风力机结构与原理课件

Job number/BT/serial number/page number,Slide,#,风电机组结构与原理,主 讲：,王海云,第一章：,风能的开发与利用,时 间：,2014,年,02,月,05,月,风电机组结构与原理主 讲：王海云第一章：风能的开发与利,1.1,风力发电的历史变迁,垂直轴风力机的发展历史,水平轴风力机的发展历史,兆瓦级风力机的发展过程,商业化主流机型及参数,1.2,世界风力发电现状与未来,1.3,中国风力发电现状与未来,学 习 内 容,1.1 风力发电的历史变迁学 习 内 容,公元前,2000,多年，中国和波斯国,(,现伊朗,),就开始利用风车。,公元前,1700,多年，亚洲的巴比伦王国也开始利用风车灌溉农田，可以在阿富汗看到风机遗迹。,1.1.1,垂直轴风力机的历史,古代波斯和中国的垂直轴风机示意图,阿富汗风机遗迹,公元前2000多年，中国和波斯国(现伊朗)就开始利用风车。,当时流行将,8,个帆各编在一个直立的杆上，“叶片”（芦席）有,2,个位置，与风向无关，形成立帆式垂直轴风车。,1.1.1,垂直轴风力机的历史,18,世纪，荷兰曾利用近万座风车将海堤内的水排干，造出的良田相当于国土面积的三分之一，成了著名的风车之国。,18,世纪波斯的风车,当时流行将8个帆各编在一个直立的杆上，“叶片”（芦席）有2个,萨布纽斯式风力机是,20,世纪,20,年代发明的垂直轴风力机，它以发明者萨布纽斯,Savonius,的名字命名,(S,型风力机,),。,20,世纪,30,年代初，法国人,Darrieus,想出卷曲成形的立轴风轮。,1985,年,Darrieus,风轮首先在加拿大达到了,70m,，功率,4MW,，,1987,年投入使用。,1.1.1,垂直轴风力机的历史,S,型垂直轴风力机,FloWind 150kW,，,17m,，美国,萨布纽斯式风力机是20世纪20年代发明的垂直轴风力机，它以发,1976,年，英国和美国的科学家研究发现，排列叶片可以避免垂直轴风轮不能自启动的缺点，设计了,H,型排列的叶片。直的叶片能调整叶片角度，调节输出功率。,1.1.1,垂直轴风力机的历史,H,型风轮,1976年，英国和美国的科学家研究发现，排列叶片可以避免垂直,水平轴风力机起源可以追溯到,12,世纪。,风力磨坊一般有四只转动的叶片，,1759,年荷兰风力磨坊的效率提高到,0.28,。,后来在荷兰，通过增加旋转机头，改善对风装置，与旋转平面成,90,安装的侧轮能够自动进行风向跟踪。,棚架式风磨,荷兰风磨,多叶片风力机,1.1.2,水平轴风力机的历史,水平轴风力机起源可以追溯到12世纪。风力磨坊一般有四只转动的,风能研究的先驱,Charles F.Brush,（,1849-1929,）,Charles F.Brush,是美国电力工业的奠基人之一。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。他自己的公司,Brush Electric,位于俄亥俄州,Cleveland,市。,1889,年他卖掉了公司，,1892,年与爱迪生通用电气公司合并取名通用电气公司（,GE,）。,1.1.2,水平轴风力机的历史,风能研究的先驱Charles F.Brush1.1.2 水,1887-1888,年冬，他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。它的单机容量为,12,千瓦，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。,位于俄亥俄州,Cleveland,市的,Brush,风力发电机,1.1.2,水平轴风力机的历史,1887-1888年冬，他安装了一台被现代人认为是第一台自动,Poul la Cour,（,1846-1908,）也是现代风力发电机的先驱,现代空气动力学的鼻祖,建立第一个用于实验风力发电机的风洞,致力于能源储存的研究,发现了快速转动、叶片数少的风力机,创立了风电工人协会,创办了世界上第一个风力发电期刊,1.1.2,水平轴风力机的历史,Poul la Cour（1846-1908）也是现代风力发,二战期间，丹麦工程公司,F.L.Smidth,安装了一批两叶片和三叶片的风机,，,发的是直流电,。,1956-1957,年，,Johannes Juul,安装,了世界上第,一台,200kW Gedser,交流,风力发电机,。,20,世纪,80,年代,，,Riisager,的风力发电机尽可能地采用便宜的标准部件,，,在丹麦许多私人家庭中成为了成功的典范，,F.L.Smidth,的两叶片风机和三叶片风机,Gedser,风力发电机,Riisager,风力发电机,1.1.2,水平轴风力机的历史,二战期间，丹麦工程公司F.L.Smidth安装了一批两叶片和,Twind 2MW,风力发电机是最早的兆瓦级风力机,。,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。,Twind 2MW,风力发电机,Bonus 30kW,风力发电机,1.1.2,水平轴风力机的历史,Twind 2MW风力发电机是最早的兆瓦级风力机。Twind,Risoe,丹麦里索国家实验室,最初是为风机鉴定而成立的，源于,20,世纪,60,年代丹麦政府支持的风电项目。,NREL,美国可再生能源实验室,ECN,荷兰能源研究中心,AWEA,美国风能协会,EWEA,欧洲风能协会,BWEA,英国风能协会,CWEA,中国风能协会,世界风力发电协会及研究机构有：,1.1.2,水平轴风力机的历史,Nortank 55kW,风力发电机,Risoe 丹麦里索国家实验室 最初是为风机鉴定而成,80,年代初期，美国通过国家颁布的免税政策，为风力发电机向电网送电提供了市场。,到,1988,年，丹麦的中、小型风力发电机占了世界市场的四分之三,。,伟大的加利福尼亚风暴为现代风力发电工业发展的贡献功不可没。,美国加利福尼亚,Palm Springs,风电场,1.1.2,水平轴风力机的历史,80年代初期，美国通过国家颁布的免税政策，为风力发电机向电网,20,世纪,90,年代，,300kW,、,450kW,、,600kW,、,750kW,风力发电机成为主流机型,。,开始商业化兆瓦级风电机组的研制,。,出现海上风电场。,海上风能的应用前景非常好，对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。,丹麦,洛兰岛,Vindeby,风电场,1.1.2,水平轴风力机的历史,20世纪90年代，300kW、450kW、600kW、750,Tuno Knob,海上风电场,1995,年，丹麦海岸的,Tuno Knob,海上风电场，拥有,10,台,Vestas 500kW,风力发电机。,1.1.2,水平轴风力机的历史,Tuno Knob海上风电场 1995年，丹麦海岸的Tun,洛兰岛的,Syltholm,风电场,Middelgrunden,风电场,1.1.2,水平轴风力机的历史,1998,年，丹麦建成,Syltholm,风电场，是当时最大的陆地风电场,，,35,台,NEG Micon750kW,风力机，总装机容量,26.25MW,。,2001,年,5,月，丹麦建成,Middelgrunden,风电场，是当时最大的海上风电场，,20,台,Bonus 2MW,风力机，总装机容量,40MW,。,洛兰岛的Syltholm风电场Middelgrunden风电,1.1.3,兆瓦级风力发电机,风力发电机大型化，可以减少占地，降低并网成本和单位功率造价，有利于提高风能利用效率。,l997,年以前,MW,级机组的市场份额还不到,10%,，,2001,年则超过一半，,2002,年达到,62.1%,。,2003,年全球安装的风电机组平均单机容量达到,1.2MW,。,NEG Micon1500kW,风机,Vestas 1.5MW,风机,1.1.3 兆瓦级风力发电机风力发电机大型化，可以减少占地，,1.1.3,兆瓦级风力发电机,NEG Micon 2MW,Bonus 2MW,风机,Nordex 2.5MW,NEG Micon 2MW,，风轮直径,72,米，塔架,68,米，,桨,距,调节,。,Bonus 2MW,，风,轮直径为,72,米，塔架,60,米，,主动失速。,Nordex 2.5MW,，风,轮直径,80,米，塔架,80,米,，桨距调节。,1.1.3 兆瓦级风力发电机NEG Micon 2MWBon,1.1.3,兆瓦级风力发电机,GE 3.6MW机型,Enercon 4.5MW,直到,2004,年,9,月，德国,Enercon,公司的直驱式风力机,E-112,一直是容量最大的，风轮直径,112m,，额定功率,4.5 MW,。,2004,底，,7,台,GE 3.6MW,的,3.6sl,机型在爱尔兰,Arklow Bank offshore,风场成功运行,。,1.1.3 兆瓦级风力发电机 GE 3.6MW机型Enerc,1.1.3,兆瓦级风力发电机,Vestas 4.5MW,风机及机舱结构,Vestas,在,2005-2006,推出专为海上风电场设计的,V120 4.5MW,，,采用新型碳纤维叶片及智能控制系统，机舱和转子组件重只有,210,吨,。,1.1.3 兆瓦级风力发电机Vestas 4.5MW风机及机,1.1.3,兆瓦级风力发电机,位于德国,Brunsbuettel,的,REpower 5M,2004,年,9,月，,Repower,安装了第一台最大单机容量的,5M,，并网发电。额定功率,5MW,，专门为海上风电场设计，风轮直径,126,米。,Multibrid,是位于德国布莱梅港市的一家专门研究海洋风力发电机的科研公司，第一台试验发电机于,2004,年,12,月安装在近海的陆地上。,海上风机,M5000,1.1.3 兆瓦级风力发电机位于德国Brunsbuettel,1.1.4,商业化主流机型及参数,公司与,产品型号,Vestas,V82,GE,1.5sle,Nordex,S70,MADE,AE-61,额定功率,(MW),1.65,1.5,1.5,1.3,切入风速,(m/s),3.5,3.5,3.5,3.5,额定风速,(m/s),13,12,13,11,切出风速,(m/s),20(10min),25(10min),25(10min),25(10min),叶片数量,3,3,3,3,风轮直径,(m),82,77,70,61,扫,风面积,(m,2,),5281,4657,3848,2922,1.5MW,级典型的陆地风力发电机参数,1.1.4 商业化主流机型及参数VestasGENordex,1.1.4,商业化主流机型及参数,公司名与产品型号,Vestas,V82,GE,1.5sle,Nordex,S70,MADE,AE-61,风轮转速,(rpm),14.4,10.1-20.4,10.6-19.0,18.8/12.5,电机型式,异步电机,双馈异步电机,双馈异步电机,异步电机,4/6,极,电机电压,(V),690,690,690,690,齿轮箱类型,(,行星,/,螺旋,),复合齿轮,三级行星齿轮,(,行星,/,正,),复合齿轮,平行轴,/,行星,齿轮箱变速比,1:70.2/50Hz-,1:84.3/60Hz,1:94,1:80.8,轮毂高度,(m),78,61.4/64.7,/80/85,65/85/98,/114.5,60,1.1.4 商业化主流机型及参数公司名与产品型号Vestas,1.1.4,商业化主流机型及参数,公司名与产品型号,GE,2.5,Fuhrlnder,FL-2500,Nordex,N80,Bonus,2.3MW,额定功率,(MW),2.5,2.5,2.5,2.3,切入风速,(m/s),3.5,4,3,3,额定风速,(m/s),12.5,13,15,15,切出风速,(m/s),25,25,25,25,叶片数量,3,3,3,3,风轮直径,(m)