篇一：风力发电论文
天津工业大学
题目：风力发电技术
电气工程与自动化学院 电工电能新技术讲座 （论文） 班 级 电气1003 姓 名学 号指导教师 论文成绩 2013年04 月 22日
摘要
风能是自然产生的取之不尽、用之不不竭而又不会产生任何污染的可再生资源。它因空气流动做功而提供给人类的一种可利用的能量，因此被人们广泛应用。由于科学水平的进步，和风能自身清洁、环保的特点，风能被应用到发电行业。早在很久以前它就被人们称为“蓝天白煤”。人类对于风能的利用始于很久以前，最早可追溯到公元前3000年，可以说人类对于风能的利用与关注从那时就开始了，而真正将风能用于发电是在19世纪。丹麦建成了世界上第一个风力发电装置。但在其后的一段时间，世界处在对煤、石油的开采的满足下，加上技术的不成熟，风能发电并没有得到及时的发展。
风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风能作为一种无污染、可再生的绿色能源，它对于解决全球性的能源危机和环境危机有着重要的意义。因此，风力发电成为各国学者研究的重点。目前，国内学者对大型风力发电的研究已日趋成熟，但对于实验室风力发电机的研制还是比较欠缺的。
本次毕业设计的重点是拟设计简易的风力发电实验仪，该设备能让学生容易了解风力发电的原理，以及大致测算出影响风力发电的各个因素，方便以后的大学物理实验教学，同时在制作和测试过程中对出现的一些现象进行深刻的思考，具有很强的实用性和趣味性。在研制的过程中，同时对风能的转化功率，风速等影响发电的因素，进行测量，并与理论进行对比，进而得出影响效率的因素。
关键词：风 风能发电 风力发电机 能源危机 转换形式
在不断持续的能源紧张中，不少人想到了新能源利用。利用洁净的能源（可再生能源）是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现。洁净能源指太阳能、风能、潮汐能、生物能等，这都是可再生取之不尽的能源，特别是风能技术最为成熟，经济可行性较高，是一种较理想的发展能源。风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 我国风能资源总量约42亿千瓦，技术可开发量约3亿千瓦。目前东南沿海是最大风能资源区，风能密度为200W/M2～300W/M2，大于6m/s的风速时间全年3000h以上就可取得较大经济效益。
长期以来，由于风电电价高于火电电价，作为清洁能源的风电对于解决能源短缺和环境保护问题的意义长期得不到应有的重视。事实上，风电作为一项高新技术，具有着巨大的产业前景。而它作为新兴能源，更对促进边远地区经济发展有着巨大的作用。在电力紧张、能源紧缺的情况接踵而至的今天，我国应该重新认识风能的利用问题。
首先，风力发电的潜力体现为风电电价的快速下降。截止到目前，风电电价正在快速下降，甚至已日趋接近燃煤发电的成本，经济效益开始凸现。数据显示，风力发电能力每增加一倍，其成本就下降15％。纵观近几年，风电增长一直保持在30％以上，因而成本也正随之不断下降。目前，中国风电成本约在0.5元以上，随着中国风力发电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。此外，风电外部成本几乎为零，甚至低于核电成本。据初步测算，如果将内部成本和外部成本同时计入成本，风电将是当前世界上最经济、最洁净的能源。
其次，风电的潜力体现于风能资源的丰富性。据初步统计、中国陆地10米和海面15米可供开发的风力资源在几亿千瓦以上，相当于可开发水能资源（3.9亿千瓦）的2.5倍。而50米风力资源还会增大一倍。根据现有技术，地面 50－100米的风力资源都可开发利用。2003年，我国发电装机容量为3.85亿千瓦，专家认为，中国单靠风力发电就能将现有的电力生产翻一番。此外，风电技术正日臻
成熟。随着科学技术的发展，风电技术已经相当成熟。更大型、性能更好的机组的已开发并投人生产试运行，可利用的风速要求还会降低。
风电产业要全面健康可持续发展，需要解决的问题很多，但依靠科技进步来推动风电产业是摆在我们面前的现实课题。
首先，需建立以企业为主体、市场为导向、产学研技术结合的创新体系。对开展试点的企业应对其研发机构，研发人员，研发资金，研发项目，专利申请，产品品牌，能力建设等方面提出具体要求和量化的指标。
第二，正确处理技术引进和技术创新的关系。采用自主研究开发和引进消化国外技术相结合的方式，是实现提高竞争能力的较好途径。
第三，加强风电创新能力建设，建立风电公共技术服务平台，共同对资源进行整合、共享、完善和提高，通过建立共享机制和管理程序逐步做到资源有效利用。
第四，加速风电技术人才培养。目前已有一些高等院校准备设置风能专业或者风能专业方向，开设风能课程培养本科生和研究生。除了学校培养人才外，企业也应将人才培养和建立一支高素质的队伍放在战略地位，特别需要建立激励机制和创造良好的环境，使技术队伍能够稳定地成长。
其次就是风力发电机的要求了。
恒速风力发电机, 采用了笼型异步发电机, 发电机通过变压器直接接入电网. 因为笼型异步发电机只能工作在额定转速之上很窄的范围内, 所以通常称之为恒速风力发电机. 并网运行时, 异步发电机需要从电网吸收滞后的无功功率以产生旋转磁场, 这恶化了电网的功率因数, 易使电网无功容量不足, 影响电压的稳定性. 为此, 一般在发电机组和电网之间配备适当容量的并联补偿电容器组以补偿无功. 由于笼型异步发电机系统结构简单、成本低且可靠性高, 比较适合风力发电这种特殊场合, 在风力发电发展的初期, 笼型异步发电机得到了广泛的应用, 有效地促进了风电产业的兴起. 随着风力发电应用的深入, 恒速笼型异步发电机具有的一些固有缺点逐步显现出来, 主要是笼型异步发电机转速只能在额定转速之上1% ~ 5% 内运行, 输入的风功率不能过大或过小, 若发电机超过转速上限, 将进入不稳定运行区. 因此, 在多数场合需将2台分别为高速和低速的笼型异步发电机组合使用, 以充分利用中低风速的风能资源.
另外, 风速的波动使风力机的气动转矩随之波动, 因为发电机转速不变, 风力机和发电机之间的轴承、齿轮箱将会承受巨大的机械摩擦和疲劳应力. 而且, 由于风力机的速度不能调节, 不能从空气中捕获最大风能, 效率较低. 齿轮箱的存在增加了风力机的重量和系统的维护性, 影响了系统效率, 增加了噪声.
有限变速风力发电机, 发电机采用绕线式异步发电机. 绕线式异步发电机转子外接可变电阻, 其工作原理是通过电力电子装置调整转子回路的电阻, 从而调节发电机的转差率, 使发电机的转差率可增大至10% , 实现有限变速运行, 提高输出功率. 同时, 采用变桨距调节及转子电流控制, 以提高动态性能, 维持输出功率稳定, 减小阵风对电网的扰动. 然而, 由于外接电阻消耗了大量能量, 电机效率降低了. 有些文献也把这种发电系统称为高转差率异步发电机系统。
电励磁同步发电机(Electr ically excited synchro2nous generator, EESG)变速恒频直驱风力发电系统如图6所示, 电压源型逆变器的直流侧提供电机转子绕组的励磁电流, 发电机发出的是电压和频率都在变化的交流电, 经整流逆变后变成恒压恒频的电能输入电网. 通过调节逆变装置的控制信号可以改变系统输出的有功功率和无功功率, 实时满足电网的功率需要. 在变速恒频直驱风力发电机组中, 整流逆变装置的容量需要与发电机容量相等.采取直驱方式, 发电机运行在低速状态, 其电磁转矩相对较大, 同时发电机极对数较多, 意味着发电机的体积也较大. 但由于省去了齿轮箱, 系统的效率和可靠性都得到了提高. 变换器为全功率变换器, 在整个调速范围能使并网电流平滑, 具有噪声低、电网电压闪变小及功率因数高等优点. 该系统主要缺点是系统成本较高, 功率变换器损耗较大。风力发电机有很多种，都要根据具体情况而定。
经济成本是制约风力发电技术推广的一个重要因素。 对于风电机组特别是大型发电机组来说, 其整个成本包括投资成本和运行成本.投资成本又分为风电机组成本、选址和安装成本、包括银行信贷在内的融资成本以及项目初期的计划和施工等杂项费用. 运行成本也可以分为风电机组运行和维修成本、保险成本、土地成本及项目管理成本. 由此可见, 风电机组的成本问题涉及很多因素.目前, 全球建设风力发电的造价大约为1 000美元/kW, 我国风力发电的初始投资从1994年的约12 000元/kW降低到8 000~ 9 000元/kW. 这个费用约为煤电单位造价
篇二：风力发电论文
风力发电原理与应用论文
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中国风力发电情况及并网问题
摘要：风能是近期内具有大规模开发利用价值的可再生能源, 对环境保护和社会可持续发展有重要意义。我国也在国家科技攻关项目、产业化项目中列入。可以预计, 风力发电将会有广阔的发展愿景。在我国，风能的利用已经有几千年的历史, 但用科学的方法研制风力机还是近些年的事。
关键词：风力发电 风电历史 风电趋势 风电并网
中国是世界上利用风能最早的国家之一。用帆式风车提水已有1700多年历史，在农业灌溉和盐池提水中起到过重要作用。50年代,在发展传统风车的同时,开始摸索研制风力发电机组, 没有获得成功, 但积累了宝贵的经验；60年代的重点是发展风力提水机组, 取得良好效果；70年代开始, 在国家有关部门的领导和协调下, 组织全国的力量开始小型风力机的研制, 取得明显进展, 实现了小型机组的国产化, 并在内蒙古等地区得到较广泛的应用。但长期以来一直停留在内蒙古家庭独户利用的水平以及科研性的小规模研制上, 人们对风电的认识也多停留在蒙古包水平的概念上。
风力发电是近期内最具开发利用前景的可再生能源, 也将是21世纪中发展最快的一种可再生能源。其发展的驱动因素在70年代主要是为了减少对外地能源的依赖, 到90年代主要是为了保护地球环境, 减排温室气体, 减少日益枯竭的化石燃料的消耗。随着技术水平的进一步提高, 风力发电将更有竞争力, 其清洁和安全性更符合绿色社会可持续发展的政策。世界上许多国家都通过立法或给予不同的优惠政策、扶持和推进发展风力发电。
中国风力发电起步较晚, 但进展较快。风力发电机组的研制重点分两方面, 一是1KW以下独立运行的小型风力发电机组, 二是100KW以上并网运行的大型风力发电机组。小型风力发电机组从70年代开始, 在农村、牧区、海岛等地对电能的迫切需求的推动下, 一些地区和部门对风力发电机的研究、试点和推广应用给予了重视与支持, 发展迅速。在新疆、内蒙古、吉林、辽宁等省区建立了一些容 第 2 页
量在10KW以下的小型风力发电站, 其后处于停滞状态。进入90年代后期, 中国的风力发电得到了快速的发展, 经过科技攻关, 研制开发, 示范试验, 商品生产和推广使用等阶段, 目前微小型风力发电机组研制已实现全部国产化。在小型风力发电机组推广应用中已取得明显的社会效益, 在世界上有一定的影响。 目前, 中国风力发电应用推广的地区主要是有风无电地区, 如农区、牧区、近海、湖泊养殖、气象台站、海岛驻军、边防哨所等。2000年全国小型风力机组约为248477万台, 年生产量29758台, 居世界首位。除满足国内需要外, 还出口国外。
大型风力发电机组的研制从80年代真正开始,“ 八五” 期间, 国家科委和国家计委分别将大型风力发电机组列人科技攻关项目, 组织国内科研单位对大型风力发电机组的关键技术进行联合攻关, 在此基础上自行研制, 另方面组织国内相关单位引进国外大型风力发电机组, 进行消化吸收, 掌握大型风力机组制造技术, 在此基础上进行组装或合作生产。经过多年的努力, 我国大型风力发电机组的研制有了很大的进步。中国与联邦德国合作于1986年研制出单机容量为20KW的立轴达里厄型风力发电机组。200KW水平轴风力发电机组1997年通过了国家鉴定, 并投入小量生产。组装和合作生产的国外大型风力发电机组的主要部件和配套设备也实现了国产化。1991-1995年期间与丹麦合作生产了单机容量为120KW的风力发电机组, 与德国合作生产了单机容量为250KW的风力发电机组, 自主开发研制了第2代单机容量为55KW及200KW的机组, 但未形成批量生产力。1996年以后,开始制造部件国产化占一定比例的300KW水平轴风力发电机组,1998年制成2台。2000年在引进消化吸收的基础上研制开发出了装机容量为600KW的风力发电机组,取得成功。
我国风力发电行业发展经历了以下的六个阶段：1949-1959年，老式风车应用阶段,；1960-1977年，现代风力机械起步阶段；1978-1983年，科研攻关和示范应用阶段；1984-1990年，技术成熟和实用推广阶段；1990-1997年，调整、巩固阶段；1998年以后，走向稳定发展阶段。
在不到二十年的时间, 中国的风力发电已有了长足的进步, 风电机组技术也日新月异地发展。八十年代有了55千瓦的风电机, 到了八五年则开发出110千瓦, 到了九十年代, 出现250千瓦, 九十年代中期有600千瓦, 现在则有兆瓦级 第 3 页
风机的出现。并且出现了几个超过万千瓦级的现代并网型风电场，目前正在建设的风电场和在做前期工作的风电场已遍及十几个省市。
在我国，风能总储量32.26亿千瓦, 实际可开发利用的风能储量为2.53亿千瓦。我国在政府有关政策的支持下, 风能发电取得了一定发展, 但与欧美国家相比还有较大差距, 最主要的是在风电设备制造方面。我国还没有独立开发的技术, 只能与外国合作设计生产产品, 成本较高, 电力部门没有积极性。现在的风电上网电价比煤电等的电价高。尽管这是保护环境的代价, 但对那些经济发展缓慢、电网较小、电价承受能力差的省份和自治区, 过多发展风电将会造成沉重的负担。另外, 我国风能发电项目建设还有以下几个主要障碍：缺乏大规模的投资者、风能资源的不确定性、前期测风工作不足以及如何促进风电机组的本地化生产等。为了改变这种局面, 应该详细调查我国的风力资源, 选淮风电场和改善风电场管理水平, 以提高风电场的综合容量系数。继续发展技术成熟的小型风力发电机组, 持续快速健康地建设风力发电场, 建立若干个大型以上风力发电场。加快国产化大型风力机的研制进程，加速大型风力发电机组的国产化进程,实现大型风力发电机组的国产化,提高国产机组的可靠性和可维护性。建议在东南沿海经济发达但又缺乏常规能源的地区建立大型风力发电站。强化国产化MW级风力机的产业化。推进中国的风力发电事业, 需要政府激励、政策支持。必需充分认识到建设中国风力发电工程的必要性和可行性。完善风力发电的机构建设, 建立权 第 4 页
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