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1、毕业论文天津轻工职业技术学院毕业 设计（论文）课题名称： 垂直轴风力发电机组的应用专 业：风力发电及电网设备自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指 导 教 师： 时间：年 月 日11毕业设计开题报告一、毕业设计 （论文）的选题要求：1、毕业设计的选题应该符合本专业的培养目标及教学基本要求，体现本专业的基本理论、基本技能训练内容，注重能力培养，有益于学生综合运用所学的知识和技能分析、解决实际问题，使学生得到全面的训练。2、课题的选择应体现教学与生产、科研、文化和经济相结合的原则，课题类型可多样化，尽可能结合生产实际的任务进行，力求真题真做。3、选题的范围和深度应符合学生的实际情况，并尽可能多的
2、反映现代科学技术发展水平。使学生在原有的水平和能力方面有一定的提高。4、课题应难易适度，有明确的任务或研究对象。毕业设计学生一人一题。二、本课题设计（论文）的背景及意义随着传统的化石能源的不断减少甚至是面临枯竭，能源危机是我们将要面临的最大挑战，世界各国都在不断地进行开发新能源的研究，而绿色、环保、可再生的风能正在不断地引起人类的关注，经过研究验证后发现风力发电是一种具有大规模发展潜力的可再生能源，实在在未来有可能成为世界重要的代替能源之一。风力机组是把风能转化为电能的一种有效装置，目前水平轴风力发电机组是世界上应用最为广泛，同时也是发展技术最为完善的一种风力发电机型，与水平轴风力发电机组相比
3、垂直轴风力发电机组有着诸多的优越的性能，并越来越被人们重视。目录摘要4第一章 绪论51.1 引言51.2 世界风力发电的发展历史、现状及其趋势51.2.1 风力发电的发展历史51.2.2 世界风电发展现状及其趋势61.2.3 风能发电具备以下优势71.3 中国风力发电发展的现状7第二章 垂直轴风力发电机组的基本概况102.1 垂直轴风力发电机组的工作原理及其特点102.2 垂直轴风力发电机组的组成结构102.3 垂直轴风力发电机组具有的较多显著的特点122.4 垂直轴风力发电机组的类型122.4.1 阻力型垂直轴风力发电机组的原理及应用实例122.4.2 升力型垂直轴风力发电机组的原理及应用实
4、例13第三章 垂直轴风力机在风力发电中的应用现状163.1 H型垂直轴风力发电机163.2 D-S组合型垂直轴风力发电机173.3 型垂直轴风力发电机173.4 垂直轴涡轮风力发电机173.5 应用展望18结语20参考文献21致谢2231摘要随者环境趋向的恶化和能源危机的加深,清洁的可再生能源越来越受到人们的重视，因此各国纷纷加强对新能源技术的投入,风能因其清洁、可再生、储量丰富、分布广泛等优点越来越受到世界各国的重视 也越来越多地被应用到风力发电中。风能等相关技术也随之发展 。 近年来, 随着新能源技术进一步发展和普及, 风电机组的小型化、发电系统的独立化已经成为新的发展方向，并得到了广泛的
5、认可和利用, 且装机数量逐年增长 。 但由于现有的、普遍使用的水平轴风力发电机存在着对风速要求高、 噪音大、 安装维护复杂、占地面积过大等缺点, 并不能适用于小型风机的开发和使用 。所以具有调试方便, 对叶片要求低, 不需迎风装置, 运行条件宽松、成本较小等特点的垂直轴风力发电机组, 逐渐成为小型风力发电机的首选，因此研究垂直轴风力发电机组是具有广泛的現实意义和良好的应用前景 。关键词：新能源、可再生、风里发电、垂直轴第一章 绪论1.1 引言能源就是人类用来维持生存活动的能量来源。随着社会的发展，人们对能源的需求越来越大。目前，我们常用的能源主要来自化石燃料，但这种资源在地球上的存量是有限的，
6、并正日渐枯竭。因此，我们有需要开发其他种类的能源，包括可再生能源等。风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能是清洁的、无污染的可再生资源，它取之不尽、用之不竭，在能源短缺和环境趋向恶化的今天，风能越来越受到世界各国的重视，也越来越多地被应用到风力发电中。1.2 世界风力发电的发展历史、现状及其趋势1.2.1 风力发电的发展历史随着能源紧缺及化石燃料对环境污染日趋严重，开发新型能源成为各国经济发展的关键，目前可再生
7、能源有太阳能、风能、地热能等。而风能发电是世界上到目前为止历史最为悠久，技术最为成熟的发电方式，是具有大规模发展潜力的可再生能源，有可能成为重要的替代能源。因此世界各国都竞相发展风电事业，利用风能的步伐不断加快，风力发电规模逐步扩大，风力发电由小到大、由单机到并网运行快速发展，已经形成一种新兴产业。自13世纪起，水平轴风车产业就成为了农村经济结构的主要部分，而利用风力发电的历史可以追溯到19世纪晚期，世界上第一台用于发电的风力机1891 年在丹麦建成，但由于各种原因未能成为电网中的电源。1931年，苏联制造了一台100KW、直径30m的Balaclava(巴拉克拉法帽)风力机；19世纪50年代
8、早期，英国制造了一台100KW、直径24m的Andrea Enfield(安德鲁-恩菲)风力机。1956年，丹麦建造了一台200KW、直径24m的Gedser(盖瑟)风力机，1963年法国电力工业试验了一台功率1.1MW、直径35m的风力机。在德国，Hutter(胡特)于19世纪50年代和60年代建立了一些新型的风力机。直到 1973 年发生石油危机后，美国、西欧等国家为寻求替代化石燃料的能源，投入大量经费，研制现代风力发电机组，开创出了风能利用的新时代。美国开始建造一系列示范风力机组，如1975年的功率100KW、直径38m的Mod-0风力发电机组和1987年的功率2.5MW、直径97.5m
9、的Mod-5B风力发电机组。目前世界上最大的风力发电机是德国制造的E-126，高达120m，风轮直径126m，每个叶片长达61.4m，每片重18t，装机功率达到5MW，见下图1。如图1所示 图1 E-126型风力发电机1.2.2 世界风电发展现状及其趋势上世纪90年代中期开始，世界累计风力发电能力成以平均每年15%的速度增长，2006年起更以每年超过20%的速度增长（见图2,图3）图2全球风电累计和新增装机变化趋势图3. 全球风电市场增长率（2006-2011年）尽管累计总量还在不断增加，但是风电开始从快速发展向稳步发展转变，新增容量的增速开始变缓。从图1-2中可清晰地看到20062009年风
10、电经历了快速增长过程，年均增速在30%40%；从2009年以后，风电的发展速度开始放缓，年均增速迅速降低，全球的风电发展已经进入到了平稳期，新增的装机容量保持在40GW左右。1.2.3 风能发电具备以下优势1、环保：传统火力发电在发电过程中会产生大量的有害气体，如二氧化碳，这些气体会对环境及人们的身体健康造成威胁，而风力发电过程，是空气对风机叶片做功，能量又转化为电能，不会产生有害气体，所以，风能是一种洁净的、无污染的环保能源。2、可再生：风能是靠空气的流动而产生的，这种能源依赖于太阳的存在。只要太阳存在，就可不断地、有规律地形成气流，周而复始地产生风能，可永续利用。3、储量丰富：全球风能总量
11、约2.74 109MW，其中可利用的风能为2.7109MW。而且我过风能资源丰富，居世界第三位。4、分布广泛、就地取材、无需运输：在边远地区如高原、山区、岛屿等地区，由于缺乏煤、石油和天然气等资源，给生活在这一地区的人民群众带来诸多不便，而且由于地处偏远、交通不便，即使从外界运输燃料也十分困难。因此，利用风能发电可就地取材、无需运输，具有很大的优越性。5、占地面积小：风力发电机组安装分散，占地面积小，大部分土地仍可供农业、林业使用，基本上不影响风电场周围的环境。随着能源危机与环境恶化的日益加剧，风力发电的越显重要。1.3 中国风力发电发展的现状我国风能资源丰富，根据第三次风能普查结果，我国技术
12、可开发的陆地面积约为24104km2。考虑到风电场中风力发电机组的实际布置能力，按照5MW/km2计算，陆上技术可开发量为120104MW。目前我国风能资源开发利用的重点区域有内蒙古自治区、辽宁省、河北省、吉林省、甘肃省、新疆维吾尔自治区、江苏省等，其中内蒙古自治区技术可开发量约为50104MW，居全国之首如图4所示。图4 全年平均风能密度分布在国家可再生能源发展规划和风电装备国产化等相关政策的支持下，我过风电产业得到了快速发展2009 年，虽然金融危机引起的全球经济秩序的动荡仍在持续，但风电行业发展势头迅猛，全球年度市场增长率达 45%，最重要的是中国首次超越美国，成为了 2009 年新增装
13、机容量全球第 1 的国家。2009 年累计装机容量排名前 10 位和新增装机前 10 位的国家如图 5 和图 6 所示。图 5 2009 年全球风电累计装机容量前 10 名的国家图 6 2009 年全球风电新增装机容量前 10 名的国家2009年中国（不含台湾省）新增风电装机10129台，容量13803.2MW，年同比增长124%；累计风电装机21581台，容量25805.3MW，年同比增长114%。台湾省当年新增风电装机37台，容量77.9MW；累计装机227台，容量436.05MW，如图 7 所示。图 7 历年我国装机储量2011年，在全球性金融危机愈演愈烈的情况下，主权债务危机、欧元区财
14、政失衡、全球经济整体低迷，风电的发展还是取得了满意的发展结果，累积装机量还是在不断提高，同比增长20%，当年新增超过40GW，累计装机容量达238GW。从图 8 、 9 可知，中国的累计装机总量已经超过美国，成为世界第一，且占比已经超过全球的四分之一，达到26.24 %。更能体现中国全球风电领袖地位的是2011年新增风电装机达到17 631MW，全球新增市场占比达到惊人的43.46%，风电发展的速度已经遥遥领先于其他国家。图 8 2011 年全球风电累计装机容量前 10 名的国家图 9 2011 年全球风电新增装机容量前 10 名的国家据统计，2011年中国（不含港、澳、台）全年新增风电装机容量17.63GW，累计装机容量62.36GW。至2011年年底，中国有30个省、市、自治区（不含港、澳、台）有了自己的风电场，风电累计装机超过1GW的省份超过10个，其中超过2GW的省份9个 。可见中国风电发展已势不可挡。第二章 垂直轴风力发电机组的基本概况2.1 垂直轴风力发电机组的工作原理及其特点垂直轴风力发电机的叶轮转轴与地面垂直，故称为垂直轴风力发电机。，是一种将风能转变为机械能，再转变为电能的低转速风力发电机。利用风力发电，向蓄电池充电蓄存电能。垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结
