1、風(fēng)力發(fā)電概述 理論培訓(xùn)資料（一）風(fēng)能利用的歷史風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展風(fēng)力資源的特點(diǎn)中國的風(fēng)能資源分布風(fēng)機(jī)的能量輸出風(fēng)機(jī)性能參數(shù)風(fēng)機(jī)的分類風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的種類DFM風(fēng)機(jī)的并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)電場的選址風(fēng)電場的運(yùn)行和維護(hù)風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展趨勢Gamesa在中國運(yùn)行的風(fēng)場風(fēng)力等級表（“浦赫”風(fēng)力等級表）風(fēng)能利用的歷史風(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，它是由太陽輻射熱引起的。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)換形式，是一種重要的自然能源。太陽照射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產(chǎn)生溫差，從而引起大氣的對流運(yùn)動形成風(fēng)。風(fēng)能利用已有數(shù)千年的歷史。在蒸汽機(jī)發(fā)明以前，風(fēng)帆和風(fēng)車是人類生產(chǎn)和生活的重要動力裝置。埃及被認(rèn)為可能是最先利用風(fēng)能

2、的國家，約在幾千年前，他們就開始利用風(fēng)帆來幫助行船。波斯和中國也在很早就開始利用風(fēng)能，主要使用垂直軸風(fēng)車。我國至少在3000年前的商代就出現(xiàn)了帆船，到唐代，風(fēng)帆船已廣泛用于江河運(yùn)輸。最輝煌的是明代，14世紀(jì)鄭和七下西洋，龐大的帆船隊(duì)功不可沒。明代以后，風(fēng)車廣泛應(yīng)用，沿海一帶主要用于帆船和風(fēng)力機(jī)提水灌溉，制鹽。在歐洲到中世紀(jì)才廣泛利用風(fēng)能，荷蘭人發(fā)明了風(fēng)車。18世紀(jì)荷蘭曾用近萬臺風(fēng)車排水，在低洼的海灘上圍海造田，成為風(fēng)車之國。成為有名的農(nóng)用風(fēng)車，最多達(dá)到了600萬臺。隨著蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，以及煤，石油，天然氣的開采，風(fēng)力機(jī)無法和蒸汽機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，電動機(jī)等相競爭，逐漸被淘汰。到了19世紀(jì)末，開始利用風(fēng)力

3、發(fā)電，特別是在20世紀(jì)70年代，利用風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的時(shí)代。風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展 19世紀(jì)末，丹麥人首先研制了風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并于1891年建成了世界第一個(gè)風(fēng)力發(fā)電站。但是由于技術(shù)方面的原因，風(fēng)力發(fā)電一直沒有成為電網(wǎng)中的電源。1973年石油危機(jī)以后，美國，西歐等發(fā)達(dá)國家為了尋找替代化石燃料的能源，開始投入大量的經(jīng)費(fèi)，研制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并于20世紀(jì)80年代初開始建立示范風(fēng)電場，開始了并網(wǎng)發(fā)電的新時(shí)期。到了90年代，對環(huán)境保護(hù)的要求日益嚴(yán)格，風(fēng)力發(fā)電更加受到重視。經(jīng)過20多年的研究開發(fā)，世界風(fēng)力發(fā)電取得了引人注目的成就。下表是1983年以來世界風(fēng)電發(fā)展的情況。1983-2004年世界風(fēng)電發(fā)展情況及

4、2004年累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)最多的10個(gè)國家（萬千瓦）風(fēng)力資源的特點(diǎn)：1 蘊(yùn)量巨大；據(jù)估計(jì)到達(dá)地球的太陽能中雖然只有大約2轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，但其總量仍是十分可觀的。全球的風(fēng)能約為，其中可利用的風(fēng)能為2X107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。2 可以再生； 3 分布廣泛；4 沒有污染，綠色環(huán)保；5 密度低；6不穩(wěn)定；7 地區(qū)差異大中國的風(fēng)能資源分布1三北（東北、華北、西北）地區(qū)豐富帶，風(fēng)能功率密度在200300瓦/米2以上，有的可達(dá)500瓦/米2以上，如阿拉山口、達(dá)坂城、輝騰錫勒、錫林浩特的灰騰梁等、可利用的小時(shí)數(shù)在5000小時(shí)以上，有的可達(dá)7000小時(shí)以上。這一風(fēng)能豐富帶的形成，主要是由于

5、三北地區(qū)處于中高緯度的地理位置有關(guān)。 2沿海及其島嶼地豐富帶。年有效風(fēng)能功率密度在200瓦/米2以上，將風(fēng)能功率密度線平行于海岸線，沿海島嶼風(fēng)能功率密度在500瓦/米2以上如臺山、平潭、東山、南鹿、大陳、南澳、馬祖、馬公、東沙等?？衫眯r(shí)數(shù)約在7000-8000小時(shí)，這一地區(qū)特別是東南沿海，由海岸向內(nèi)陸是丘陵連綿，所以風(fēng)能豐富地區(qū)僅在海岸50km之內(nèi)，再向內(nèi)陸不但不是風(fēng)能豐富區(qū)，反而成為全國最小風(fēng)能區(qū)，風(fēng)能功率密度僅50瓦/米2左右，基本上是風(fēng)能不能利用的地區(qū)。3內(nèi)陸風(fēng)能豐富地區(qū)，在兩個(gè)風(fēng)能豐富帶之外，風(fēng)能功率密度一般在100w/m2以下，可以利用小時(shí)數(shù)3000小時(shí)以下。但是在一些地區(qū)由于湖

6、泊和特殊地形的影響，風(fēng)能也較豐富，如鄱陽湖附近較周圍地區(qū)風(fēng)能就大，湖南衡山、安徽的黃山、云南太華山等也較平地風(fēng)能為大。但是這些只限于很小范圍之內(nèi)，不像兩大帶那樣大的面積，特別是三北地區(qū)面積更大。青藏高原海拔4000m以上，這里的風(fēng)速比較大，但空氣密度小，如在4000m的空氣密度大致為地面的67%，也就是說，同樣是8m/s的風(fēng)速，在平原上風(fēng)能功率密度為，而在4000m只為，而這里年平風(fēng)速在35m/s，所以風(fēng)能仍屬一般地區(qū)。風(fēng)機(jī)的能量輸出評價(jià)一臺風(fēng)機(jī)的性能，一個(gè)很重要的指標(biāo)是功率曲線，另外一個(gè)就是可利用率。功率曲線1（變速變槳風(fēng)機(jī)）功率曲線2（定槳定速風(fēng)機(jī)）Gamesa風(fēng)機(jī)可利用率的計(jì)算方法：風(fēng)力

7、機(jī)性能參數(shù)風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生的功率可以用公式表示：P=0.5AV3 Cp me；P輸出功率（W）；空氣密度；V風(fēng)速（m/s）；A風(fēng)輪掃掠面積Cp 風(fēng)能利用系數(shù)；m傳動效率，一般為e電氣效率，一般為；風(fēng)力機(jī)性能參數(shù)1 風(fēng)能利用系數(shù)Cp ：是指風(fēng)機(jī)從風(fēng)能中轉(zhuǎn)換的能量占風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪掃掠面積全部風(fēng)能的比例。單位時(shí)間內(nèi)通過給定面積A的風(fēng)能E，可以表示為：；其中 V為風(fēng)速，為空氣密度，計(jì)算中一般取；Cp=P/（）；2 葉尖速比 葉尖速比是風(fēng)輪葉尖線速度和風(fēng)速的比值；=R/v；R為風(fēng)輪半徑，為風(fēng)輪角速度。風(fēng)力機(jī)的分類按照功率輸出的大小分為小型（10KW以下）；中型（10KW100KW），大型（100KW以上）；結(jié)構(gòu)形

8、式多種多樣，大體上可以分為;水平軸風(fēng)機(jī)，垂直軸風(fēng)機(jī)；根據(jù)功率的控制，可以分為三種：失速控制風(fēng)機(jī)（定槳）；變槳距控制風(fēng)機(jī)和主動失速控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成結(jié)構(gòu) 1 主機(jī)架 2 主軸 3 輪轂 4 葉片 5 葉片支承 6 齒輪箱 7 齒輪箱扭力臂 8 盤式制動器 9 發(fā)電機(jī) 10 萬向聯(lián)軸器 11 液壓單元 12 偏航馬達(dá) 13 偏航減速器 14 扭纜傳感器 15 頂部控制器風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的種類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以分為兩類1 離網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng) （獨(dú)立的風(fēng)電系統(tǒng)）又分為：a獨(dú)立的風(fēng)電系統(tǒng) （一般100W10Kw的下小型機(jī)組）b 風(fēng)力-柴油機(jī)發(fā)電聯(lián)合系統(tǒng) （10Kw200Kw的風(fēng)電機(jī)組）c 風(fēng)力太陽能發(fā)電聯(lián)合系統(tǒng)

9、 一般才用太陽能電池方陣 （10Kw200Kw的風(fēng)電機(jī)組）2 并網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng) 一般單機(jī)容量在200Kw以上，或者多臺聯(lián)網(wǎng)形成風(fēng)電場。 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成：2.1 發(fā)電機(jī)異步電機(jī) 特點(diǎn)：堅(jiān)固耐用，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜；但是運(yùn)行時(shí)必須外加無功利磁電流，消耗無功功率。需要電容組或電網(wǎng)提供無功。同步電機(jī) 特點(diǎn)：發(fā)電機(jī)不僅可以提供有功功率，而且可以提供無功功率，但是它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的種類2.2 軟啟動器主要有晶閘管和控制器組成。作用是降低并網(wǎng)時(shí)的電流沖擊，減小并網(wǎng)時(shí)的電壓下降；減小發(fā)電機(jī)和齒輪箱的機(jī)械沖擊。2.3 電容器組主要是提供無功補(bǔ)償作用，增加電壓的穩(wěn)定性，減少電網(wǎng)的額

10、外損失。2.4 變頻器變頻器是一種功率電子元件，它可以很方便地把頻率不同的電力系統(tǒng)連接起來。一般來說，變頻器都包含了絕緣珊雙極晶體管IGBT （Insulated Gate Biopolar Transisters）.IGBT的特點(diǎn)是具有很高的開關(guān)頻率，可以高達(dá)10KHz。使用變頻器的意義： 可以調(diào)控頻率；可以調(diào)控?zé)o功功率，提高供電質(zhì)量。DFM風(fēng)機(jī)的并網(wǎng)運(yùn)行 Gamesa在中國的風(fēng)機(jī)是雙反饋電機(jī)DFM（Double Feedback Machine）.這也是目前變速變槳風(fēng)機(jī)主要使用的電機(jī)。雙饋電機(jī)定子三相繞組直接與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)過交流-交流變頻器聯(lián)入電網(wǎng)。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是： A 風(fēng)機(jī)啟動

11、后帶動發(fā)電機(jī)至接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，由變頻器控制進(jìn)行電壓匹配，同步和相位控制，以便迅速地并入電網(wǎng)，并網(wǎng)時(shí)基本沒有電流沖擊； B 風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速可以隨風(fēng)速和負(fù)載的變化及時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整，使風(fēng)機(jī)已最佳的葉尖速比運(yùn)行，產(chǎn)生最大的電能輸出； C DFM發(fā)電機(jī)勵磁可調(diào)量有三個(gè)： 勵磁電流的頻率，勵磁電流的幅值以及勵磁電流的相位。調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率，保證發(fā)電機(jī)在變速運(yùn)行的情況下，發(fā)出的電是恒頻的；通過改變勵磁電流的幅值和相位，可以調(diào)節(jié)有功功率和無功功率的目的。風(fēng)電場的選址風(fēng)電場的選址，需要綜合考慮多方面的因素。包括風(fēng)能資源的評估，風(fēng)機(jī)與電網(wǎng)的連接，機(jī)組設(shè)備的運(yùn)輸與安裝，地形地貌，和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素。A風(fēng)能資源的

12、評估：1 年平均風(fēng)速； 一般來說，只有年平均風(fēng)速大于6m/s的地區(qū)才適合建設(shè)風(fēng)場。2 年平均風(fēng)能密度；這和空氣密度以及風(fēng)速有關(guān)，在青藏高原，風(fēng)速很高，但是空氣密度小，所以風(fēng)能密度也小，不適于裝風(fēng)機(jī)。3 年有效風(fēng)速時(shí)間（小時(shí)數(shù)）：有效風(fēng)速時(shí)間大于2000小時(shí)；620m/s風(fēng)速時(shí)數(shù)在5001500小時(shí)，該地區(qū)具有安裝風(fēng)機(jī)的資源條件；4 主要風(fēng)向分布； 風(fēng)機(jī)進(jìn)可能安裝在盛行風(fēng)向比較穩(wěn)定，季節(jié)變化比較小的地方；4 湍流強(qiáng)度；湍流會減少發(fā)電機(jī)的功率輸出，會使整個(gè)發(fā)電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動，湍流嚴(yán)重時(shí)可能損壞整個(gè)發(fā)電機(jī)；5 自然災(zāi)害；主要考慮強(qiáng)風(fēng)，冰雪，煙霧等因素。 廠址選擇應(yīng)考慮的因素1 盡可能靠近電網(wǎng)；2 交

13、通方便；3 地形地質(zhì)；4 地理位置，遠(yuǎn)離地震帶，火山頻繁暴發(fā)區(qū)。遠(yuǎn)離人口密集區(qū)；5 盡量減少對環(huán)境的不利影響。主要是對飛禽的傷害，以及對草原的環(huán)境破壞。B風(fēng)電機(jī)組的排列風(fēng)電機(jī)組的排列主要和風(fēng)向和發(fā)電機(jī)組的數(shù)量，場地的實(shí)際情況有關(guān)。由于風(fēng)通過葉輪以后，風(fēng)速會下降并且產(chǎn)生湍流，要經(jīng)過一定的距離后才能恢復(fù)。理想條件下，在主風(fēng)向上，風(fēng)機(jī)布置得越遠(yuǎn)越好，以減少風(fēng)機(jī)之間的影響，但是這會增加電纜長度和費(fèi)用，并且占用較多的土地資源。指導(dǎo)原則是，在盛行風(fēng)向上機(jī)組之間相隔59倍的風(fēng)輪直徑，在垂直于盛行風(fēng)向上要求機(jī)組間隔35倍的風(fēng)輪直徑。風(fēng)電場的運(yùn)行和維護(hù) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組日常運(yùn)行工作主要包括：1通過中控室的計(jì)算機(jī)，監(jiān)

14、視各個(gè)機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)變化以及運(yùn)行狀態(tài)，并按規(guī)定填寫風(fēng)場運(yùn)行日志；2 當(dāng)發(fā)生異常變化或者遇到故障時(shí)及時(shí)處理，并做好記錄；3 定期巡視檢查； 風(fēng)力機(jī)的維護(hù)與檢修（Eulikind主要做質(zhì)保期內(nèi)的維護(hù)和檢修）1 正常維護(hù) 指運(yùn)行人員平時(shí)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行的檢查，調(diào)整，注油潤滑，清理，以及臨時(shí)故障的檢查，分析和處理。2定期檢修（具體參照技術(shù)文件ES00010，檢修手冊） 定期檢查是按照Gamesa的工藝規(guī)定進(jìn)行。主要對以下部件進(jìn)行檢查：葉片，輪轂，葉片軸承，變槳機(jī)構(gòu)，主軸，齒輪箱，聯(lián)軸器，發(fā)電機(jī)，機(jī)架，塔筒，偏航系統(tǒng)，液壓站，螺栓力矩；控制系統(tǒng)檢測；功能檢查：葉片變槳的各個(gè)參數(shù)設(shè)定；速度控制性能；超速保護(hù)性能

15、等；風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展趨勢1 單機(jī)容量增大在過去的20年里，風(fēng)力發(fā)電機(jī)典型裝機(jī)容量已經(jīng)從50KW發(fā)展到1500KW。目前商業(yè)化機(jī)組的容量達(dá)到了。REpower公司已經(jīng)開發(fā)出了5MW，葉輪直徑為126米的風(fēng)機(jī)。一些新的復(fù)合材料和新技術(shù)也應(yīng)用在大型風(fēng)機(jī)的制造中。大型風(fēng)機(jī)更適合于濱海風(fēng)電場。在人口密集的國家，隨著陸地風(fēng)場的利用殆盡，濱海風(fēng)場在未來的風(fēng)能開發(fā)中將占越來越重要的份額。風(fēng)機(jī)風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展趨勢2 塔架高度的提高在地處平坦地帶的風(fēng)機(jī)，在50米高度捕捉的風(fēng)能要比30米高處多20%3 控制技術(shù)的發(fā)展，變頻恒頻成為主流低速交流變頻發(fā)電機(jī)的研發(fā)與運(yùn)行無齒輪箱直接驅(qū)動型發(fā)電機(jī)。該風(fēng)機(jī)采用了低速多極交流發(fā)電機(jī)，在葉輪和發(fā)電機(jī)之間不需要安裝增速箱。這種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外圓以及定子內(nèi)經(jīng)大大增加，軸向長度則很短，呈圓環(huán)狀。系統(tǒng)采用IGBT變頻器。 該種機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)： 由于不采用齒輪箱，減少了齒輪箱的傳動損失和發(fā)生故障的概率；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和葉輪轉(zhuǎn)速相同且隨風(fēng)速變化，風(fēng)輪可轉(zhuǎn)換更多的風(fēng)能；總體重量減輕，所以風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)減輕，基礎(chǔ)費(fèi)用也可降低，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也低。無變速箱風(fēng)機(jī)4 海上風(fēng)力發(fā)電迅速發(fā)展由于海上風(fēng)速大并且比較穩(wěn)定，風(fēng)速約比沿岸高出25%