風(fēng)力發(fā)電課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-07-10 23:32 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，建設(shè)小型 風(fēng)力發(fā)電或風(fēng)光互補(bǔ)獨(dú)立電站 (集中供電系統(tǒng)或戶用系統(tǒng) )成為為小型負(fù) 荷供電一種新選擇。研究中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)顯得十分必要。 明確風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求和條件 在煙臺(tái)地區(qū)設(shè)計(jì)一個(gè)裝機(jī)容量 100KW 的風(fēng)電場(chǎng)，一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率為 10KW，需要 10 臺(tái)風(fēng)機(jī)。 中 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般應(yīng)在風(fēng)力資源較豐富的地區(qū)使用。 煙臺(tái)地區(qū)氣象設(shè)計(jì)參數(shù)： 如表： 2021~2021 年煙臺(tái)市，全市平均氣溫 2021 年 ℃ 2021 年 ℃ 2021 年 ℃ 2021 年 ℃ 2021 年 ℃ 2021 年 ℃ 2021 年 ℃ 2021 年 ℃ 2021 年 ℃ 2021 年 ℃ 2021 年 ℃ 2021 年 ℃ 3 由此可得，歷年平均氣溫為 ℃ 年平均溫度（℃ )： 最高溫度（℃ )： 38 最低溫度（℃ )： 平均風(fēng)速（ m/s）： 通過(guò)查取風(fēng)功率密度等級(jí)表，得知煙臺(tái)地區(qū)風(fēng)功率密度為200~250 2/Wm（高度為 10 米）、 320~400 2/Wm（高度為 30 米）、400~500 2/Wm（高度為 50 米） 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的擬定 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型及選擇原則 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，按其容量可大小以劃分為小型風(fēng)電機(jī)組（ 10KW 以下），中型風(fēng)電機(jī)組（ 1 劃分為水平軸0~100KW），大型風(fēng)電機(jī)組（ 100KW 以上）；按其主軸與地面的相對(duì)位置，可以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（主軸與 地面平行），垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（主軸與地面垂直）。 目前國(guó)內(nèi)一些廠家研發(fā)生產(chǎn)采用永磁同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)機(jī)，由于永磁同步電機(jī)容易實(shí)現(xiàn)多極化，可省去或簡(jiǎn)化齒輪增速箱結(jié)構(gòu)，其葉輪主軸與發(fā)電機(jī)可以直接禍合，不經(jīng)齒輪增速而直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，因此這類風(fēng)機(jī)又稱為直驅(qū) (半直驅(qū) )式。直驅(qū)式風(fēng)機(jī)由塔架、輪轂、槳葉、發(fā)電機(jī)、變頻器、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣控制等組成。直驅(qū)式風(fēng)機(jī)均采用低速永磁同步發(fā)電機(jī)。 本設(shè)計(jì)考慮采用永磁同步發(fā)電機(jī)。 風(fēng)電場(chǎng)類型 并網(wǎng)型：接入電力系統(tǒng)運(yùn)行，規(guī)模較大的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。 本設(shè)計(jì)選“并網(wǎng)型”風(fēng)力發(fā)電， 可以省去蓄電池等儲(chǔ)能裝置。 選 4 用同步發(fā)電機(jī)間接并網(wǎng)方式，電壓經(jīng)歷了交流 — 直流 — 交流的變化，避免了同步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)可能出現(xiàn)失步的問(wèn)題。 安裝地點(diǎn) 安裝地點(diǎn)的確定主要就是風(fēng)資源和具體安裝位置選擇。 風(fēng)能資源豐富，具有較穩(wěn)定的風(fēng)向，風(fēng)力發(fā)電機(jī)盡可能的裝在風(fēng)向和風(fēng)速比較穩(wěn)定，季節(jié)變化比較小的地方，湍流小，自然災(zāi)害小。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容擬包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中的偏航系統(tǒng)、齒輪箱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、溫度控制等。 最早最簡(jiǎn)單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)由葉輪和發(fā)電機(jī)兩個(gè)部分組成，站立于一定高度的塔上。由于外界因素影 響風(fēng)很不穩(wěn)定，這類風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓、頻率差異很大且效率低下，沒(méi)有實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。所以在原有的基礎(chǔ)上，增加了偏航系統(tǒng)，齒輪箱，控制系統(tǒng)，停機(jī)系統(tǒng)等部件更加有效地使用風(fēng)能。 2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成設(shè)計(jì) 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)組成 風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，主要包括風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)?？諝饬鲃?dòng)的能動(dòng)作用在風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪上，從未推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將空氣動(dòng)力能轉(zhuǎn)換風(fēng)輪的機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)裝置，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，輸送給電力系統(tǒng)。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成：風(fēng)輪（風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的核心部件）、發(fā)電機(jī)、 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、偏航系統(tǒng)、限速安全機(jī)構(gòu)、制動(dòng)裝置、機(jī)艙和塔架等。 在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上大致可以把一個(gè)普通的風(fēng)電機(jī)分為四大部分：風(fēng)輪組件，機(jī)艙組件，塔架組件以及控制部分。 5 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型選擇 本設(shè)計(jì)選取水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)。 水平軸風(fēng)力機(jī)主要由風(fēng)輪、塔架、對(duì)風(fēng)裝置、齒輪箱組成 。 （ 1） 風(fēng)輪：由 1~3 個(gè)葉片組成，這是吸收風(fēng)能的主要部件。當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片受到離心力和氣動(dòng)力的作用，離心力對(duì)葉片是一個(gè)拉力，而氣動(dòng)力使葉片彎曲。當(dāng)風(fēng)速高于風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)速時(shí)，為防止葉片損壞，需對(duì)風(fēng)輪進(jìn)行 控制，控制風(fēng)輪有三種方法： a，使風(fēng)輪偏離主方向； b，改變?nèi)~片角度；利用擾流器，產(chǎn)生阻力，以降低風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。 （ 2） 塔架：為了讓風(fēng)輪能在較高的風(fēng)速中運(yùn)行，需要塔架把風(fēng)輪支撐起來(lái)。這時(shí)塔架需要承受兩個(gè)主要的載荷：一個(gè)是風(fēng)力機(jī)的重力，向下壓在塔架上；另一個(gè)是阻力， 使 塔架向風(fēng)的下游方向彎曲。選擇塔架時(shí)要必須考慮其成本，根據(jù)實(shí)際情況而定 。 （ 3） 對(duì)風(fēng)裝置：自然界的風(fēng)向及風(fēng)速一直變化，為了得到較高的風(fēng)能利用率，應(yīng)使風(fēng)能的旋轉(zhuǎn)面經(jīng)常對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向?yàn)榇诵枰獙?duì)風(fēng)裝置。小型風(fēng)力機(jī)的對(duì)風(fēng)裝置，利用尾舵控制對(duì)風(fēng)。由尾翼帶東水平軸旋轉(zhuǎn)，是風(fēng) 輪總朝向風(fēng)吹來(lái)的方向。 （ 4） 齒輪箱 ： 由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且風(fēng)力的大小經(jīng)常變化著，這又使得轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。所以，在帶動(dòng)發(fā)電機(jī)之前，還必須附加一個(gè)齒輪箱，再加一個(gè)調(diào)速裝置使得轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后在連接到發(fā)電機(jī)上。齒輪箱的主要作用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞 6 給發(fā)電機(jī)，通過(guò)齒輪副的增速作用使其得到相
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