风力发电关键技术教程

《风力发电关键技术教程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风力发电关键技术教程（100页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、风力发电关键技术 目录 n风电行业特点及其相关核心知识概述 n风资源知识 n风区分类IEC、GL标准 n空气动力学 n风机分类 n风机基本控制概念 n风机设计及其模拟软件Bladed介绍 能源增长历史 能源利用历史 化石与核能的使用只是人类历史长河的一瞬间 石油年生产 能源强度 （总耗能/国家生产总值GNP） 风电行业特点及其相关核心知识概述 n我国一次商品能源消费 结构 n世界一次商品能源消费 结构 能源消费的国际比较消费结构 能源资源的特点和国际比较 探明总资源量8230亿吨标准煤， 探明剩余可采总储量1390亿吨标 准煤 剩余可采储量的保证程度煤炭81 年、石油15年、天然气30年,铀5

2、0 年。 以煤为主，缺乏石油、天然气资 源，水能较丰富 人均能源资源量低于世界平均水 平 单位：年 能源价格对比 根据国内风电成本测算得到的包括财务成本在内的风电平均成本为0.551元 /( kWh)，在使用期的总成本费用已经接近新投资的水电和火电。 2006年电力装机及发电量比例 单位GDP能耗 n为了保护环境，我国政府已经出台了降耗规划：“十一 五”期间，全国单位国内生产总值能源消耗指标从2005 年的1.22吨标煤/万元下降到2010年的0.98吨标煤/万元 ，降幅近20%。 为什么要发展风力发电？ n（1）化石能源有限，发展风电有利于提高中国能源供应的安全性 n（2）风能储量大、广泛，

3、发展风电是解决中国能源供应不足的有效途 径 n（3）风电清洁，发展风电是减排温室气体排放的有效途径. ( 京都议定 书 签订后，CDM机制） n（4）发展风电可以促进地区经济发展，并拉动机电制造业发展及解决 就业。（如：丹麦） 但到目前为止，风电市场仍然是政策主导的市场 2003年5月27日，欧洲风能协会和绿色和平组织的环境组在布鲁塞尔发布 一项报告风力12，这个战略性蓝图勾画出目前价值70亿欧元的风 能工业如何能在2020年增值为750亿欧元。 到2020年，风力发电将在全球电力市场中占12%。全世界风力发电装机 容量将达到12.31亿千瓦（123100万千瓦），创造1.79亿个就业机会，

4、使发电成本降低40%，并累计减排二氧化碳1092.1万吨。长达52页的 风力12研究报告详细论证了如何实现风力发电的美好前景。 中国风能资源丰富 国家气象局依据分布在中国各地10米高气象测风仪 数据统计： n陆地约有 2.53亿千瓦 年电量 5000亿 千瓦时 海上初步估计可开发约 7.5亿 千瓦 合计约 10亿 千瓦 （2004年全国电力总装机 4.4亿 千瓦） 其中内蒙和新疆 占风资源的约7080 中国风资源分布 与核电和大水电发展的比较 n全世界核电和大水电都是在较短时期内占到较大比例 的能源技术。 n核电从1960年的100万kW开始，到1997年累积装机 3.43亿kW，电量占16%

5、。 n大水电从1950年的4500万kW增长到1996年的7.15亿 kW，电量占19%。 n风电现在已经是商业化的产业，有能力成为主流电源 之一。 n欧洲是世界上风力发电领先的地区，根据欧洲统计局 的资料，目前，风力发电的发电量已占到了欧洲总发 电量的3%以上，其中，丹麦风电发电量占该国发电量 的23%，德国和西班牙为13%和12%。在欧洲，风电 已经成为一种重要的能源。 风电项目 箱式变电 （升压）变电站 超高压输电 风机 （降压）变电站 用户 不包含升 压变电站 的项目 包含升压 站的项目 海上变速风机的并网 Principal layout of offshore wind turbi

6、nes, their collection and transmission (C&T) systems for interconnection to mains, i.e., for fungible power to the AC network and trading 近海风电技术：风力发电机组Vestas 3MW 2005年Kentish Flat海上风电场安装 30台vestas 3MW机组，该机组额定功 率3MW，机舱（包括轮毂）重量111T 。 风能系统经济性模型 风能经济性 发电成本 风资源及规律 能源效率 可利用率 寿命 直接投资成本 融资成本 运行维护费 风能的市场价值 基

7、本价值 燃料节省 资本节省 货币化的环境收益 排放减少 化学燃料使用的减少 风电系统发电的度电成本模型（不考虑环境效益） 部件成本组装成本运输成本 风机生产成本 利润 风机购买 价格 初始资本成 本(ICC) 风场配套设施 部件失败率 风场人力 耗材 平均维修时间 备件预定时间 备件成本 年运行维护成 本 (AOM) 可利用率 风频分布 功率曲线 驱动链效率 上网损失 年发电量 (AEP) 固定费率(FCR) 度电成本 (COE) COE=(FCR*ICC+AOM)/AEP 基于20年。 风电的经济性 国产风电机组（600kW-750kW）: 4300 元-4500 元/kW 国产风电机组（1

8、200kW）:5700 元/kW 进口风电机组（850kW-900kW）: 500 欧元-540 欧元/kW （折合5000 元-5400 元/kW） 进口风电机组（1000kW-1500kW）: 620 欧元-700 欧元/kW （折合6200元-7000元/kW） 风电场建设项目总投资分析 目前风力发电机组价格水平 风电项目投资: 7000元/KW 10000元/KW 中国风电场建设项目上网电价对比 元/kWh 风电场建设项目上网电价分析 目前的风电成本可控制在0.6元/度以下 风机经济技术发展目标 n国家规划到2020年，中国风电装机达3000万千瓦，占预测总装机10亿千瓦的3 n风电成

9、本接近常规能源，2020年目标价格0.25元/度,10米高5.8米/秒 （美国3美 分/度，欧洲，2.34欧分/度）。风机单位千瓦价格：国内 45005000元/千瓦 n2002年，欧洲先进的风电机组在最佳情况下运行的每千瓦装机成本约为823欧元， 每度电的成本为4.04欧分；预计到2020年，装机成本会降到每千瓦497欧元，每度 电的成本为2.34欧分。 0 2 4 6 8 10 12 1990 Low wind speed sites 199520002005201020152020 High wind speed sites Bulk Power Competitive Price Ba

10、nd 目前的风电 成本可控制 在0.6元/度 以下。 风电项目成本构成 n在中国，风电项目的固定资产投资构成比例 风电项目成本构成 n举例：英国5MW岸上项目成本构成 风机成本构成 风机机舱成本构成 英国 风电项目中风机故障构成 英国的统计 风机制造行业特点 n原材料密集 （体积大，重量重） n资本密集 n技术密集 n知识密集 n研发周期长 n设计周期长 n试制生产周期长 n产品测试、认证周期长 n市场：目前还是政策主导 企业核心竞争力 n目标 野心越大，度量越大，越能包容人才。 n流程 做事的程序。 如：产品设计流程、制造流程、工艺流程，软件的程序等。 n模型 如：结构化的定性模型，功能模型

11、（如组织机构） ，还有经验模 型，估算模型（如：风湍流模型，风机成本模型），精确定量的 数学模型。 n数据库 如：风资源数据库，产品数据库（PDM），知识库，等 世界风机制造业 世界风机制造业 风机制造业 Repower 2MW 风机 v“金风S43/600”含义： 金风（goldwind) 公司品牌 Sstall ，即失速控制 43叶轮的直径为 43m 600发电机的额定功率为600kw v采用丹麦设计概念： 上风向，三叶片，失速控制，叶尖 气动刹车。 是当今风机技术最简单、成熟、可 靠、安全的技术。 金风产品介绍 40或 50m 43 m GOLDWIND n机 型：失速型、带叶尖气动 刹

12、车、上风向、三叶片 n额定功率：125/600kW n风轮直径：43m n轮毂中心高：40m,50m(根据塔架高 度) n起动风速：3m/s n额定风速：15m/s n停机风速：25m/s n最大抗风：70m/s（3秒） n最大风能利用系数：CPmax0.4 n控制系统：计算机控制，远程监控 n工作寿命：20年 600KW 风机 GOLDWIND 金风失速型风机机舱各零部件分布图 1.导流罩 2.叶轮 3. 机舱 4.增速箱 5.高速机械刹车 6.连轴器及安全离合器 7.油散热器 8.发电机 9.风速仪、风向标 10.提升机 11.发电机弹性支撑 12.TB1控制器 13.液压站 14. 偏航

13、轴承 15.偏航刹车 16.偏航驱动 17.塔架 18.机舱底板 19. 齿轮箱弹性支撑 GOLDWIND 750KW风机 n金风S48/750机组总体技术参数 n机 型：失速型、带叶尖气动刹车、上风向、三叶片 n额定功率：750kW n风轮直径：48.4m n轮毂中心高：50m n起动风速：4m/s n额定风速：14-15m/s（与气候条件有关） n停机风速：25m/s（10分钟） GOLDWIND 1200KW风机 无齿轮、直驱、永磁发电机 结构简单紧凑，可靠性高 机械传动损耗减少 电机效率高运行范围宽 无需励磁，无碳刷滑环 发电品质高，无需进行无功补偿 GOLDWIND GoldWind

14、 62/1200 技术参数 叶轮直径62 m 扫风面积 3019 m2 转速范围 10 20 RPM1 叶片数量 3 叶片类型 LM 29.1 P 或 相似叶片 功率控制 变速变桨 刹车系统3套独立的叶片刹车 塔架类型钢制锥塔 轮毂中心高 69 m 运行数据切入风速3 m/s 额度风速 12 m/s 切出风速25 m/s 抗最大风速59,5 m/s 电机 类型多极永磁同步发电机 结构直接驱动 额定功率 1200 kW 额定电压 Y690V 绝缘等级 F GOLDWIND 风机主要组成 偏航系统 电机 驱动链 轮毂 叶轮 控制 变电 系统 风力机组成的逻辑关系 电 网 偏航装置 风向风 速仪 电

15、压、频率值 刹 车 盘 失速调节 主动失速 定速 变速控制 齿轮箱 变桨距调节 变速调节 无齿轮箱 Technology trend 国外大型风力发电机组发展趋势 国际大型风机的发展趋势 技术水平不断提高 风力发电单机容量由 1980年的30千瓦上升到 2005年的5兆瓦 风特性 叶轮机械电机并网风力 极限疲劳振动 控制 材料制造 ￥ 叶片设计 部件制造 COE 风机(知识)体系结构与边界条件 Cost of Energy 频率50Hz 电压 690V 或其他 功率因数0.98 噪音 叶尖速 转速材料 强度 控制能力 运输安装 部件共振耦合 结构 频率与电机转速、齿轮箱增速比、风轮转速的关系 n如：电机的输出频率 电网频率50Hz，则发电机转速 n对与常见两极对 的电机，电机转速为1500RPM n由于噪声要求，叶尖速度有个限值，如65m/s, n对于定速风机，以750KW为例，转轮直径50米 ，叶轮转速约 为22.25 rpm, 叶尖速则为58m/s , 因此齿轮箱的增速比 就为 1500/22.25 =67.4 风机设计的边界条件 n电网约束 n叶尖噪音约束 n共振耦合约束 n材料强度约