【文章內容簡介】 200kW風力發(fā)電機組。其國產化率達90%以上并擁有完全的知識產權。 二、現狀 我國現在具備整機技術開發(fā)能力的單位約七家，其技術開發(fā)能力及其風電機運行概況如表11所示： 表11國內風電機整機開發(fā)單位情況單位名稱 開 發(fā) 能 力 機 組 情 況 新疆金風科技 97年引進德國Jacobs 600kW風電機技術，現已生產100余臺。2003年開發(fā)成功750kW風電機，2004年投放市場 600kW已完全國產化。750kW已有60%國產化 浙江運達風力發(fā)電工程有限公司 曾開發(fā)成功18kW、20kW、30kW、40kW風電機與丹麥BONUS合作生產120kW風電機，獨立開發(fā)成功200kW、250kW風電機；200kW及250kW機組90%以上采用國產部件。擁用完全自主知識產權。2003年開發(fā)成功750kW風電機，2004年投放市場 5臺30kW、風電機從90年投入運行至今，10臺120 kW風電機從96年投入運行至今，200 kW風電機從96年開始先后投入至今已有30余臺投入運行。 沈陽工業(yè)大學 85～90年開發(fā)75 kW風電機，90年后參加東北電管局200 kW風電機控制系統(tǒng)開發(fā)工作。 75 kW 機組在丹東運行多年，1MW機組自2005年并網發(fā)電。 萬電公司 97年從奧地利引進600 kW風電機技術，已生產6臺。 2臺安裝在輝騰，4臺安裝在錫林 西安維德 97年根據丹麥Nordtank 300kW樣機與技術，開發(fā)生產了二臺300 kW風電機，除控制與液壓為進口外，其余部件均為國產。 98年3月安裝在南澳運行至今。 ，新疆、內蒙至東北和東南沿海兩大主風帶有效風能密度大于200W/m2，有效風力時間百分率在70%以上。可以說，我國開發(fā)風能具有良好的自然環(huán)境和資源條件。近幾年來，隨著我國電網覆蓋程度的提高，在各級政府、電力部門和國外政府及金融組織的援助下，我國在新疆、內蒙、廣東、福建、遼寧等地區(qū)建立了20座風力發(fā)電場，總裝機容量達302MW，對緩解當地電力供應矛盾，提高供電質量起到了很好的作用。風力發(fā)電場的建設，加速了我國能源結構改革的進程，風能已成為真正的補充能源和發(fā)揮規(guī)模效益的生力軍。 我國風力發(fā)電起步較晚，但發(fā)展較快。自80年末引進大型風力發(fā)電機以來，經過十多年的不斷引進、消化、吸收，積累了一定的經驗。我國并網型風力發(fā)電技術在80年代中期開始進行試驗、示范，經過十多年的努力，現逐步轉向規(guī)模開發(fā)。我國從“六五”、“七五”、“八五”到“九五”一直進行風力發(fā)電機組的研制，已經研制出55KW,200KW, 300KW, 600KW的風力機樣機。其中新疆風能公司引進消化吸收的600KW風力發(fā)電機組已經有十幾臺投入商業(yè)運行，并具備了投入批量化生產的技術條件，為今后進行國產化風力發(fā)電機組的規(guī)?；a打下了一定的基礎，同時也為推動國家風電產業(yè)化進程做出了努力?！笆濉逼陂g，擬研制容量更大的新型變速恒頻風力機。但遺憾的是，作為世界上的風能大國，我國尚不具備獨立開發(fā)風力機尤其是大型風力機的能力，迄今為止國內已投入運行的風力機絕大部分是進口風力機。設計水平是主要的制約因素，與此相關的基礎研究、實驗研究和新技術應用等方面與國外存在著較大的差距，有些領域國內甚至是空白。尤其是目前主流的大型風力機，我國基本上是依靠從國外引進生產技術來仿制。這不但受到成本、運輸、售前售后等方面的制約，還要消耗大量的資金，而且將使我國對風力機組的研制水平日益落后于國際先進水平，從根本上來說不利于我國風電產業(yè)的發(fā)展。更何況從國外引進的風機由于在設計時針對國外的風況和有一些特殊的環(huán)保要求，并不能和國內的情況非常吻合，不能很好地達到預期的性能。因此，必須以提高我國風力機的設計和研究水平為目標來實現“國產化”。目前我國雖然以96%的國產化率造出了600 KW的風力機，但是從根本上來說我們還沒有自主設計開發(fā)的能力。而自主設計開發(fā)對十我國風電事業(yè)的長期發(fā)展是非常重要的，它不僅可以使我們擺脫從國外引進生產許可制造風機的被動局面，而且可以從根本上解決我國風能行業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，促進風電行業(yè)的健康發(fā)展。隨著社會的發(fā)展，工業(yè)化進程的加速，能源與環(huán)境問題成為當今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題。為了解決常規(guī)能源短缺的問題，可再生能源的開發(fā)和利用越來越受到各國的高度重視。風能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，是可再生能源中最具有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉粗?。發(fā)展風力發(fā)電，不僅可以節(jié)約常規(guī)能源，而且有利于環(huán)保，是改善能源結構，減少環(huán)境污染的有效途徑之一，可帶來直接的經濟效益、社會效益和環(huán)境效益。本課題從風機運行的基本原理出發(fā)，選擇其偏航機構作為研究對象，對其進行三維建模，并對該系統(tǒng)關鍵部件進行校核計算，研究風機設計過程，為整機的設計積累分析計算資料。第2章 風力發(fā)電機組偏航系統(tǒng) 風力發(fā)電機組主要型式結構從能量轉換的角度看, 風力發(fā)電機組由兩大部分組成。其一是風力機, 它的功能是將風能轉換為機械能。其二是發(fā)電機,它的功能是將機械能轉換為電能。風力機的種類和式樣很多。但由于風力機將風能轉變?yōu)闄C械能的主要部件是受風力作用而旋轉的風輪,因此,風力機依風輪的結構及其在氣流中的位置大體上可分為兩大類: 一類為水平軸風力機,一類為垂直軸風力機。 圖21 水平軸風力機主要結構水平軸風力機的風輪圍繞一個水平軸旋轉, 工作時,風輪的旋轉平面與風向垂直,如圖21所示。風輪上的葉片是徑向安置的,與旋轉軸相垂直,并與風輪的旋轉平面成一角度(安裝角) 。垂直軸風力機的風輪圍繞一個垂直軸旋轉, 如圖22所示。其主要優(yōu)點是可以接受來自任何方向的風,因而當風向改變時,無需對風。由于不需要調向裝置,使它們的結構設計簡化。垂直軸風力機的另一個優(yōu)點是齒輪箱和發(fā)電機可以安裝在地面上。圖22 垂直軸風力機 水平軸風力發(fā)電機組結構風力發(fā)電機的樣式雖然很多,但其原理和結構總的說來還是大同小異的。這里以水平軸風力發(fā)電機為例作一介紹, 它主要由以下幾部分組成: 風輪、主軸圖23 水平軸風力發(fā)電機組內部結構增速箱 、發(fā)電機、機艙底盤、機艙，塔架、偏航機構、變距機構等, 如圖23所示。下面簡要介紹風力機的風輪、傳動機構、變槳距機構、和偏航機構等部分,風輪：風力機區(qū)別于其他機械的最主要特征就是風輪。風輪一般由2～3 個葉片和輪轂所組成, 其功能是將風能轉換為機械能。傳動機構：風力機的傳動機構一般包括低速軸（主軸）、齒輪箱、聯(lián)軸器和制動器等(圖24) 。但不是每一種風力機都必須具備所有這些環(huán)節(jié)。有些風力機的輪轂直接連接到齒輪箱上, 不需要低速傳動軸。也有一些風力機(特別是小型風力機或直驅型) 設計成無齒輪箱的, 風輪直接連接到發(fā)電機。在整個傳動系中除了齒輪箱其它部件基本上一目了然。圖24風力發(fā)電機組傳動機構塔架：風力機的塔架除了要支撐風力機的重量, 還要承受吹向風力機和塔架的風壓, 以及風力機運行中的動載荷。它的剛度和風力機的振動有密切關系, 如果說塔架對小型風力機影響還不太大的話,對大、中型風力機的影響就不容忽視。偏航機構：風力發(fā)電機組在風場中運行時，風速隨著時間的變化，風電機組必須發(fā)揮其最大效能，跟蹤風的方向準確對風，偏航控制系統(tǒng)控制偏航機構工作，塔架以上部分（包括風輪，機艙及機艙罩內所有零部件）繞塔架軸線旋轉，變距機構： 一、氣動布局方案 包括對各類構形、型式和氣動布局方案的比較和選擇、模型吹風，性能及其他氣動特性的初步計算，確定整機和各部件（系統(tǒng)）主要參數，各部件相對位置等。最后，繪制整機三面圖，并提交有關的分析計算報告。 二、整機總體布置方案 包括整機各部件、各系統(tǒng)、附件和設備等布置。此時要求考慮布置得合理、協(xié)調、緊湊，保證正常工作和便于維護等要求，并考慮有效合理的重心位置。最后繪制整機總體布置圖，并編寫有關報告和說明書。 三、整機總體結構方案 包括對整機結構承力件的布置，傳力路線的分析，主要承力構件的承力型式分析，設計分離面和對接型式的選擇，和各種結構材料的選擇等。整機總體結構方案可結合總體布置一起進行，并在整機總體布置圖上加以反映，也可繪制一些附加的圖紙。需要有相應的報告和技術說明[10]。 四、各部件和系統(tǒng)的方案 應包括對各部件和系統(tǒng)的要求、組成、原理分析、結構型式、參數及附件的選擇等工作。最后，應繪制有關部件的理論圖和有關系統(tǒng)的原理圖，并編寫有關的報告和技術說明。 五、整機重量計算、重量分配和重心定位 包括整機總重量的確定、各部分重量的確定、重心和慣量計算等工作。最后應提交有關重量和重心等計算報告，并繪制重心定位圖。 六、配套附件 整機配套附件和備件等設備的選擇和確定，新材料和新工藝的選擇，對新研制的部件要確定技術要求和協(xié)作關系。最后提交協(xié)作及采購清單等有關文件。 總體設計階段將解決全局性的重大問題，必須精心和慎重地進行，要盡可能充分利用已有的經驗，以求總體設計階段中的重大決策建立在可靠的理論分析和試驗基礎上，避免以后出現不應有重大反復。 此階段的結果是應給出風力發(fā)電機組整機三面圖，整機總體布置圖，重心定位圖，整機重量和重心計算報告，性能計算報告，初步的外負載計算報告，整機結構承力初步分析報告，各部件和系統(tǒng)的初步技術要求，部件理論圖，系統(tǒng)原理圖，新工藝、新材料等協(xié)作要求和采購清單等，以及其他有關經濟性和使用性能等應有明確文件。 在風輪氣動設計前必須先確定下列總體參數。 一、風輪葉片數B 一般風輪葉片數取決于風輪的尖速比λ。目前用于風力發(fā)電一般屬于高速風力發(fā)電機組，即λ＝4～7左右，葉片數一般取2～3。用于風力提水的風力機一般屬于低速風力機，葉片數較多。葉片數多的風力機在低尖速比運行時有較低的風能利用系數，即有較大的轉矩，而且起動風速亦低，因此適用于提水。而葉片數少的風力發(fā)電機組的高尖速比運行時有較高的風能利用系數，且起動風速較高。另外，葉片數目確定應與實度一起考慮，既要考慮風能利用系數，也要考慮起動性能，總之要達到最多的發(fā)電量為目標。 由于三葉片的風力發(fā)電機的運行和輸出功率較平穩(wěn)，目前風力發(fā)電機采用三葉片的較多。 二、風輪直徑D 風輪直徑可用下行公式進行估算 (21)式中 P—風力發(fā)電機組設計（額定）風況輸出電功率（kW）： —空氣密度，一般取標準大氣狀態(tài)；（kg/m3） —設計風速（風輪中心高度）（m / s）： —風輪直徑（m）： —發(fā)電機效率： —傳動效率： — 風能利用系數。在計算時，一般應取額定風速下的值。 三、設計風速風輪設計風速（又稱額定風速）是一個非常重要的參數，直接影響到風力發(fā)電機組的尺寸和成本。設計風速取決于安裝風力發(fā)電機組地區(qū)的風能資源。風能資源既要考慮到平均風速的大小，又要考慮風速的頻度。 知道了平均風速和頻度，就可以確定風速的大小，如可以按全年獲得最大能量為原則來確定設計風速。也有人提出以單位投資獲得最大能量為原則來選取設計風速。 四、尖速比λ 風輪的尖速比是風輪的葉尖速度和設計風速之比。尖速比是風力發(fā)電機組的一個重要設計參數，通常在風力發(fā)電機組