姓名**校外学习中心(江苏无锡)无锡市现代远程教育中心长安中学)号911313397证件号******************批次201103层次业余高起专专业机械制造与自动化导教师邵振国课题名称风力发电的原理及推广应用终稿,导教师语终稿成绩,导教师签名,月日

　　摘要,风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提

　　升,来促使发电机发电。风力发电机是一种把风力资源转换为电能的机械装置。风力发电在世界上形成一般热潮,因为风力发电没有燃料问题,也不会产生辐射或空气污染,符合国际社会对对清洁能源的渴求。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行,我国也在西部地区及沿海地区大力提倡及推广应用。风力发电系统,它不是只由一个发电机头组成的,而是一个有一定科技含量的小系统,风力发电机+充电器+数字逆变器。

　　风力发电原理是将风能转换为机械功的动力机械,又称风车。广义地说,它是一以大气为工作介质的能量利用机械。风力发电利用的是自然能源。风力发电机从结构上可分为两类,一是水平轴风力机,叶片安装在水平轴上,叶片接受风能转动去驱动所要驱动的机械。水平轴风力机分多叶片低速风力机和1-3个叶片的高速风力机。二是垂直轴风力机,风轮轴是垂直布置的,叶片带动风轮轴转动再驱动所要驱动的机械。本文介绍水平轴风力发电机及原理,且为小型独立风力发电系统。

　　水平轴风力发电机是世界各国风力发电机最为成功的一种形式,而垂直轴风力发电机的国家很少,主要原因是垂直轴风力发电机效率低、需驱动设备,同时还有些技术问题尚待解决。水平轴风力发电机主要有风轮、风轮轴、低速联轴器、增速器、高速轴联轴器、发电机、塔架、调速装置、调向装置、制动器等部件组成。通过充电器、数字逆变器等设备最终将能量转化为可用电能。

　　(一)叶片,用来接受风力并通过机头转为电能,尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能,偏航调向装置能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能,发电机的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生电能。

　　(二)机舱,机舱包容着风电机的关键设备,包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子,即转子叶片及轴。

　　(四)低速轴,风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风电机上,转子转速相当慢,大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管,来激发空气动力闸的运行。

　　(五)齿轮箱,齿轮箱左边是低速轴,它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。高速轴及其机械闸,高速轴以1500转每分钟运转,并驱动发电机。它装备有紧急机械闸,

　　(六)发电机,通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上,最大电力输出通常为500至1500千瓦。

　　(七)偏航装置,借助电动机转动机舱,以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作,电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风电机偏航。通常,在风改变其方向时,风电机一次只会偏转几度。

　　(八)塔,风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势,因为离地面越高,风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔,也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全,因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。

　　(十)充电器+数字逆变器工用。风力发电机因风量不稳定,故其输出的是13-25V变化的交流电,须经充电器整流,再对蓄电瓶充电。使风力发电机产生的电能变成化学能,然后用有保护电路的逆变电源,把电瓶里的化学能转变成交流220V市电,才能保证稳定使用。通常人们认为风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定,总想选购大一点的风力发电机,而这是不正确的,目前小型风力发电机系统只是给电瓶充电,而由电瓶把电能贮存起来,人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。

　　在内地,小的风力发电机会比大的更合适。因为,它更容易被小风量带动而发电,持续不断的小风,会比一时狂风更能供给较大的能量,当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能,也就是说一台220W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合作用,获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。使用风力发电机,就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电,其节约的程度是明显的,由于现在技术的进步,均采用先进的充电器、逆变器,风力发电成为有一定科技含量的小系统,并能在一定条件下代替正常的市电,山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯,高速公路可用它做夜晚的路标灯,山区的孩子可以在日光灯下晚自习,城市小高层楼顶也可用风力电机,这不但节约而且是真正绿色电源,家庭用风力发电机,不但可以防止停电,而且还能增加生活情趣,在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区,风力发电机正在成为人们的采购热点,无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务。使人们看电视及照明用电与城市同步,也能使自己劳动致富。

　　据统计,到目前为止,我国尚有7656万无电人口、16个无电县、828个无电乡和29783无电乡村,它们地处交通不便,无常规能源供应的边远地区、深山、沿海岛屿。那里经济、文化较为落后,收入较低,但当地的风能、太阳能资源往往较为丰富。如果能提供一种物美价廉、可靠性高的风力发电机产品,对解决他们的日常生活用电,丰富他们的文化生活无疑是一大福音。另外,沿海近海的滩涂养殖场、内陆湖泊渔民、沿海地区居民等,虽然该地区经济较为发达,且有常规能源供应,如果能提供一种性价比高、投资回收期短、外观美的风力发电机产品,则能为风力发电机的推广普及创造良好条件。这样,就能减轻日趋紧张的城市电网的供电压力。用风能替代一部分使用石化燃料发电的电能,既符合我国能源的可持续发展战略,又减少了对地球不可再生资源的开采和对大气环境的污染。我们的设计目标,使风力发电机成为人人用得起,个个用得好的优秀产品。

　　一般使用离网型独立运行的微小型风力发电机组的用户往往地处交通不便,无常规能源输送的边远地区、深山、草原牧区、边防哨所、微波站以及沿海海岛、航标灯站等等。受材料采购困难,配件供应不畅和维护技术等因素的限制。我们的设计目标,使风力发电机成为一种安装方便、免维护、保护功能完善的傻瓜型产品。

　　风力发电机组由风轮转子、三相永磁交流发电机、控制器、逆变器、蓄电池组等部件组成。风轮转子的功能,接受风能,并将风能转变为机械能,三相永磁交流发电机的功能,将机械能转变为电能,控制器的功能,将三相交流电整流、稳压为电压恒定的直流电,逆变器的功能,将直流电逆变为三相200V50HZ的正弦交流电,蓄电池的功能,储存电能以供用户在所需时使用。设计制造风力发电机涉及的学科较广,有材料力学、空气动力学、电机学、微电子学、电化学等学科,兼之使用者所处的地区,经济欠发达,文化相对落后,交通运输不便,无常规能源供应,缺乏必要维修能力。小型风力发电系统设计务必使风力发电机具有结构简单、寿命长、可靠性高的特点。

　　小型风力发电系统往往安装在住宅的附近、楼顶、花园、停车场、高速公路灯上,要求振动小、噪音低。如果风力发电机噪音大,会严重干扰居民的日常正常生活,如果风力发电机振动大, 易造成紧固件脱松和材料的疲劳损坏,对的人身、财产安全构成极大的危害。因此务必使风力发电机在正常运行时达到近乎无振动、无噪音状态,使风力发电线成为绿色环保的清洁能源。

　　重中之重,风力发电机的风轮转子的风能利用效率对风力发电机组的系统效率起着决定性作用。 由风力发电机系统效率公式η系=η转•η控•η逆•PG电子游戏 PG电子官网η电•η蓄可知,系统效率除与风轮转子的气动效率有关外,还与发电机效率、控制器效率、逆变器效率、蓄电池的充电效益有关。要大幅度提高后者的效率值,不但技术难度大,而且经济上不可取。水平式风力发电机最大风能利用系数理论值为0.593。市场上现有的微小型风力发电机CP值为

　　0.25~0.35,与最大值0.593还有很大差距,仍有很大的潜力可挖。利用最新的二维机翼在大功角时风洞试验的研究成果,借鉴大、 中型风力发电机现有技术成果。根据风力机既具有外流机翼特性,又具有内流叶轮的工作特点。采用先进的设计手段、设计方法和优化技术以及采用新材料、新技术、新工艺等综合手段来提高风轮转子风能利用系数,使之达到中型风力发电机的CP值为0.42的水平。从而降低单位每百瓦发电量的材料消耗量, 同时减少了重量和体积,为新材料、新技术、新工艺的应用打下了良好的基础。众多的新科技应用使小型风力发电系统的推广应用得到了广阔的发展。

　　为使小型风力发电系统更好的推广应用,综合以上几点可以看出风力发电机组应具有风能利用系数高、体积小、重量轻、外观美、噪音低、振动低、安装方便、免维护、寿命长、可靠性高、性能价格比高、保护功能齐全的PG电子游戏 PG电子官网特点。做到人人用得起,个个用得好,为用户和社会创造良好的经济利益和社会利益。在“敢于开拓,敢于创新,创一流企业,争天下第一”的精神激励下,凭借着“保护人类唯一的赖以生存的地球”信念的支持下,越来越多企业和个人人以市场为导向,积极研制开发新型小型风力发电系统,加上世界能源局势越来越紧张,各个国家都在加紧上马风力发电项目,风力并网发电成为世界各国主要供电企业首选能源项目。伴随着大型风力并网发电系统的成熟,小型风力发电独立系统必将在技术上有更新的突破,越来越多小型风力发电系统将走进千家万户,无论高山还是海岛都将迎来新的光明。

　　[1]姚兴佳, 《风力发电机组原理与应用》,机械工业出版社, 2009。

　　[2]宋海辉, 《风力发电技术及工程》, 中国水利水电出版社, 2009-3。