风力发电系统基本原理单位: 惠州供电局姓名:蒋立涛邮编: 516002 ( 广东惠州) 摘要: 风能作为一种清洁的可再生能源, 越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大, 全球的风能约为 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。而现在,人们感兴趣的是通过风力发电系统来提供能源。关键词:风能可再生能源风力发电 1 、风力发电机组的基本结构和工作原理典型的风力发电机组主要由风轮( 包括叶片、轮毂)、( 增速) 齿轮箱、发电机、对风装置( 偏航系统) 、塔架等构成。其工作原理为: 风以一定的速度和攻角流过桨叶,使风轮获得旋转力矩而转动,风轮通过主轴联接齿轮箱,经齿轮箱增速后带动发电机发电。由于风力发电机组频繁起停, 风轮转动惯量又很大( 大型风力发电机组的单个叶片重达数吨), 故风轮的转速设计值较低, 通常 20- 30r / min ( 机组容量越大, 转速越低); 另一方面, 为了限制发电机的体积和重量,其极对数较少,故在风轮与发电机间通常设置增速齿轮箱, 将风轮输入的较低转速增至 1000 - 1500 r/ min 以满足发电机所需。风力机按空气动力学原理可分为升力风机和阻力风机,按风轮主轴的方向分为水平轴、垂直轴两大类; 对水平轴风力机, 需要风轮保持迎风状态, 根据风轮所处的位置分为上风向和下风向两类, 其中上风向风轮位于塔前, 下风向风轮位于塔后。现代风力发电机组大多数采用上风向( 风轮在塔架前面迎着风向旋转) 、水平轴式( PG电子游戏 PG电子官网风轮的旋转平面与风向垂直、旋转轴与地面平行)、3 叶片,且在大型机组中采用变桨距风轮,即桨叶与轮毂不PG电子游戏 PG电子官网像传统的定桨距失速型那样采用刚性联接, 而是通过可转动的推力轴承或回转支撑联接, 以使叶片攻角可随风速变化进行调整从而对风轮进行调速( 限速)。风力发电机组中的发电机一般为异步发电机( 包括笼型、绕线型) 或同步发电机( 包括永磁、电励磁) ,采用何种形式的发电机主要取决于风力发电系统的形式。由风力机的基本理论得到风中所蕴含的功率为: 312 P fv ??其中?为空气密度, f 为流面面积, v 为风速。风轮通过对空气的迟滞把风功率转换成风机转子的机械功率。然而风轮并不能完全吸收风功率,若流过流面的空气被完全足赛, 即流量为 0 ,功率也为 0 。若不加然和阻滞,则流入能量等于流出能量,也得不到功率。必须在这两种极端情况间取一最佳状态,根据 Betz 理论理论上风机所获得机械功PG电子 PG平台率为: 312 p P fv C ?? pC 为功率系数,而 pC 的最大值约为 0. 59 ,即风能最高利用率为 59%。功率系数 pC 是叶尖速比?和桨叶桨距角?的非线性函数而叶尖速比为风轮尖端线速度与风速之比: wR v ??其中 w 为风轮角速度, R 为风轮半径, v 为风速。图1 和图 2 分别为基于某定桨距风力机四参数模型、某变桨距风力机七参数模型的 pC -?曲线 定桨距风力机 pC -?曲线 变桨距风力机的 pC -?曲线 表明在桨距不变的情况下存在?使pC 取得最大值, 而图 3 表明在不同的桨距情况下取得最大值时对应的叶尖速比的值是不同的, 且获得的最大功率系数的值也不同, 同时不同桨距下叶尖速比相同时风能的功率系数也是存在