小型风力发电技术与应用

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1、,小型风力发电技术与应用 中国农村能源行业协会 小型电源专业委员会 2007年9月18日,一、我国风能资源 1.风能资源的储量 2.风能资源的分布 3.我国风能区占全国面积的百分比 4.世界气象组织对风力等级的规定 5.利用风能的优点和局限性 二、风力发电行业现状 1.风力发电机的定义 2.风力发电机组的分类 3.并网型（大型）风力发电的概况 4.离网型（小型）风力发电的概况 1)行业发展的六个阶段 2)小型风力发电机行业现状 3)小型风力发电机组历年产量汇总 4)小型风力发电机组的发展趋势 5)小型风力发电机组的技术特点及技术参数 6) 几种小型风力发电机组型号及技术参数 7)发展小型风力发

2、电机组的障碍与问题,目录,三、小型风力发电技术与应用 1. 概述 2. 发电系统部件的功能 3. 小型风力发电机组的选用 1) 根据当地的风能资源 2) 根据家用电器的用电要求 四、小型风力发电机组的安装 1. 场地选择 2. 机组安装 3. 注意事项 4. 蓄电池的安装 五、小型风力发电机组的维护与保养 日常维护保养 定期维护保养 蓄电池的使用与维护 六、风力发电机组的故障及排除 七、风力发电实景照片,风能资源的储量 我国风能总量为32.26亿千瓦，10米高度层实际可开发量为2.53亿千瓦，风能资源十分丰富。 2. 风能资源的分布 风能资源丰富区：东南沿海及其岛屿； 风能资源较丰富区：东北、

3、华北和西北北部地区，含新疆阿拉山口地区和布尔津地区 ； 风能资源可利用区：黄河、长江中下游地区。,一、我国风能资源,我国风能区占全国面积的百分比,我国可安装离网型风力发电机组的地方占全国面积的76%。,世界气象组织将风力分为13个等级。,4. 世界气象组织对风力等级的规定,中国有效风能密度分布图,中国全年风速大于3米/秒小时数分布图,利用风能的优点和局限性 优点： 局限性：,储藏量大 无污染 可再生 分布广泛、就地取材 适应力强、发展潜力大,能量密度低 不稳定性 地区差异大,风力发电机是将风能转换为电能的机器。风力发电机组是由叶轮、发电机、回转体、尾翼、立杆、拉线、底座、地锚等组成。 常用的风

4、力发电机组都是：水平轴型、三桨叶、上风向 小功率风力发电机组，多为2到3个叶片、水平轴型。叶轮旋转面垂直于风向，尾翼自动调向。 大型风力发电机的头部利用电力驱动（主动）或有变距控制,二、风力发电行业现状,风力发电机的定义,风力发电机组的分类,并网型风力发电机组（大型风力发电机组），发电后直接并入常规电网，不需要储能设备。 离网型风力发电机组（小型户用风力发电机组），发电后将电储存在蓄电池供用户使用。,并网型（大型）风力发电的概况,到2006年底，我国共有91个风力发电场，累计安装大型风力发电机组3311台，装机总容量259.9万kW，排世界第六，分布在16个省、市、自治区，2006年新增145

5、4台，总机容量133.7万kW，发电量25.3亿kWh 从风电场装机容量来看，内蒙十二个风电场装机668台，装机容量51万kW，排全国第一。 所装的风力发电机组大部分从国外进口，占67。国内12个生产厂家，新疆金风风能公司名列前茅，生产机组容量达到445200kW，占81。 随着我国可再生能源开发利用促进法的公布实施，风力发电必将会得到更大的发展。,离网型（小型）风力发电的概况,行业发展的六个阶段： 老式风车应用阶段(1949-1959) 现代风力机械起步阶段(1960-1977) 科研攻关和示范应用阶段(1978-1983) 技术成熟和实用推广阶段(1984-1990) 调整、巩固、走向稳定

6、发展阶段(1991-1998) 更新换代,扩大应用范围,多品种生产阶段(1999以后),小型风力发电机行业现状 研制、生产单位 目前，开发，研制，生产小型风力发电机组的单位共78家，其中：大专院校，科研院所15家，主机厂38家和配套厂25家，年生产能力超过了8万台。 应用推广的地区 农区，牧区，边远地区的边防连队，哨所，海岛驻军，内陆湖泊渔民，地处野外高山的微波站，航标灯，电视差转台站，气象站，森林中的瞭望烽火台，石油天然气输油管道，近海滩涂养殖业及沿海岛屿。, 产量、保有量、年生产能力 截至2006年底，我国20kW以下小型风力发电机组生产企业累计共生产各种小型风力发电机组326406台，总

7、装机容量为1152820.5kW，年发电量约为13776万kWH。其中，2006年小型风力发电机组总产量50052台，装机容量为51276.3kW。 所生产的小型风力发电机组，除满足国内用户需要外，还出口远销到印尼，瑞典，德国，日本，韩国，蒙古，法国，古巴，越南，泰国，加拿大，荷兰，俄罗斯，美国，巴基斯坦，巴布亚新几内亚，台湾，香港，马来西亚，缅甸等23个国家和地区，累计出口各种小型发电机组近33238台；其中2006年出口16165台。 我国小型风力发电机组保有量，年产量，生产能力均列世界之首。,小型风力发电机组历年产量汇总（19832005）,2006 50052,小型风力发电机组历产量汇

8、总图（1983-2005）,2005,35000,单机功率台数统计,同规模装机容量统计,小型风力发电机组的发展趋势 单机功率由小变大； 由一机一户，推广到多机联网供电； 由单一风力发电机组供电发展到多能互补：即：“风光”互补，“风光柴”互补；“风柴”互补； 用户使用范围扩大：由边远地区农牧民应用发展到近海养殖、内陆湖泊、气象台站、微波、电视差转、部队边防哨所及远离大陆的地方； 小风电行业发生变化，随着市场经济发展，需求扩大，生产企业也发生变化,目前我国生产的小型风力发电机按额定功率分共10种，分别为100W、150W、200W、300W、500W、1000W、2000W、3000W、5000W

9、、10000W、其技术特点是：风轮采用定桨距和变桨距两种，以定桨距居多。2 3个叶片、侧偏调速、上风向，配套高效永磁低速发电机，再配以尾翼、立杆、底座、地锚和拉线。机组运行平稳、质量可靠，设计使用寿命为15年。风轮的最大功率系数已从初期的0.30左右提高到0.380.42,而且启动风速低,叶片材料已多样化：木质、铁质、铝合金、玻璃钢复合型和全尼龙型等。发电机选配的是具有低速特性的永磁发电机，永磁材料使用的是稀土材料，使发电机的效率从普通电机的0.50提高到现在的0.75以上,有些可以达到0.82。小型风力发电机组的调向装置大部分是上风向尾翼调向。调速装置采用风轮偏置和尾翼铰接轴倾斜式调速、变桨

10、距调速机构或风轮上仰式调速。功率较大的机组还装有手动刹车机构，以确保风力机在大风或台风情况下的安全。,小型风力发电机组的技术特点及技术参数,几种小型风力发电机组型号及技术参数,国家政策扶持力度需要加强。 边远地区，少数民族地区用户经济承受能力差，购买力不足，如果没有补贴或补贴太少，推广应用小型风力发电机组有难度。 对小型风力发电机组的推广应用宣传不够。 小型风力发电机组品种不全，质量和可靠性有待提高。 “三化”程度不高，同种型号机组零部件不能互换。 售后维修服务、技术培训工作跟不上，使小型风力发电机组使用中的完好率明显下降。,发展小型风力发电机组的障碍与问题,根据安装地点的风能资源情况，以及用

11、户的用电负荷和用电要求，合理选配小型风力发电机组的类型和配置，以获得最佳效益。 小型风力发电系统由风力发电机组、控制逆变器、蓄电池及其用电设备组成，它是将风能转换为电能和逆变的整个过程。 利用风力发电，向蓄电池组充电储存电能，把储存的电能逆变成220V/50HZ交流电源。它普遍适用于有风、电网达不到或虽有电网但供电不正常的地区，供给照明和电视机等家用电器、通讯设备和电动工具等用电。,三、小型风力发电技术与应用,概述,小型风力发电系统构成,风力发电机组,控制器,直流负载,蓄电池组,交流负载,逆变器,泄荷器,小型风力发电系统连接图,1、小型风力发电机,小型风力发电机一般都由那几部分组成的? 小型风

12、力发电机部件很多，但一般都是由5部分组成的：一是风轮，由二个或多个叶片组成，安装在机头上，是把风能转化为机械能的主要部件。二是机头，主要是发电机和安装尾.,部件的功能：,小型风力发电机部件很多，但一般都是由5部分组成的： 一是风轮，由二个或多个叶片组成，安装在机头上，是把风能转化为机械能的主要部件。 二是机头，主要是发电机和安装尾翼的支座等，它能绕塔架中的竖直轴自由转动。 三是尾翼，它一般装于机头之后，是用来保证在风向变化时，使风轮正对风向，现在也有不带尾翼的垂直轴发电机。 四是塔架，是支撑机头的构架，它把风力发电机架设在不受周围障碍物影响的空中。 五是控制系统，是用来控制发电机的输入输出和发

13、电机工作状态的。,控制器的功能：,2. 发电系统部件的功能,整流充电；将风力发电机输出的低压交流电整流，并向蓄电池充电。 电池过充时泄放发电机输出的电能（分流泄荷）；使蓄电池过充保护, 保证蓄电池不酸化、不中毒，有效的延长使用寿命。 电池亏电时切断用电；保证蓄电池极板不损坏、氧化物不脱落，有效的延长使用寿命。 有仪表指示或灯光显示系统工作状态。,风力发电机组,控制器,直流负载,蓄电池组,交流负载,逆变器,泄荷器,风力发电机,逆变器的功能：,在蓄电池电压在正常范围内时，逆变器将储存在蓄电池内的直流电逆变成常规的交流电，即220V 50Hz，一般家用电器都可用。 具有较完善的超压、过荷、短路、过热

14、等保护。 有相应的仪表显示系统与设备的工作状态，以及故障报警。,风力发电机组,控制器,直流负载,蓄电池组,交流负载,逆变器,泄荷器,风力发电机,风力发电机组,控制器,直流负载,蓄电池组,交流负载,逆变器,泄荷器,风力发电机,泄荷器的功能：当蓄电池充满后，为防止蓄电池过充电和保护发电系统其他设备的安全，控制器自动将发电机的输出切换到泄荷器上。 蓄电池的功能：蓄电池是一种化学电源，它可将直流电能转化为化学能储存起来，需要时再将化学能转换为电能。它的功能是：解决了电能储存问题，起着功率和能量调节的作用，向负载提供瞬时大电流。常用蓄电池有铅酸蓄电池、碱性蓄电池两种。目前，小型风力发电机通常用储能型铅酸

15、蓄电池。,3kW 控制器,（15kW） （2kW）,逆变器,铅酸蓄电池,小型风力发电机组的选用,对不同的地区、不同的用电要求有不同的选用条件。 选用的风力发电机要适于当地的风能资源 选用的风力发电机要适于用户的用电需求 选用的风力发电机要与用电量、蓄电池容量相匹配,P=V . AV= AV 式中：空气密度（kg/m），海拔1000米地区，取1.108kg/ m A风力机叶片旋转一周所扫过的面积（m） V风速（m/s） P每秒钟空气流过风力机风轮断面积的风能，即风能功率（W） 如果风力机的风轮直径为D，则 A=兀/4 D 这时 P=V 兀/4 D =兀/8 D V 若有效风速时间为t，则在时间t

16、内的风能功率为： E=P. t=兀/8 D Vt (W. t),从风能公式中可以看出，风能与风速的立方成正比，与风力发电机的风轮直径的平方成正比。,根据当地的风速，可以计算出所选用小型风力发电机的发电量，其公式是：,以300W机组为例，该机组的主要技术参数如下：,300W机组的输出特性（风速与输出功率的关系） 海拔：1000米 温度：20,根据对FD2.50.3/7型300W风力发电机组的实际测试，该机输出功率与风速有下述对应关系，并可绘制出机组输出功率特性曲线图。,根据家用电器的用电量来选择风力发电机,需方要求：LED灯，单路、75W，24V系统。每天工作时间为10小时，备用时间为5天为例，进行风光路灯设计。,系统全天功耗可计算为：W=P*T=75*10=0.75KW*H 风光互补供电系统同时配置两种电源以保证设备正常工作主要