风力发电机组原理与应用(企业案例).ppt

,风力发电机组原理与应用江苏九鼎天地风能有限公司二0一四年四月,主要内容,一、天地风能风力发电机组发展历史二、有关风力发电机组的基本概念及分类三、风力发电机组构成四、TD-1500风力发电机组部件介绍五、TD-1500风力发电机组优异特点小结,一、天地风能风力发电机组发展历史,2008年6月，天地风能研发中心在上海科技创业中心成立；2009年3月9日，首台TD77-1500风机进入总装阶段；2009年7月28日，样机下线；2009年10月1日，样机以250KW限功率试运行；2010年1月初，完成1000小时无故障运行联合验收，取得业主“TD77-1.5MW风机在运行中与同类产品相比较已经处于领先水平”的评价；,2010年12月30日，样机单日最高发电量37005kwh；2010年4月29日，机组设计取得中国船级社评估认证证书；2010年度，机组设计进行了近200项的优化改进；2010年底，公司完成了小批量生产，机组在内蒙古赤峰全部并网运行。2012年度，公司完成了小批量生产，机组在新疆哈密全部并网运行。2013年度，公司在哈密地区，投资建成生产设备厂。,二、有关风力发电机组的基本概念及分类,原理是将风的动能转换为电能的系统,类型永磁直驱与双馈异步,双馈风力发电机与直驱风力发电机的主要区别是有无齿轮箱的使用。,双馈机组有齿轮箱，但是变流器是部分功率逆变；直驱机组无齿轮箱，是全功率逆变的。,（1）由于传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性；（2）发电机与电网之间采用全功率变流器，发电机与电网之间的相互影响减小；（3）机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音；（4）可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本；（5）机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率；（6）可以实现对电网有功、无功功率的灵活控制；（7）由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。,永磁直驱优点,,永磁直驱缺点,（1）采用的多极低速永磁同步发电机，电机直径大，成本高。由于运输问题，电机的直径不能超过4m，随着机组容量的增大，给电机设计、加工制造带来困难。（2）定子绕组绝缘等级要求较高。（3）采用全容量逆变装置，功率变换器设备投资大，增加控制系统成本。（4）由于结构简化，使机舱重心前倾，设计和控制上难度加大。,双馈异步优点,（1）双馈感应发电机可通过调节转子励磁电流的幅值、频率与相位，在原动机速度变化时也可保证发出恒定频率的电能，从而提高了机组的运行效率，延长了机组的使用寿命。（2）简化了调整装置，减少了调速时的机械应力。同时使机组控制更加灵活、方便，提高了机组运行效率。（3）通过交流励磁使发电机吸收更多无功功率，参与电网的无功功率调节，解决电网电压升高的弊病，从而提高电网运行效率、电能质量与稳定性。（4）双馈感应发电机通过对转子实施交流励磁，精确地调节发电机定子输出电压，使其满足并网要求，实现安全快速的“柔性”并网操作。（5）需要变频控制的功率仅是电机额定容量的一部分，使变频装置体积减小，成本降低，投资减少。,双馈异步缺点,（1）双馈式风力发电机组低风速下的风轮机转速也很低，直接用风轮机带动双馈电机转子将满足不了双馈发电机对转子转速的要求，必须引入齿轮箱升速后，再同双馈发电机转子连接进行发电。然而齿轮箱成本很高，且易出现故障，需要经常维护，可靠性差；同时齿轮箱也是风力发电系统产生噪声污染的一个主要因素。（2）当低负荷运行时，效率低。（3）电机转子绕组带有滑环、碳刷，增加维护和故障率。（4）控制系统结构复杂。,三、风力发电机组构成,一般的风电机组的基本结构包括风轮、机舱、塔架、基础。,风轮包括叶片、轮毂、变桨系统等,机舱,塔架,基础,四、TD-1500风力发电机组部件组成,1、风轮系统2、传动系统3、发电系统4、底架及偏航系统5、润滑系统6、刹车系统7、温控系统8、塔架系统,TD-1500风力发电机组部件系统,风轮系统-轮毂,轮毂是将叶片和叶片组固定到转轴上的装置，它将风轮的力和力矩传递到主传动机构中。承载叶片的轮毂采用球型三通形式，有良好的制造及安装性能。,风轮系统-叶片,风机叶片采用德国翼型设计技术，玻璃纤维复合材料制造,最宽弦长达3.1米。优异的翼型可以使风能利用系数达到0.49.,风轮系统-变桨,变桨系统作用是风速超过额定风速时，改变迎风角度来控制稳定的功率输出；同时在风机故障或风速过高时顺桨保护风机。变桨系统由变桨控制柜控制变桨电机转动，带动变桨减速箱，通过齿轮传动带动变桨轴承转动，从而带动叶片变桨。,风轮系统-变桨轴承,变桨轴承为双排四点接触球轴承，有足够的刚度和可靠性，保证变桨的平顺性。配有专用集中润滑系统，定期自动对轴承和齿面进行润滑，提高系统使用寿命。,风轮系统-变桨控制,每个叶片有单独的变桨控制，保证足够的安全性及制动可靠性。单独配对的变桨电池保证断电时仍可以有效制动，提高了安全性。,传动系统-支撑方式,天地风能TD77-1500传动链主体采用经典的三点悬浮式支撑方式。前端采用球面双列滚柱可调心轴承支撑，可承受较强轴向载荷，且可减弱传动链弯矩对轴承、齿轮箱的影响，后端齿轮箱通过两弹性支撑支撑，可大大减小对齿轮箱，包括主轴、轴承的冲击。,传动系统-主轴,主轴安装在风轮和齿轮箱之间，前端通过螺栓与轮毂刚性连接，后端与齿轮箱低速轴连接，承力大且复杂。,传动系统-轴承座与主轴与轴承配套的轴承座采用与轮毂相同的QT350或QT400材料，拥有良好吸收冲击及抗震性能。良好的润滑油路及腔室设计以及耐久的密封机构设计保证轴承的使用寿命大大延长。,传动系统-齿轮箱,除了直驱式风力发电机组外，其他型式的机组都要应用齿轮箱，齿轮箱是通过齿轮副进行动力传输的。传动比1100。,传动系统-齿轮箱,配有高效率的润滑和风冷系统,保证齿轮箱良好的运行状态及使用寿命。在齿轮箱的在线过滤装置外另设计离线过滤装置作为辅助过滤系统选配。能延长换油周期一至两年，大大节约业主维护成本及维护工作量。,传动系统-联轴器,传动链后端通过联轴器将齿轮箱与发电机相连。联轴器采用德国CENTA连杆式联轴器。对装配误差有极佳的容错性。同时对运动过程中的振动有良好的抗震纠错能力联轴器配有打滑装置，在转速及载荷突然变化的情况下发挥作用，保护齿轮箱。,发电系统-发电机与变频器,发电机采用绕线式转子双馈，其定子并网，转子由变频器提供三相滑差频率进行交流励磁。发电系统能根据电网情况为电网提供无功输出。变流器使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。发电系统具有低电压穿越的扩展能力。,,底架及偏航系统,底架上承载着风轮系统及传动系统，是整个机舱与风轮的基座。风轮传递过来的载荷，通过底架传递到塔筒。底架由Q345-E材料焊接而成，生产周期短，拥有较好的强度及可焊接性，以及不错的低温韧性，在低温下有良好的耐冲击性能。,底架及偏航系统,偏航系统由偏航减速器、偏航轴承、偏航制动器及偏航解缆装置组成。偏航系统通过检测风信息，使风机始终对着主风向，充分捕捉风能，提高发电机组的发电效率。解缆装置防止电缆连续扭转发生损伤。,润滑系统,润滑系统包括主轴润滑、变桨润滑及偏航润滑系统。通过选择润滑性能优秀及符合项目当地使用环境及工况的润滑油，保证机械系统工作极少磨损提高效率。润滑系统配有自动润滑，定时自动给系统加油，保证及时充分的润滑效果，减少维护工作量。充分考虑废油回收，给每个润滑点设计单独的废油回收装置，保证不外泄，不污染环境。,液压系统,液压系统给偏航刹车及高速轴刹车提供动力。液压系统采用高性能HAWE液压站，满足液压动力需求、准确迅速的压力响应及较低的故障率。,刹车系统,刹车系统分为气动、机械刹车及手动锁紧。满足GL设计规范，几种刹车形式配合使用，满足更高安全性的需要。气动刹车风机停机时叶片顺桨。机械刹车机组紧急停机时，叶片气动刹车后，待风轮转速降到一定速度时，高速轴制动器通过液压系统给力抱死刹车盘，机组平稳停机。手动锁紧风轮内部维护时，在气动刹车、机械刹车都实施的前提下，插上主轴锁销，保证在风轮内人员的安全。,机舱温控系统,机舱温控系统对机舱内的温度进行自动控制，保证机舱温度处于各部件的工作温度范围。强效的抽风系统能对机舱温度过高时，进行有效冷却。科学的加热器分布设计，保证机舱内各重点区域的充分加热。,塔架系统,三段式圆筒设计，保证运输便利性及制作工艺性。精确的塔筒固有频率计算，保证与传动链固有频率足够的偏差，杜绝共振产生的可能性。塔筒采用Q345-E焊接而成，拥有优良的焊接性能与足够的强度，同时在低温环境下有足够的冲击韧性。,塔架系统,各段塔筒间通过L型，高强度合金钢环锻法兰及高强度螺栓连接，保证足够可靠的连接强度。塔筒顶部直径2550mm，底部4200mm，总重量108t，总高度63m。,五、TD-1500风力发电机组优异特点小结,TD-1500机组技术设计优点,轮毂的仰角、锥角以及刚性叶片的应用，使机组重心接近塔架中心变速运行，恒频输出高可靠性的齿轮箱优化的控制策略，有效的降低了机组的疲劳和极限载荷基于载荷计算的设计方案，运行平稳可靠完善的低电压穿越能力采用冗余设计、UPS电源与软刹车技术，具有更高的安全性优异的叶片翼型设计，转换效率高采用软并网、软启动技术，延长风机使用寿命,TD-1500机组实际运行优势,高发电效率高可靠性超低温运行电网友好抗沙尘抗雷暴操作简便易维护,5.1高发电效率,额定风速低10.8m/s；气温低于-10℃时，仅为9.6m/s。满载范围宽9.6m/s-25m/s，单日最高发电量达37005KWh。创新点宽幅叶片设计。叶片扫风面积较同类叶片多6，发电量较同类风机增加10；精致的系统集成；卓越的控制策略。,5.2高可靠性,风机经受了近一个月连续满负荷运行的考验（962798kwh），电机、变频、齿轮箱、变桨系统工作可靠，无异常响声；在瞬态风达到30米/秒和风向极不稳定的条件下，机舱整体无异常振动；风机经受住了在较大风速、阵风和风向多变条件的考验；关键部件疲劳寿命均高于20年；风机可利用率达97。,5.3超低温运行,环境温度为-35℃时，仍能够继续安全运行。创新点低温材质。耐低温油品油脂。灵敏的温控系统，优化加热系统、低温启动运行参数，极端低温能生存，超低温能发电。优化的结构设计，减少大温差范围胀差影响。以5万KW的风电场为例，与目前运行温度为-30℃的同类风机相比，单日可增加发电收入40万元。,5.4电网友好,风机具有有功无功调节和低电压穿越能力，确保电网发生波动时风机不解列；拥有风功率预测系统，能够完成风电场48小时内的短期功率预测和15分钟至4小时的超短期功率预测；集中优化配置有功功率和无功功率控制系统，实现风机的远程调节控制。创新点低电压穿越产能预报灵敏的传感器高效的通讯方式,5.5抗沙尘,我国风电资源大部分在新疆、内蒙古等风沙大的地区，风电机组因风沙磨损寿命只有5年。防止风沙危害的设计，机舱有可靠的密封结构；叶片、机舱罩、导流罩表面有耐磨胶衣层，设计厚度足以抵抗风沙磨损。,5.6抗雷暴,由于采用了良好的避雷设施，能有效避免雷电破坏、保障风机安全运行。,5.７操作简便,在长时间、大负荷、大风区状态下发电能力增强、功率曲线平稳、监控系统操作简便。在系统正常状态下无人值守运行风速大于切入风速时，风机自动启机发电;风速大于切出风速时，风机自动停机;风速大于额定风速，风机也会自动停机。当阵风的高湍流导致风轮过速时，风机自动停机，之后系统状态检测正常后仍然可以自动启机。在保证风机可靠性、安全性的前提下，降低了维护人力成本。,5.８易维护,可以通过GateWay远程识别故障和远程启停风机、远程升级程序、升级固件程序、下载或修改参数；完善的状态检测和历史数据及事件保存功能可以帮助维护人员和技术工程师识别故障；人机界面友好，状态显示完备。控制系统的模块化设计有助于实现系统快速恢复正常。完备的维护工艺文件保证维护质量的全面性、一致性、安全性。正是易于维护的特点有效降低了维护人力成本。,谢谢,