風電基礎知識培訓目錄第一章風能開發的意義第二章

風能的技術原理第三章風力發電機組第四章

風機的吊裝與調試第一章風能開發的意義風能是一種干凈的自然能源，沒有常規能源（如煤電，油電）與核電會造成環境污染的問題。平均每裝一臺單機容量為1兆瓦的風能發電機，每年可以減排2000噸二氧化碳（相當于種植1平方英里的樹木）、10噸二氧化硫、6噸二氧化氮。風能產生1兆瓦小時的電量可以減少0.8到0.9噸的溫室氣體，相當于煤或礦物燃料一年產生的氣體量。而且風機不會危害鳥類和其它野生動物。在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下，風能作為一種高效清潔的新能源有著巨大的發展潛力．第一章風能開發的意義發展風力發電具有什么優勢？風電技術日趨成熟，產品質量可靠，可用率已達95%以上，已是一種安全可靠的能源，風力發電的經濟性日益提高，發電成本已接近煤電，低于油電與核電，若計及煤電的環境保護與交通運輸的間接投資，則風電經濟性將優于煤電。風力發電場建設工期短，單臺機組安裝僅需幾周，從土建、安裝到投產，只需半年至一年時間，是煤電、核電無可比擬的。投資規模靈活，有多少錢裝多少機。對沿海島嶼，交通不便的邊遠山區，地廣人稀的草原牧場，以及遠離電網和近期內電網還難以達到的農村、邊疆來說，可作為解決生產和生活能源的一種有效途徑．第一章風能開發的意義什么是風能？風能就是空氣的動能,是指風所負載的能量，風能的大小決定于風速和空氣的密度。風能來源于何處？

風的能量是由太陽輻射能轉化來的，太陽每小時輻射地球的能量是174,423,000,000,000千瓦，換句話說，地球每小時接受了1.74x10^17瓦的能量。風能大約占太陽提供總能量的百分之一，二，太陽輻射能量中的一部分被地球上的植物轉換成生物能，而被轉化的風能總量大約是生物能的50～100倍。

第一章風能開發的意義全球風能總量有多大？

全球的風能約為2.74×109MW，其中可利用的風能2×710MW，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。我國風能總量有多少？

我國10米高度層的風能資源總儲量為32.26億千瓦，其中實際可開發利用的風能資源儲量為2.53億千瓦。而據估計，中國近海風能資源約為陸地的3倍，所以，中國可開發風能資源總量約為10億千瓦。其中青海、甘肅、新疆和內蒙可開發的風能儲量分別為1143萬千瓦、2421萬千瓦、3433萬千瓦和6178萬千瓦，是中國大陸風能儲備最豐富的地區。第一章風能開發的意義第二章風能的技術原理

風的產生太陽的輻射造成地球表面受熱不均，引起大氣層中壓力分布不均，空氣沿水平方向運動形成風。所以，風就是水平運動的空氣。空氣產生運動主要是由于地球上各緯度所接受的太陽輻射強度不同而形成的。在赤道和低緯度地區，太陽高度角大，日照時間長，太陽輻射強度強，地面和大氣接受的熱量多、溫度較高；在高緯度地區太陽高度角小，日照時間短，地面和大氣接受的熱量小，溫度低。這種高緯度與低緯度之間的溫度差異，形成了南北之間的氣壓梯度，使空氣作水平運動。地球在自轉，使空氣水平運動發生偏向的力，所以地球大氣運動除受氣壓梯度力外，還要受地轉偏向力的影響。大氣真實運動是這兩種力綜合影響的結果。第二章風能的技術原理

地形對風有什么影響？

山谷和海峽能改變氣流運動的方向，還能使風速增大，而丘陵、山地會因為摩擦而使風速減小，孤立的山峰會因海拔高而使風速增大.風的基本參數風速：風的大小常用風的速度來衡量，風速是單位時間內空氣在水平方向上所移動的距離。是計算在單位時間內風的行程，常以m/s，km/h，mile/h等來表示風向：風吹過來的方向。通常說的西北風、南風等即表明的就是風向。陸地上的風向一般用16個方位觀測。即以正北為零度，順時針每轉過22.5度為一個方位。第二章風能的技術原理

風功率如何計算？

風的能量指的是風的動能。特定質量的空氣的動能可以用下列公式計算。能量=1/2*M*V^2吹過特定面積的風的功率可以用下列公式計算。功率=1/2*空氣密度*面積*(速度)^3在海平面高度和攝氏15度的條件下，干空氣密度為1.225千克/立方米。空氣密度隨氣壓和溫度而變。隨著高度的升高，空氣密度也會下降。于上述公式中可以看出，風功率與速度的三次方〔立方〕成正比，并與風輪掃掠面積成正比。不過實際上，風輪只能提取風的能量中的一部分，而非全部。第二章風能的技術原理

風力發電機的工作原理:現代風力發電機采用空氣動力學原理，就像飛機的機翼一樣。風并非"推"動葉輪葉片，而是吹過葉片形成葉片正反面的壓差，這種壓差會產生升力，令葉輪旋轉并不斷橫切風流。風力發電機的葉輪并不能提取風的所有功率。根據Betz定律，理論上風電機能夠提取的最大功率，是風的功率的59.6%。大多數風電機只能提取風的功率的40%或者更少。葉片的空氣動力學知識安裝角槳葉剖面上的翼弦線與葉片旋轉平面的夾角，又稱槳距角。風能最大利用系數通過貝茨理論可以得出，風能的最大利用系數是59.3%P=ρ－空氣密度

V∞

－風速

Ad－葉輪掃掠面積

CP

－功率系數，Betz極限為0.593第二章風能的技術原理

風力發電機的功率曲線在風速很低的時候，風電機風輪會保持不動。當到達切入風速時（通常每秒3到4米），風輪開始旋轉并牽引發電機開始發電。隨著風力越來越強，輸出功率會增加。當風速達到額定風速時，風電機會輸出其額定功率。之后輸出功率會保留大致不變。當風速進一步增加，達到切出風速的時候，風電機會剎車，不再輸出功率，為免受損。第二章風能的技術原理

風力發電機的性能可以用功率曲線來表達。功率曲線是用作顯示在不同風速下（切入風速到切出風速）風電機的輸出功率。為特定地點選取合適的風力發電機，一般方法是采用風電機的功率曲線和該地點的風力資料以進行產電量估算。第三章風力發電機組風力發電機組的分類及各自特點：風力發電機組主要由兩大部分組成：風力機部分――它將風能轉換為機械能；發電機部分――它將機械能轉換為電能。第三章風力發電機組根據風機這兩大部分采用的不同結構類型、以及它們分別采用的技術方案的不同特征，再加上它們的不同組合，風力發電機組可以有多種多樣的分類。1.如依風機旋轉主軸的方向（即主軸與地面相對位置）分類，可分為：“水平軸式風機”――轉動軸與地面平行，葉輪需隨風向變化而調整位置；“垂直軸式風機”――轉動軸與地面垂直，設計較簡單，葉輪不必隨風向改變而調整方向。第三章風力發電機組水平軸式風機垂直軸式風機第三章風力發電機組按照槳葉數量分類可分為“單葉片”﹑“雙葉片”﹑“三葉片”和“多葉片”型風機；葉片的數目由很多因素決定，其中包括空氣動力效率、復雜度、成本、噪音、美學要求等等。大型風力發電機可由1、2或者3片葉片構成。第三章風力發電機組按照風機接受風的方向分類，則有“上風型”――葉輪正面迎著風向（即在塔架的前面迎風旋轉）和“下風向型”――葉輪背順著風向，兩種類型。上風向風機一般需要有某種調向裝置來保持葉輪迎風。而下風向風機則能夠自動對準風向,從而免除了調向裝置。但對于下風向風機,由于一部分空氣通過塔架后再吹向葉輪,這樣,塔架就干擾了流過葉片的氣流而形成所謂塔影效應,使性能有所降低。第三章風力發電機組按照功率傳遞的機械連接方式的不同，可分為“有齒輪箱型風機”和無齒輪箱的“直驅型風機”。有齒輪箱型風機的槳葉通過齒輪箱及其高速軸及萬能彈性聯軸節將轉矩傳遞到發電機的傳動軸,聯軸節具有很好的吸收阻尼和震動的特性，可吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移，并且聯軸器可阻止機械裝置的過載.第三章風力發電機組而直驅型風機則另辟蹊徑，配合采用了多項先進技術，槳葉的轉矩可以不通過齒輪箱增速而直接傳遞到發電機的傳動軸，使風機發出的電能同樣能并網輸出。這樣的設計簡化了裝置的結構，減少了故障幾率，優點很多，現多用于大型機組上。

第三章風力發電機組根據按槳葉接受風能的功率調節方式可分為：“定槳距（失速型）機組”――槳葉與輪轂的連接是固定的。當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化。由于定槳距（失速型）機組結構簡單、性能可靠，在20年來的風能開發利用中一直占據主導地位。“變槳距機組”――葉片可以繞葉片中心軸旋轉，使葉片攻角可在一定范圍內（一般０－９０度）調節變化，其性能比定槳距型提高許多，但結構也趨于復雜，現多用于大型機組上。第三章風力發電機組根據風力發電機組的發電機類型分類，可分為兩大類：“異步發電機型”“同步發電機型”異步發電機按其轉子結構不同又可分為：（1）籠型異步發電機――轉子為籠型。由于結構簡單可靠、廉價、易于接入電網，而在小、中型機組中得到大量的使用；（2）繞線式雙饋異步發電機――轉子為線繞型。定子與電網直接連接輸送電能，同時繞線式轉子也經過變頻器控制向電網輸送有功或無功功率。同步發電機型按其產生旋轉磁場的磁極的類型又可分為：（1）電勵磁同步發電機――轉子為線繞凸極式磁極，由外接直流電流激磁來產生磁場。（2）永磁同步發電機――轉子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極，通常為低速多極式，不用外界激磁，簡化了發電機結構，因而具有多種優勢。第三章風力發電機組如根據風機的額定功率化分，一般可分為：微型機：10kW以下小型機：10kW至100kW中型機：100kW至1000kW大型機：1000kW以上（MW級風機）第三章風力發電機組風力機的組成風機是將風能轉化為電能的機構。通常是有風輪、變槳系統、主軸、齒輪箱、發電機、液壓系統、主控系統、偏航系統、底座、機艙和塔架組成。第三章風力發電機組THANKYOUSUCCESS2023/2/229可編輯風力機組的邏輯關系風力機的工作原理

風機是通過葉輪捕獲風能，把風能轉化為機械能，再通過齒輪箱的增速，最后由發電機把機械能轉化為電能。

風電機組的結構和部件風輪風輪是獲取風中能量的關鍵部件，由葉片和輪轂組成變槳系統介紹作用：葉片在不同的風速時，通過改變葉片的槳距角，使葉片處于最佳的吸收風能的狀態，當風速超過切出風速時，使葉片順槳剎車。主軸每個風力發電機組都有一個主軸，有時稱低速軸或者葉輪軸。主軸是連接葉輪和齒輪箱的聯動軸，它從葉輪傳遞扭矩到其他部件上，同時還支撐著葉輪。它通常由鋼材組成。齒輪箱功能：增速通常風輪的轉速很低，遠達不到發電機發電所要求的轉速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實現，故也將齒輪箱稱之為增速箱。齒輪箱是通常是機組中最貴和最重要的部件之一。通常由專業廠商制造。主要的兩種分類：平行軸式行星式齒輪箱體采用球鐵鑄造而成，齒輪箱的負荷及壓力通過齒輪箱兩側的支撐傳到塔架和基礎，該支撐為強力橡膠結構，可以降低風電機組的噪音和震動。在齒輪箱后部的高速軸上安裝有剎車盤，其連接方式是采用脹緊式聯軸器；液壓制動器通過螺栓緊固在齒輪箱體上；齒輪箱高速軸通過柔性連接與發電機軸連接。液壓系統主要組成部分：液壓系統主要由液壓泵站，電磁元件，儲能元件，連結管路線組成，用于偏航剎車系統及轉子剎車提供動力源。功能介紹：通過提供工作壓力和釋放壓力控制偏航制動器的制動和釋放通過提供工作壓力和釋放壓力控制轉子制動器的制動和釋放偏航系統采用主動對風齒輪驅動形式，與控制系統相配合，使葉輪始終處于迎風狀態，充分利用風能，提高發電效率。提供必要的緊鎖力矩，以保障機組安全運行。偏航主要零部件偏航電機及減速機構偏航大齒圈及軸承接近開關風速風向儀偏航系統：為了讓葉輪能自然地對準風向,通常風機都會采用調向裝置,對大型風力發電機組而言,一般采用的是電動機驅動的風向跟蹤系統。偏航系統：整個偏航系統由電動機及減速機構、偏航調節系統和扭纜保護裝置等部分組成。偏航調節系統包括風向標和偏航系統調節軟件。偏航系統：風向標對應每一個風向都有一個相應的脈沖輸出信號,通過偏航系統軟件確定其偏航方向和偏航角度,然后將偏航信號放大傳送給電動機,通過減速機構轉動風力機平臺,直到對準風向為止。聯軸器連接齒輪箱和發電機轉子的在彎曲方向柔性、旋轉方向剛性的連接

發電機發電機將風輪的機械能轉換為電能，分為異步發電機和同步發電機兩種。當風速增加使齒輪箱高速輸出軸轉速達到異步發電機同步轉速時，機組并人電網，向電網送電。風速繼續增加，發電機轉速也略為升高，增加輸出功率。達到額定風速后，由于風輪的調節，穩定在額定功率不再增加。反之風速減小，發電機轉速低于同步轉速時，則從電網吸收電能，處于電動機狀態，經過適當延時后應脫開電網。控制和安全系統控制系統包括控制和監測兩部分，控制部分又分為手動和自動。運行維護人員可在現場根據需要進行手動控制，自動控制應該在無人值守的條件下實施運行人員設置的控制策略，保證機組正常安全運行。監測部分將各種傳感器采集到的數據送到控制器，經過處理作為控制參數或作為原始記錄儲存起來，在機組控制器的顯示屏上可以查詢，也要送到風電場中央控制室的電腦系統，通過網絡或電信系統現場數據還能傳輸到業主所在城市的辦公室。安全系統要保證機組在發生非常情況時立即停機，預防或減輕故障損失，關鍵部件采用了“失效-保護”的設計原則。如制動系統的葉尖制動片在運行時是利用液壓系統的高壓油保持葉尖制動片與葉片外形組合成一個整體，同時保持機械制動器的制動鉗處于松開