风能发电的原理详情介绍

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风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,下面我们一起来看看风能发电的原理详情介绍。

    风能发电的原理详情介绍

    1.原理

    把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,这就是风力发电。风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风车技术,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。

    2.风力发电装置组成

    风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。(大型风力发电站基本上没有尾舵,一般只有小型(包括家用型)才会拥有尾舵)

    2.1风轮

    风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。(现在还有一些垂直风轮,s型旋转叶片等,其作用也与常规螺旋桨型叶片相同)

 

    由于风轮的转速比较低,而且风力的大小和方向经常变化着,这又使转速不稳定;所以,在带动发电机之前,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,再加一个调速机构使转速保持稳定,然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率,还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。

    2.2铁塔

    铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高,为的是获得较大的和较均匀的风力,又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况,以及风轮的直径大小而定,一般在6-20米范围内。

    2.3发电机

    发电机的作用,是把由风轮得到的恒定转速,通过升速传递给发电机构均匀运转,因而把机械能转变为电能。

    二、风电场组成

    1.风电机群

    2.集电部分

    3.升压变电站(陆上可能多于一级升压,海上可能有集控中心)

    升压变压器

    无功补偿装置(电容器、电抗器、静止无功补偿装置、滤波器)

    4.风电场管理系统

    三、风力发电系统示意图

    由风电机群组成的风电场A、升压变电站B和输电线路L组成的并网型风力发电系统,是将风电电力通过PCC节点送入电力网络,再供给用户。PCC节点是风电场与电网的连接点,又称公共连接点。通常在升压变电站出口第一个电杆位置,有时也可设置在线路的末端。

    四、风电机组的结构、原理及组成部件

    4.1结构

    它通常由风轮(含叶片、轮毂等)、传动系统(主轴、主轴承、齿轮箱和连接轴、机械刹车)、偏航系统、电气系统(发电机、控制系统、电容补偿柜和变压器)和机舱等组成。

    4.2原理

    首先通过风轮把风能转换为机械能,进而借助于发电机再把机械能转化为电能。由于风轮的转速一般比较低(每分钟几转到数十转),而发电机的转速通常很高(一般每分钟超过1000转),因此需要通过齿轮箱变速。

    4.3组成部件

    由桨叶,轮毂,主轴,桨距调节机构(电动伺服机构),偏航机构(电动伺服机构),刹车、制动机构,风速传感器,发电机,并网开关,软并网装置,变频器,控制系统,无功补偿设备主变压器,转速传感器组成。

    5、风电机组用异步机的特性曲线

    异步机在超同步状态下(发电机)与次同步状态下(电动机)的电磁转矩是反向的;无功功率无论在超同步还是次同步状态随着转差绝对值的增加而增加,输出的有功功率越大、转速越高时,其吸收的无功功率就越大。

    看看西门子工程师的解读

    机舱:机舱包容着风力发电机的关键设备,包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子,即转子叶片及轴。

    转子叶片:捉获风,并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上,每个转子叶片的测量长度大约为20米,而且被设计得很像飞机的机翼。

    轴心:转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。

    低速轴:风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上,转子转速相当慢,大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管,来激发空气动力闸的运行。

    齿轮箱:齿轮箱左边是低速轴,它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。高速轴及其机械闸:高速轴以1500转每分钟运转,并驱动发电机。它装备有紧急机械闸,用于空气动力闸失效时,或风力发电机被维修时。

    发电机:通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上,最大电力输出通常为500至1500千瓦。偏航装置:借助电动机转动机舱,以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作,电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风力发电机偏航。通常,在风改变其方向时,风力发电机一次只会偏转几度。

    电子控制器:包含一台不断监控风力发电机状态的计算机,并控制偏航装置。为防止任何故障(即齿轮箱或发电机的过热),该控制器可以自动停止风力发电机的转动,并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。

    液压系统:用于重置风力发电机的空气动力闸。

    冷却元件:包含一个风扇,用于冷却发电机。此外,它包含一个油冷却元件,用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷(www.isoyu.com原创版权)发电机。

    塔:风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势,因为离地面越高,风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔,也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全,因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。