03风能与风力发电详解.ppt

风力发电 §3.7风力发电的发展 §3.7风力发电的发展 §3.7风力发电的发展 2010年世界整机制造企业市场份额 §3.7风力发电的发展 风能发展预测（GWEO 2010） §3.7风力发电的发展 中国风电发展 我国电力发展基本情况，全国联网，西电东送、南北互供。 东北电网 华北电网 西北电网 华东电网 南方电网 华中电网 台湾电网 西藏电网 §3.7风力发电的发展 华北 南方 东北 西藏 台 湾 西北 华中 上海 华东 金沙江下游水电 晋陕宁蒙 煤电基地 负荷中心 送电至华中华东 送电至华北 华中华东 新疆煤电基地 四川水电 西藏水电 送电至华中华东 送电至华中 跨国输电 跨国输电 负荷中心 我国一次能源与用电需求分布极不均衡 电力流主要由西北、西南煤电、水电基地流向东部受端中心，输电距离长、输送容量大 多个大型受端中心已经形成 未来随着能源开发西移和北移速度加快，大型能源基地与能源消费地之间的输送距离越来越远，能源输送的规模越来越大 §3.7风力发电的发展 中国风电发展 2010年中国新增安装风电装机容量18.927GW；累计安装风电装机容量44.733GW。 §3.7风力发电的发展 中国风电发展 各区域装机 §3.7风力发电的发展 各省装机 §3.7风力发电的发展 2010年我国风电各制造企业累计装机容量 §3.7风力发电的发展 齿轮箱 机械刹车 发电机 塔架 电控系统 §3.4.2 水平轴风力机的原理 （1）. 翼型及其受力 在与飞行器设计有关的空气动力学中，升力是促使飞行器飞离地面的力，因而被称为升力。 当攻角为0o时，升力最小。当气流方向与物体表面垂直时，物体受到的阻力最大。 §3.4.2 水平轴风力机的原理 (2). 伯努利效应 空气的压力与气流的速度有一定的对应关系，流速越快，压力越低，这种现象叫作伯努利效应。 翼型上表面凸起部分的气流较快，上表面的空气压力比下表面明显要低，从而对翼型物体产生向上的“吸入”作用，增大升力。 §3.4.2 水平轴风力机的原理 (3). 桨距（节距角） 攻角与叶片的安装角度有关。叶片的安装角称为节距角，有时也称之为桨距角，常用字母β表示。 当风轮旋转时，叶片在垂直于气流方向的方向上也与气流有相对运动，因而实际的攻角α与叶片静止时的攻角不一样。 β §3.4.2 水平轴风力机的原理 (4). 风能利用系数 任何类型风力机都不可能将接触的风能全部转化成机械能。 风力机能够从风中吸取的能量，与风轮扫过面积内的全部风能(未受风轮干扰时)之比，称为风能利用系数。 根据Betz理论，风能利用系数有理论最大值，约0.593。 风能利用系数主要取决于风轮叶片的设计（如攻角、桨距、翼型）以及制造水平，还和转速有关。高性能的螺旋桨式风力机，Cp值一般在0.45左右。 §3.4.2 水平轴风力机的原理 (5). 叶尖速比 叶片尖端旋转速率与上游未受干扰的风速之比，称叶尖速比，常用字母λ来表示。 风能利用系数Cp与叶尖速比和浆距角有关。 当?取特定值时Cp值最大，称之为最佳叶尖速比。 §3.4.2 水平轴风力机的原理 (6). 容积比 也叫实度，表示“实体”（叶片）在扫掠面积中所占的百分数。 多叶片风力机具有很高的容积比，被称为高容积比风力机；具有少数几个窄叶片的风力机，则被称为低容积比风力机。 多个叶片会互相干扰，因此总体上高容积比的风力机效率低。不过，空气动力学噪声一般较小。 低容积比风力机，如果叶尖速比太低，有些风会直接吹过转子的扫掠面积；如果叶尖速比太高，一些气流将绕开风力机流过。 §3.4.2 水平轴风力机的原理 (7). 力矩和转速 风力机机械能等于叶片角速度与风作用于风轮的力矩的乘积。 获取风能相同，角速度小，则力矩大；角速度大，则力矩小。 低速风力机的输出功率小，扭矩系数大，用于磨面和提水的风力机，常采用多叶片风力机。 高速风力机效率高、输出功率大，因此风力发电常用2～3叶片。 §3.4.2 水平轴风力机的原理 (8). 取自风能的功率 风力机捕获风能转变为机械功率： 一般不易对空气密度、风速、叶片半径等进行实时控制，为了实现风能捕获最大化，唯一的控制参数就是风能利用系数Cp 。 主要是控制叶尖速比和桨距等。 §3.4.2 水平轴风力机的原理 (9). 工作风速 风力机并不是在所有风速下都能正常工作。 起动风速——“切入风速” ； “额定风速” ； 停机风速——“切出风速” 。 §3.4.3 风力机的功率调节方式 (1). 定桨距风力机功率调节 风轮叶片的桨距角固定不变，利用叶片的失速特性调节风力机的输出功率。 在额定风速以下，吸收的能量随流速上升而增加； 当超过额定风速后，叶片翼型发生变化，叶片后侧的气流分离产生湍流，叶片效率急