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1、风能利用技术明廷臻Date1l“Windpower is the fastest growing source of energy in the world today. Growth rates have exceeded 30% per year over the past decade”.Date2一、概述l太阳光从上而下照射大气层，使之升温。又 由于地球的自转和公转，地面附近各处受热 不均，大气温差发生变化，引起空气流动。 空气在水平方向上的流动就形成了风。l由于风有一定的质量和速度，并且有一定温 度，因此它具有能量。太阳辐射到地球的光 能大约有2转变为风能。尽管如此，风能的 数量依然
2、很大。它相当于全球目前每年耗煤 能量的1000倍以上。Date3Formation of winds by local heating and cooling Date4Date5Date6太阳辐射到地球之能量中的2%变成风 力，其中之0.1%可供为风力发电之用， 因此只要充分利用风力之2%左右即足够 人类中所需。风力发电的风能收集器是风车叶片以吸 收风的动能，然后传到旋转轴再带动发 电机发电，且能够供应全国发电，可减 少石油燃料的浪费。Date7风能的用途l提水l风力发电l风帆助航l利用风能加热Date8l人类利用风能的历史 可以追溯到公元前。l我国是世界上最早利 用风能的国家之一。Date
3、9Date10Dates back to 600 ADDate11lUsed in the US for pumping waterDate12l1st windmill to generate electricity was built in 1888.Charles F. Brush (1849-1929)Date13lWind farms became popular in California in the 1980s.Date14l二、风力发电原理l1. The Wind Rose风风玫瑰图图 l在极坐标底图上点绘出的某一地 区在某一时段内各风向出现的频 率或各风向的平均风速的统计图
4、 。l前者为“风向玫瑰图”，后者为“ 风速玫瑰图”。因图形似玫瑰花 朵，故名。Date15风速的粗算l风速随高度的变化：v为距地面高为h处的风速，v1高度为h1的风速 。n为经验指数，取决于大气稳定度和地面粗 糙度，常为0.1250.5。Date16不同地表面粗糙度的n值 （地面100以下区域）地面类类型n地面类类型n光滑地面、硬 地面、海洋0.1城市平地、较较 高草地、树树木 极少0.16草地0.14高的农农作物、 篱篱笆、树树木少0.20树树木多、建筑 物极少0.220.24城市有高层层建 筑0.40森林、村庄0.280.30Date17蒲福风级Date18l2.风风能：空气密度和转转子面
5、积积 l风力透平获得能量，将风力转换成风力透平叶片 的转矩，风能转换成转矩的数量依赖于空气密度 和风速。l空气密度越大，风速越大，可转换的风能越大。l转子扫过的面积越大，接受风能越大。Date19l气流动能l气流速度为v，垂直流过截面积为A的假想面， 在t时间内流过该截面气流的体积和质量l在t 时间内，流过该截面的风能及其风功率：l风力透平输出功率：Date20Date21Wind powerDate22 三、wind turbine 风力发电机主要结构包 括叶片、发电机、增速 装置、控制系统、塔架 、机舱.等。 风车的斜面叶片受到风 的阻力，产生一股反抗 的力量，力量作用而造 成风车的转动就
6、是作用 力与反作用力的原理。 Date231. Wind Energy System ComponentslTower 塔lRotor 转子lWind Turbine 风力透平Date24TowerlSmall Wind Towers:Height:10 - 30 mlMedium-size Towers:Height:25 - 50 mlLarge-size Towers:Height:50 - 110 m Date25RotorlMaterial:lComposite WoodlFiberglasslBlade Concepts:lThe Danish Three-Bladed Conce
7、pt lTwo-Bladed (Teetering) Concept lOne-Bladed ConceptDate26l水平轴l垂直轴Date27Wind TurbinelSmall TurbineslPower: 50 60 kWlMedium- size TurbineslPower:50 1500 kWlLarge-size TurbineslPower: 2 3 MWDate28The nacelle（吊篮） contains the key components of the wind turbine。The rotor blades capture the wind and tr
8、ansfer its power to the rotor hub（轮毂）. Date29The low speed shaft of the wind turbine connects the rotor hub to the gearbox. 变变速箱 On a modern 1000 kW wind turbine the rotor rotates relatively slowly, about 19 to 30 revolutions per minute (RPM). The shaft contains pipes for the hydraulics system to en
9、able the aerodynamic brakes to operate.The hub of the rotor is attached to the low speed shaft of the wind turbine.Date30The high speed shaft rotates with approximately. 1,500 revolutions per minute (RPM) and drives the electrical generator. The gearbox has the low speed shaft to the left. It makes
10、the high speed shaft to the right turn approximately 50 times faster than the low speed shaft.Date31electrical generator. On a modern wind turbine the maximum electric power is usually between 600 and 3000 kilowatts (kW).Date32l风向会经常改变，为了有效地利用风能，必须 要有自动迎风的装置，它根据风向感测仪测得 的风向信号，由控制器控制偏移电机， 驱动 小齿轮再推动塔架上
11、的大齿轮，使整个机舱藉 此自动控制的系统，能够一直对向迎风面。Date33The anemometer and the wind wane are used to measure the speed and the direction of the wind. Date34The electronic controller contains a computer which continuously monitors the condition of the wind turbine and controls the yaw mechanism（偏移装置 ）. The hydraulics s
12、ystem is used to reset the aerodynamic brakes of the wind turbine.Date35The cooling unit contains an electric fan which is used to cool the electrical generator. In addition, it contains an oil cooling unit which is used to cool the oil in the gearbox. Some turbines have water-cooled generators.Date
13、36l2).Wind Turbine Towersl The tower of the wind turbine carries the nacelle and the rotor. Towers for large wind turbines may be either tubular steel towers, lattice towers, or concrete towers. lGuyed tubular towers are only used for small wind turbines (battery chargers etc.) Date37Tubular Steel T
14、owers Lattice Towers Hybrid Towers Guyed Pole Towers Date38l3). Size of Wind Turbines Date39l四、风能利用l风能是利用风力机将风能转化为电能、热能 、机械能等各种形式的能量，用于发电、提 水、助航、致冷和致热等。Date40风能利用-风力发电 l风力发电并非一个占地宽敞的工厂，也不需 要高压电塔、变电所来进行输配电。l以一台1000千瓦的风力发电机为例，塔筒高 约60m，叶片直径达5060m，底座地上面 积为16m2，基座附有小型变电器，由地下 电缆将低伏电直接连接上附近电网。Date41l现代风力机每
15、台设计寿命为二十年，每半年维 护一次，其设计为遥控自动，无人看守，可连 接到工程师的手机，一有问题可利用装有遥控 系统的手提电脑马上解决。Date42l风力发电制造过程图1地下电缆将低伏电直接连接上附近电网Date43l风力发电制造过程图2底座Date44l风力发电制造过程图3衔接塔柱 Date45Turbine Parts TransportationBy Land TransportationBy Sea TransportationBy Air Transportation (Air Cargo)Date46Date47l风力发电制造过程图4发电机与变速箱Date48l风力发电制造过程图
16、5叶片Date49Date50l风力发电制造过程图6Date51l风能利用-风力提水 l风力提水自古至今一直得到较普遍的应用。 至20世纪下半时，为解决农村、牧场的生活 、灌溉和牲畜用水以及为了节约能 源，风 力提水机有了很大的发展。l现代风力提水机根据用途可以分为两类。l一类是高扬程小流量的风力提水机，它与活 塞泵相配， 提取深井地下水，主要用于草 原、牧区，为人畜提供饮水。Date52l活塞式风力提水机是利用风能作动力，经过 曲轴或变速箱，直接带动活塞等方式，将地 下井水或河塘水提出。l主要用于风况较好的地区的农田，苗圃，绿 地等水利灌溉，水产养殖，人畜饮水。l特别适合北方地区冬季鱼塘活水，可增加鱼 塘温度和氧气，提前解冻冰面，提高养殖生 存率；夏季加强鱼塘活水循环，提高养殖密 度，缩短养殖周期。Date53l产品特点：l结构简单、安装方便、安全可靠、少有故障 。l自动调速，2-3级风即可启动工作；小风提 水，大风自动避风。l无需
