小型风力发电技术与应用.ppt

,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、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1454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①老式风车应用阶段1949-1959②现代风力机械起步阶段1960-1977③科研攻关和示范应用阶段1978-1983④技术成熟和实用推广阶段1984-1990⑤调整、巩固、走向稳定发展阶段1991-1998⑥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①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。②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。,③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（1983－2005）,200650052,小型风力发电机组历产量汇总图（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、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。23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0.38～0.42,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220V50Hz，一般家用电器都可用。具有较完善的超压、过荷、短路、过热等保护。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,PρV.AVρAV式中ρ空气密度（kg/m），海拔1000米地区，取1.108kg/mA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/4D这时PρV兀/4D兀/8ρDV若有效风速时间为t，则在时间t内的风能功率为EP.t兀/8ρDVtW.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WP*T75*100.75KW*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是为了满足在一定的恶劣气候影响下系统能够在一定时期内仍能正常运转工作，故配置时，其任一种电源配置均应可单独满足设备的工作需求。假设设备安装区域太阳能全年每天的平均有效利用时间为4h，低速按可工作风速3m/s风力平均有效利用时间为5h，而无可用风力也无可用光能的最不利连续时间为5天。,风力供电方案风力发电机最小功率0.75kWh/5h150W。考虑风力发电组件设备的系统损耗和衰减率，取可靠系数1.4。综合考虑最不利因素，风力发电机的功率应为0.75kWh*1.4*/5h210W则应选择额定功率300W的风力发电机。,选择风力发电机组安装位置时，应充分考虑周边环境，如居民区、山坡、树木、建筑等对风况的影响，要求地表平整，开阔，周围20米内没有挡风屏障的地方。充分考虑多台风力发电机安装位置的排布，应垂直主导风向。风力发电机输出电缆应尽可能短，减少线损。风力发电机组的间距应为58倍风轮直径，前后位置应错开，减少尾流影响。为确保安全，风力发电机的安装要在无风或风力小于二级时进行。,四、小型风力发电机组的安装,场地选择,在场地中央挖方坑做立杆基础；过方坑的中心划垂直十字线，做4个地锚坑并埋好地锚，浇灌碎石混凝土。组装上、中、下立杆和底座，装配成一体，将底座平板摆平，浇灌碎石混凝土，组装迥转体（含发电机）与尾翼，使其转动灵活。拉起立杆，挂好拉线地锚，调法兰螺丝，使立杆趋于垂直，但不得使拉绳过紧，立杆与水平面基本垂直。把电缆贯穿立杆管内与发电机的输出线在接线板上连接。检查拉绳松动脱节。最后在法兰螺丝螺纹杆上涂上黄油。用专用的蓄电池连接线，将蓄电池与逆变器相连好，正负极不得接反，接头处不得松动，以免通电时打火或发热。蓄电池连接线端涂一层黄油。装好泄荷分流负载箱，直接与控制逆变器的分流接线柱连线。将风力发电机的输出线连接到逆变器的输入接线柱上。风力发电机输出电缆室外部分宜埋入地下，或放在电缆沟内。按厂家提供的线路图连接好线路及用电器，只要打开逆变器工作开关即可试运行。,机组安装,升起拉线和锚在较低的位置能用上最大的力量,,,对千瓦级机组，可以使用手板葫芦，因为它可以自锁,机头构件叶轮由叶片、轮瑴、机头罩组成机舱包括发电机、迴转体轴承，滑环和发电机引线组构成尾翼由尾杆、尾板、斜销、轴等组成,,,,,,,,,,,,,100W风力发电系统分解图,注意事项为安全起见不可在有风时安装或松解拉绳放到风力机。此外须知如下风力机要架设在风力通畅，无障碍物遮挡风的地点。经常检查立杆及拉线，若有松动脱节应及时排除，防止倒机。风轮转速较高，不可在机下站立。风力机运转中出现异常响声和振动时或大风雨过后，应停机检查。当蓄电池亏电时，逆变器自动断开，在带冰箱负载时，应稍停3～5分钟再起动。,电气系统接线时必须首先接通蓄电池组，再接通发电机输出线，断开时应先断开发电机输出线，再断开蓄电池组连接线。逆变器上的红色关机开关通常在开机位置，当蓄电池组已充足电和为了防御灾害性强暴风吹袭做临时关机使用，只准在风轮转速缓慢时拨到关机位置，不允许在风大风轮转速高时去拨动开关。拆卸风轮a、卸下机头罩b、卸下电机轴端的M16螺母和垫圈c、使用随机专用工具，先将套筒旋到风轮毂上，然后拧入M16螺丝顶，用扳手旋进即将风轮顶下。d、可更换叶片或检修发电机。,蓄电池安装时注意,安装前用万用表逐只检查电池电压是否均衡。蓄电池可在环境温度-15℃-45℃范围内工作，但在20℃-25℃之间，蓄电池使用寿命最长。温度升高将缩短电池寿命，蓄电池应远离热源如暖气和易产生火花的地方，且安全距离应大于1米。蓄电池应避免阳光直射。蓄电池室能通风，地面应有足够的承载能力。蓄电池在搬运、安装过程中必须小心，防止短路。蓄电池立放安装使用，不可卧放安装使用，更不可倒置。,蓄电池组电压较高，在安装、测试、维护过程中应使用绝缘工具，以防电击。灌注电解液时防止伤人，灌后放置24小时，降至室温后再使用。补充水只能加补充液，不可加电解液或不干净的水。蓄电池组与充电机或负载连接前，一定检查电池组的总电压及正负极性是否与理论值相符。安装结束后，投入使用前需充电，如果投入使用时距出厂日期不足三个月，通常不必补充充电。,五、小型风力发电机组的维护与保养,为确保风力发电机组正常运转，必须对其进行日常维护保养和定期维护保养。,1.日常维护保养，检查风力发电机组的各个部件，通过看、听、查，发现问题，及时排除。,,,日常维护保养的项目表,定期维护保养，小型风力发电机组运转半年或一年后，应进行一次全面的检修，对各廻转部件进行润滑保养。定期维护保养包括对各紧固部位、连接部位进行一次全面检修对发电机润滑保养对基座廻转体的润滑保养,蓄电池的使用与维护,正确的使用、维护与保养，可以大大延长其使用寿命。一般应注意以下几点蓄电池使用前必须先进行充电，充满电后才能接入负荷开始使用，充电方法可按20小时充、放电率进行。使用蓄电池时，必须注意蓄电池的正、负极，其正、负极应分别与逆变控制器标有正、负的接线柱相连接，绝对不得接反。必须紧固，不得松动，以免通电时接头处发热或打火。蓄电池的接线端应涂一层黄油或蜡，以免接头处腐蚀、生锈。如果厂家配有塑料罩，应将塑料罩盖紧，不得随意取下。,在使用过程中，应定期进行电解液液面高度及电解液密度的检查，电解液的液面应始终保持在最高（max）和最低（min）之间。一般15～20天检查一次。当发现蓄电池电瓶液面降低时，如果是因为蒸发造成的，则应加蒸馏水或补充液，加至规定的液面高度；如果液面降低是因电解液外漏造成的，应添加专用的电解液。由于使用时的环境温度和湿度不同，加水的时间间隔也不同，铅酸蓄电池一般加水的时间间隔为3～6个月或更长一些时间。在不同气候和环境温度及充电电流值的大小条件下，蓄电池所需的电解液密度是不同的（主要决定充电电流的大小）。在正常情况下，一般电解液的密度在1.272～1.285之间。,六、风力发电机组的故障及排除,七、风力发电实景照片1）,风力发电实景照片（2）,风力发电实景照片（3）,风力发电实景照片（4）,风力发电实景照片（5）,风力发电实景照片（6）,风力发电实景照片（7）,风力发电实景照片（8）,（9）南极科考中山站,（10）风光互补,（11）风光互补,（12）风光互补,（13）街灯,谢谢中国农村能源行业协会小型电源专业委员会李德孚电话010-8162181113651108245传真010-58372365E-maillidefu190,