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风力发电技术,常指空气的水平运动分量，包括方向和大小，即风向和风速。但对于飞行来说，还包括垂直运动分量，即所谓垂直或升降气流。,风,风的形成,地球自转以及太阳热辐射不均引起空气循环流动，形成风。区域性空气的循环流动小规模者如海陆风（sea-landbreeze）和山谷风（mountain-valleywind），而大规模者如东北季风或台风。,风的形成,季风的形成海陆差异影响气流运动，冬季，大陆比海洋冷，大陆气压比海洋高，风从大陆吹向海洋；夏季相反，大陆比海洋热，风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风，我们称为季风。,海陆风的形成白昼时，大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋，到海洋上空冷却下沉，在近地层海洋上的气流吹向大陆，补偿大陆的上升气流，低层风从海洋吹向大陆称为海风。夜间（冬季）时，情况相反，低层风从大陆吹向海洋，称为陆风。,山谷风的形成在山区，由于白天山坡受热快，温度温度高于山谷上方同高度的空气温度，坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方，谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气，这时由山谷吹向山坡的风，称为谷风。夜间，山坡因辐射冷却，其降温速度比同高度的空气较快，冷空气沿坡地向下流入山谷，称为山风。,风的特性,风向风吹来的方向，例如北风就是指空气自北向南流动。风向一般用8个方位表示。分别为北、东北、东、东南、南、西南、西、西北。也常按16方位记录。,风速空气在单位时间内移动的水平距离，以米／秒为单位。大气中水平风速一般为1.0～10米／秒，台风、龙卷风有时达到102km/h。而农田中的风速可以小于0.1米/秒。,根据风对地上物体所引起的现象将风的大小分为13个等级，称为风力等级，简称风级。蒲福风力等级是以0～17等级数字记载风力等级。,零级烟柱直冲天，,风力歌,一级轻烟随风偏。,二级轻风吹脸面，,三级叶动红旗展。,四级枝摇飞纸片，,五级带叶小树摇。,六级举伞步行难，,七级迎风走不便。,八级风吹树枝断，,九级屋顶飞瓦片。,十级拔树又倒屋，,十一二级陆少见。,注本表所列风速是指平地上离地10米处的风速值,,,,,,,风压垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。风压力的简单计算公式为F1/2ρAv2其中ρ为空气密度，v为空气流动速度，A为受风面积。,风能密度P1/2ρv3,风能地球表面空气流动所形成的动能。风能是太阳能的一种转化形式。风速愈大，它具有的能量愈大。地球吸收的太阳能有1到3转化为风能，总量相当于地球上所有植物通过光合作用吸收太阳能转化为化学能的50到100倍。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。,风能利用主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能量。把风能转化为电能是风能利用的最基本的一种方式。,风能利用,风能利用存在一些限制及弊端,1风速不稳定,产生的能量大小不稳定,2风能利用受地理位置限制严重,3风能的转换效率低,4风能是新型能源,相应的使用设备也不是很成熟,风力发电年增率在2002年时约25，现在则是以38的比例快速成长。2003年美国的风力发电成长就超过了所有发电机的平均成长率。自2004年起，风力发电更成为在所有新式能源中已是最便宜的了。在2005年风力能源的成本已降到1990年代时的五分之一，而且随着大瓦数发电机的使用，下降趋势还会持续。,风力发电的优点及经济效益,风能为洁净的能量来源。风能设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当的地点，风力发电成本已低于其他发电机。,风能设施多为立体化设施，可保护陆地和生态。,风力发电是可再生能源，很环保。,风力发电为偏远地区的旅游观光带来经济效益。,风力发电的缺点,风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类，如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失。目前的解决方案是离岸发电，离岸发电价格较高但效率也高。,在一些地区、风力发电的经济性不足许多地区的风力有间歇性，更糟糕的情况是有的地区在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时间；必须等待压缩空气等储能技术发展。,风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。,进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的地方来兴建。,现在的风力发电还未成熟，还有相当发展空间。,2000年前，中国农村即利用风力驱动磨坊或灌溉水田，直到60年代，江苏省仍有数万台使用中。13世纪中欧农村的风车,，遍布于地中海周围区域。之后大型且大动力的荷兰风车，也发展到产生30KW的规模。荷兰有一大片土地是在海平面之下，16世纪荷兰人利用风车抽水，与海争地，逐渐发展成为一个经济发达的国家。到了1855年,美国出现了多页片型风车，到目前在美国乡村农庄或牧场仍可见到。19世纪末,一个由30家公司联合组成的风力电机工业集团，大量生产风力发电机，WesternWind至今已经生产六百万多架风力发电机。,风力能源的应用简史,地球上的空气受到太阳的热与地球的自转，所造成冷热空气对流，成为风。年平均风速达到或超过每秒钟4米的地区,即是风力开发的最佳场所;一般以沿海或北方地区为佳。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。,风力能源的应用简史,美国俄亥俄州所建造的示范风力机叶片直径为125英尺在30km/h风力下输出电力为100kW1975年開始運轉,位于美国佛蒙特州的风力发电站-于1930s1940s期间运转，生产电力可达1.2MW。,风光互补型发电系统-日本宫古岛，1999年完工,海上风力电站,风能市场排行,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，一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，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。,风力发电,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。依据目前的风车技术，大约是每秒3米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。,在强风中可以点亮一个车头灯,可以边走边发电,可以点亮一个车头灯,DougSelsam发明的个人用风力发电设备系统,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。,风力发电机组由两大部分组成，风力机（将风能转换成机械能）及发电机（将机械能转换成电能）。经由机电转换之后，风力机的输出效率约在2040之间。,风能转换的形成原理,风力发电系统分类,独立型系统混合型系统并联型系统,独立型系统,发电机转换交流电输出整流器将交流电转换成稳定直流电直接供应给直流负载（供给交流负载时必须经过直流-交流转换器）或由蓄电池组将电能转换为化学能储存。由于输出功率受到风速强度和环境因素等影响，因此系统必须设置较大容量的蓄电池组做辅助电源以待备用所需。,混合型系统,应用在较大的独立供电系统，系统中辅助发电机（传统的柴油发电机或迪赛尔循环发电机）之外，也可考虑使用太阳光电发电系统。因为有辅助发电系统，可减半设计蓄电池组的容量。,并联型系统,加入自动转换开关装置（ATS）使负载的电力来源有两个（风力发电和市电）。并联型系统在目前风力发电中的应用较为广泛，而且适用于市电网络便利的地区。,风力发电机组种类,风力发电机组主要由两大部分组成，风力机及发电机，其中包括叶片转子、刹车系统、低高速转轴、齿轮箱、控制箱、发电机、迎风马达、感应器系统，电力箱等组件。,风力发电机的分类,依照叶轮相对于风向的位置可分为上风式和下风式。依照叶片数量可分为多叶片式和少叶片式。依照叶片的工作原理可分为升力型和阻力型。依照风力发电机组容量的大小可分为小型、中型和大型。,1荷兰四叶片式风车荷兰过去几个世纪中数以千计的大幅应用，现在只有少数地方看得见。效率低～7，且输出功率小。,常见的三种风车形式,2美国多叶片型风车可靠性高，且在小风力情况下仍能操作，20世纪是大量用于汲水灌溉。,3双叶片型风力机现在大量使用的原型机。,尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类①水平轴风力发电机（HorizontalAxisWindTurbine），风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机（VerticalAxisWindTurbine），风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。,水平轴风力发电机（HorizontalAxisWindTurbine）,又分为升力及阻力型、顺风及逆风型、上风与下风型。,升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢。对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。大多数水平轴风力发电机具有对风装置，能随风向改变而转动。对于小型风力发电机，这种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电机，则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。,风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机，风轮在塔架后面的则成为下风向风机。水平轴风力发电机的式样很多，有的具有反转叶片的风轮，有的再一个塔架上安装多个风轮，以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本，还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。,垂直轴风力发电机（VerticalAxisWindTurbine）,垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。,利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板做成的风轮，这是一种纯阻力装置；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩，但在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。,达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。现在有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。达里厄式风轮现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。现在的达里厄风力机多采用直形风叶，也有人称之为H型风力机。H型风力机的叶片数一般为2至6个。,位于加州AltamontPass之Darrieus型转子,举例上海洋山港风力发电场的简单介绍,主要的技术关键,大型风力发电机打桩基础风轮技术叶片技术齿轮传动机构发电机构传输远距离传输变电站发电场的排布,大型风力发电机打桩基础,常用的混凝土基础重力钢筋基础单桩基础三脚架基础,丹麦的第一个引航工程采用混凝土引力沉箱基础。顾名思义，引力基础主要依靠地球引力使涡轮机保持在垂直的位置。在水深10米以上的这些混凝土平台，因受其重量和投资的限制，混凝土基础往往被禁止采用。,混凝土基础,重力钢筋基础,该方法用圆柱钢管取代钢筋混凝土，将其嵌入到海床的扁钢箱里。现有的大多数海上风电场采用重力基础，新技术提供了一种类似于钢筋混凝土重力沉箱的方法。,单桩基础,单桩是一种简单的结构，由一个直径在3.5米到4.5米之间的钢桩构成。钢桩安装在海床下10米到20米的地方，其深度由海床地面的类型决定。这种基础一个重要的优点是不需整理海床。但是，它需要重型打桩设备，而且对于海床内有很多大漂石的位置采用这种基础类型不太适合。,三脚架基础,三脚架基础吸取了石油工业中的一些经验，采用了重量轻价格合算的三脚钢套管。风塔下面的钢桩分布着一些钢架，这些框架分掉了塔架对于三个钢桩的压力。由于土壤条件和冰冻负荷，这三个钢桩被埋置于海床下10～20米的地方。,本工程可能采用的是单桩基础（单根直径4.8米的钢管柱）另一种方案是群桩式高桩承台基础（8根直径1.2米的钢管柱）。但这8根钢管柱还是应用的单桩基础。,风轮机构,发展风力发电的关键是利用新技术和新材料。通过流体力学的大量研究，专家们对风车车翼的形状进行了改造，改为流线型外壳，这样能更有效地利用风力所带来的能量；过去风车车翼的叶片是用金属制造的，现在改为使用更加轻盈而坚硬的玻璃纤维复合材料，从而减轻了自身的重量。,风力发电机的叶片,风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构。结构上分三个部分。1根部材料一般为金属结构;2外壳一般为玻璃钢;3龙骨加强筋或加强框一般为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料。叶尖类型多种多样,有尖头、平头、钩头、带襟翼的尖部等。叶片制造工艺主要包括阳模→翻阴模→铺层→加热固化→脱模→打磨表面→喷漆等。叶片设计难点包括1叶型的空气动力学设计;2强度、疲劳、噪声设计;3复合材料铺层设计。叶片的工艺难点主要包括1阳模加工;2阴模翻制;3树脂系统选用。,齿轮传动机构,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，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。,发电机构,大型风力发电机结构上一般分为四大部分1转子含叶片、轮毂、机头罩;2机舱含托架、齿轮箱传动变速机构、发电机、刹车及偏航系统;3塔架分桁架式、塔筒式,塔筒式的又有圆形及多边形断面之分;4控制系统含计算机显示系统和联网电缆。,海上风电场的并网,敷设海底电缆无功功率,高压直流输电,敷设海底电缆,为了减少由于捕鱼工具、锚等对海底电缆造成破坏的风险，海底电缆必须埋起来。如果底部条件允许的话，用水冲海床使用高压喷水，然后使电缆置入海床而不是将电缆掘进或投入海床，这样做是最经济的。本工程电缆主要连接风机与风机之间，风机与变电站之间，均为海底铺设，采用开犁沟挖沟，铺缆船铺设的方式，总长约为76千米。,变电站,本工程变电站为110kv升压变电站，变电站及办公用房均采用框架结构。,无功功率高压直流输电,无功功率和交流电相位改变相关，相位的改变使能量通过电网传输更加困难。海底电缆有一个大电容，它有助于为风电场提供无功功率。这种在系统中建立可能是最佳的可变无功功率补偿方式决定于准确的电网配置。如果风电场距离主电网很远，高压直流输电HVDC联网也是一个可取的方法。,发电场的排布,东海大桥风电场位于上海市临港新城至洋山深水港的东海大桥两侧1000m以外沿线，风电场最北端距离南汇嘴岸线5.9km，最南端距岸线13km。风机布置按东海大桥东侧布置4排35台风机；西侧布置2排15台风机，风电场装机规模10万kW。风机南北向间距500m（局部根据航道、光缆走向适当调整）；东西向间距1000m。风电场通过35kV海底电缆接入岸上110kV风电场升压变电站，接入上海市电网。,原因,便于节省打桩成本电能的传输更方便还有可能是由于风能的分布不均衡。方便管理和维修综合各方面的考虑，将发电场建在大桥的两侧是最经济的，即成本最低。,远程监控,海上风电场远程监控要比陆地远程监控更重要一些在每件设备上安装一些特别的传感器，以用来连续地分析传感器在设备磨损后改变工作模式而产生的细微振动，这样可能会带来一定的经济效益。,定期检修,在天气条件比较恶劣的情况下，维修人员很难接近风机，风机得不到正常检修和维护，造成安全隐患。所以，确保海上风机高可靠性显得尤其重要。对于一些偏远的海上风电场，应合理设计风机的定期检修程序。,简述风力发电的利弊。风力发电机的组成风力发电机的分类,