115海上风电叶片运输2024/7/26116叶片吊装2023/8/17116叶片吊装2024/7/26117风机的吊装2023/8/17117风机的吊装结束束语中国的中国的风电发展已有展已有30多年，取得了多年，取得了显著著进步。但由于基步。但由于基础薄弱，薄弱，风电发展的展的过程程中面中面临的技的技术落后、政策扶持不落后、政策扶持不够及上网及上网电价高等价高等诸多困多困难。随着政府和民众。随着政府和民众对风电的逐步的逐步认识、各、各项法法规的出台，以及的出台，以及风电设备的的设计、制造技、制造技术方面不断提高，方面不断提高，风能利用必将能利用必将为我国做出巨大的我国做出巨大的贡献。献。结束语118