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第9讲风能的利用优秀课件PPT下载

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88497
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第9讲风能的利用优秀课件PPT 第9讲风能的利用优秀课件PPT

第9讲风能的利用优秀课件PPT免费下载是由PPT宝藏(www.pptbz.com)会员weishenhe上传推荐的科学PPT课件, 更新时间为2017-03-26,素材编号88497。

这是一个关于第9讲风能的利用优秀课件PPT,这节课主要是了解风是怎么形成的?风的基本特征,影响风速的主要因素,风能的时空不稳定性是其重要特性,我国风能资源分布,风能转换与利用的主要方式等等介绍。欢迎点击下载第9讲风能的利用优秀课件PPT哦。风能(wind energy) 空气流动所产生的动能。太阳能的一种转化形式。由于太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀,引起大气层中压力分布不平衡,在水平气压梯度的作用下,空气沿水平方向运动形成风。风能资源的总储量非常巨大,一年中技术可开发的能量约5.3X10^13千瓦时。风能是可再生的清洁能源,储量大、分布广,但它的能量密度低(只有水能的1/800),并且不稳定。在一定的技术条件下,风能可作为一种重要的能源得到开发利用。风能利用是综合性的工程技术,通过风力机将风的动能转化成机械能、电能和热能等

第九讲 风能的利用风能的基本理论:风的形成、风的基本特征、升力和阻力、风能资源风能利用技术:风力机的结构、风轮的基本理论、风力发电及其他应用 1. 风是怎么形成的?风能是大气运动形成的一种能源形式,其能量来自于大气所吸收的太阳能。梯度风——由压力梯度产生的风地转风——在气压梯度力和科里奥利力平衡时,沿等压线直线运动的风气转风——受到气压梯度力、科里奥利力和离心力作用,空气沿弯曲的等压线运动形成的风 大气环流 区域风:海陆风、山谷风2.风的基本特征(1)风向:风吹来的方向2.风的基本特征瞬时风速、平均风速2.风的基本特征风级:根据风力强度划分的等级影响风速的主要因素垂直高度风能的时空不稳定性是其重要特性影响风速的主要因素影响风速的主要因素地理位置 3.风的能量风能:空气流动的动能风的功率Nv:1s通过面积为A的空气所具有的动能 风能玫瑰图 4. 我国风能资源分布 4. 我国风能资源分布 5.风能转换与利用的主要方式 6. 风力机的类型按风轮轴与地面的相对位置,分为水平轴型和竖轴(立轴)型按叶片工作原理,分为升力型和阻力型按风力机的用途分类,有风力发电机、风力提水机、风力铡草机、风力脱谷机等按风轮叶片的叶尖线速度与吹来的风速之比的大小来分,有高速风力机(比值大于3)和低速风力机(比值小于3);也有把该比值2~5者称为中速风力机按风机容量大小分类:国际上通常分为小型(100kW以下)、中型(100~1000kW)和大型(1000kW以上)3种;我国则分成微型(1kW以下)、小型(1~10kW)、中型(10~100kW)和大型(100kW以上)4种;也有的将1000kW以上的风机称为巨型风力机按风轮相对于塔架的位置,分为上风式(前置式)和下风式(后置式)按风轮的叶片数量,分单叶片、双叶片、三叶片、四叶片及多叶片式按叶片的形状,可分为螺旋桨式、十字形、H形、O形、S形等按叶片与轮毂的连接分为定桨型和变桨型 水平轴型风力机 升力型风力机升力型风机依靠叶片产生的升力作为旋转动力以气流中的获取能量阻力型风力机 7. 风轮的基本理论攻角(迎角)桨距角升力、阻力风轮功率风能利用系数(风轮功率系数)尖速比失速风轮面积 叶素扫掠出的平面升力和阻力 A点称为前缘,B点称为后缘,连接AB的直线段称为翼弦(弦线)。翼弦的长度为L。翼弦上、下方的弧形表面分别称为上表面和下表面。 典型升力和阻力系数与攻角之间的关系曲线 尖速比 风轮叶片的叶尖线速度与风速之比 风轮功率 一台2MW的风电机叶片半径在40m左右。在普通空气密度下,温度10℃,风速6m/s(= 21 km/h)的情况下,风电机的功率是780kW。在这个风速下,每秒流经风电机的空气是43吨。其中所蕴含的能量相当于一辆小型货车(2.5吨重)开90km/h的时候,或者一台小轿车(700公斤)开170km/h的时候的能量。当风速达到18m/s(= 65 km/h)的时候,每秒流经风电机的空气大约是110吨。风速增长到3倍,但风的功率却要增长到3的3次方倍,也就是27倍。这个时候风的功率大约是21MW。 风能利用系数是尖速比和桨距角的函数 风轮机的失速 风轮面积 8. 风力机的组成风力机一般由风轮、传动装置、做功装置、蓄能装置、控制系统、塔架、附属部件等组成 风轮是风力机最重要的部件,其作用是捕捉和吸收风能,并将风能转变为机械能,由风轮轴将能量送至传动装置。控制系统包括调速(限速)机构和调向机构(偏航系统)。传动装置是将风轮轴的机械能送至做功装置的机构,如增速机构、齿轮、皮带等做功装置根据既定意图不同有发电机、水泵、粉碎机、铡草机等蓄能装置为了把有风或大风时捕捉的能量多余的部分储存起来,供无风时使用,如风力发电机的蓄电池、风力提水机的蓄水罐等塔架用来支撑风轮、控制系统和机舱等机头部件附属装置,根据风力机用途还有一些附属装置,如机舱、机座、回转体、停车机构等,它们主要配合主要部件工作,保证风力机的正常运行。 9.风力发电机组的构成 9.风力发电机组的构成 9.风力发电机组的构成 9.风力发电机组的构成 9.风力发电机组的构成 叶片数量常为2或3,材料为GFRP或CFP 轮毂随叶片数量性状有所不同材质通常为球墨铸铁设计计算采用有限元方法 主轴主要作用是将风轮力矩传递给齿轮箱或发电机需要承受大扭矩和疲劳载荷,材质一般为35CrMo,40CrNiMo或37SiMn2Mo 通常有配套的主轴轴承座某些方案将主轴集成到齿轮箱 齿轮箱增速比一般为60~80 核心部件之一,是风力发电机组最重最昂贵的部件,设计和制造都有相当难度。主要是材质成分、热处理和加工精度要求很高 发电机 偏航系统 控制系统主要部件主控器(核心控制模块软硬件)变桨控制器(变桨控制模块、变桨电机伺服及电机,蓄电池)变频器(双馈机型和同步机型)通讯模块(系统内部通讯、风场内通讯) SCADA软件(用于远程监控)控制系统调试内容静态检查(接线、参数整定)动态部件(变桨、主控逻辑、偏航等)联调(从切入到并并网) 水平抽风力发电机组需要通过塔架将其置于空中。风速随着高度的增加而增大,因此较高的塔架可以使风轮机获得更多的风能。 类型:即由钢板制成的锥形筒状塔架和由角钢制成的桁架式塔架。风力机的性能要素叶片长度与扫风面积相关外形(翼型、外廓和制造质量)影响CP 齿轮箱和发电机效率高低影响整机出力(即发电量);可靠性影响整机可用率;控制系统变桨控制(硬件及策略)影响CP及整机载荷;影响机组的运行安全偏航系统准确与否影响整机出力 10.风力机的功率控制风力机的设计思想是尽可能便宜的产生电能。风力机的设计是基于目标风场的风速条件,因此风力机一般被设计成在风速为8~15m/s时具有最佳的性能,即有最大的电能产出。而不是花费心思把风机设计在强风时有最多电能产出,因为强风天气不多见。因此在强风天气时必须浪费多余风能,以免破坏风机。所以风机设计有能量控制装置,安全控制方式有如下几种。 变桨控制风轮机 通过监测风力发电机的电能输出,当风速大于额定风速后,通过变桨机构使桨叶绕其轴旋转,调节桨距角,使桨叶一次轻微地转过一个角度,改变迎风面积,实现能量控制。这种方式通常采用液压驱动装置进行调节。被动失速控制风轮机 被动失速控制风轮机的桨叶被固定,桨距角不可变。通过适当设计风轮机的桨叶,根据空气动力学原理,当实际风速达到某一特点值时,开始出现失速。该方式避免使用复杂的控制系统调节桨叶,但同时出现了复杂的气体动力学设计难题。 主动失速控制风机 越来越多的大型风机在发展主动失速控制装置。在低速时为了有足够大的力矩,采用和变桨控制同样的控制方式;当风速增大,发电机将要超负荷时,则与变桨控制方式相反,而是通过主动方式达到桨叶失速,它比被动失速方式更能精确控制能量输出,另一方面优点是它能在强风天气保持额定功率运行,而失速型通常因为失速而使电能输出降低。它同时也带来了投资成本和维护费用的提高。 其他能量控制方法 一些老式的风轮机用叶片上的副翼控制转子输出的能量。一般飞机上都装有副翼,通过副翼的转动可以改变机翼的几何形状,从而在飞机起飞时提供更多的升力。 偏离控制技术——使风轮机偏离迎风方向,减小风能输入。只应用在小型机组上,因为偏离会使转子受周期性变化的力,最终会破坏整个风力发电结构。 11.风力机是如何运行的?当风速达到启动风速时,风轮机开始运行,带动发电机发电。随着风速增加发电机的功率开始增加。达到设计风速时,风力发电机可以达到额定功率。当风速进一步增加时,风力发电机的能量控制开始工作,使发电机不会超负荷,而是在额定点附近工作。如果风速进一步增大超过了能量控制调节的范围,风力发电机就会实施停机保护。 12.风力发电系统类型 12.风力发电系统类型并网运行风力发电系统类型 并网发电风力机的总发电成本的影响因素投资成本成是影响风力发电成本的主要因素,投资成本包括制造加工费、基建费等系统寿命运行费和维修成本风系特性。风能潜力与风速的三次方成正比,平均风速高则电站经济性好系统的能量转换效率技术利用率,即正常发电时间在一年中占的比例 13.风电场建设 建设风电场除了要考虑风速条件外,还要综合考虑场地状况、道路状况、接入电网的条件等因素。一个完整的风电场项目,一般包括以下几个步骤: 风电场选址项目可行性评估项目准备风电场建设风电场运行和维护风电场退役、场地恢复 风电场选址 风力发电机组的选型 风电场中的风力发电机组在工作期间可能处于如下状态之一: 运行控制系统是风力发电机组的常规控制系统,此外,还有一套独立于运行控制系统的安全系统。安全系统的任务是在出现严重问题或检测到潜在严重问题时保护风力发电机组,使之处于安全状态。保护动作通常是紧急刹车,使风轮机停止工作。安全系统必须独立于控制系统,而且具有高度的可靠性和自动故障免除性。为了保证安全,必须配备两套以上的刹车系统,而且各自的工作方式和动力源必须不同。 14.风力发电的发展风力发电机容量和风轮直径发展风轮直径和发电机单机容量越来越大 向海上风电场发展 海上风电的优势海上风能资源比陆地大,不但风速高,而且海上很少有静风期,能更有效利用风电机组的发电容量;海上表面粗糙度低,海平面摩擦力小,风随高度变化小,不需要很高的塔架,可降低风电机组成本;海面与其上面的空气温差小,海上风的湍流强度低,作用在风电机组的疲劳载荷小,可延长使用寿命。一般陆上风电机组设计寿命20年,可在海上运行25年。海上面积辽阔,项目规模可以大,风电场距离海岸较远,不影响景观; 海上风电的缺点要承受的风载荷大,还要承受海浪带来的负荷,抵抗海洋环境的盐雾腐蚀运输和吊装条件受限,需要自备吊装主要部件的起重设备,避免因维修而等待大型浮吊造成的损失;海上风电机组基础成本高 与建筑结合 2007年 巴林首都世贸中心 15.风力发电的优点以及负面影响 风力发电的优点风能是可再生能源形式,有利于可持续发展。有利于环境保护。随着风电技术的日趋成熟,风电成本越来越低,可以和其他能源形式相竞争。 16.风电对电网运行的影响风速和风向总是随机变化,因此风能的特点是具有不稳定性,使得风电场的输出功率有波动性,从而影响局部的电能质量。风电容量到达一定程度后,会引起电压不稳,特别电网较大波动的时候,可能导致风力发电机组从电网解链,严重时甚至导致电网瓦解。 16.风电对电网运行的影响 影响风力发电原动力是不可控的,它的出力大小决定于风速的状况。从电网的角度看,并网运行的风电机组相当于一个具有随机性的扰动源,会对电网电能质量和稳定性等方面造成影响。 (1) 电压波动和闪变 (2) 谐波污染问题 (3) 对电网稳定性的影响 改善风力发电并网性能的一些措施静止无功补偿器(SVC) 利用静止无功补偿器(SVC) 减小风力发电功率波动对电网电压影响。风电场是一个发出有功功率、吸收无功功率的特殊元件, 风电场的电压往往很低,利用SVC改善系统电能质量和提高系统的稳定性是一个有效的措施。目前TRC- FC型SVC在国内外风电场已得到了广泛的应用。 有源电力滤波器(APF) 近年来,采用电力晶体管(GTR) 和可关断晶闸管(GTO) 及脉宽调制(PWM) 技术等构成的有源滤波器, 可对负荷电流作实时补偿,有效地抑制了电压波动和闪变。 超导储能装置(SMES) 通过采用基于GTO的双桥结构换流装置, SMES可以在四象限灵活地调节有功和无功功率, 为系统提供功率补偿, 跟踪电气量的波动。充分利用SMES有功无功综合调节能力, 可以降低风电场输出功率的波动, 稳定风电场电压, 提高系统的稳定性。SMES是一种有源的补偿装置,与SVC相比其无功补偿量对接入点电压的依赖程度小,在低电压时的补偿效果更好。思考题风的形成原因?描述风能的参数有哪些?风轮机的基本原理及概念:桨距角、攻角、升力、阻力、风能利用系数、风轮功率、贝兹极限、尖速比、失速风力发电的原理是什么?风能利用系数有哪些影响因素?当风速大于额定风速时,如何控制风力发电机的功率?此时风能利用系数随风速的增大如何变化?风力发电的优缺点如何?

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水能和风能的利用介绍课件PPT:这是一个关于水能和风能的利用介绍课件PPT,这节课主要是了解1、常识性了解水能和风能的利用的知识;2、知道水能和风能的利用对我国社会主义建设的重要意义等等介绍。欢迎点击下载水能和风能的利用介绍课件PPT哦。

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