风能(第二章)(2010).ppt

风风 能能 华中科技大学华中科技大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院风风能资源能资源背景背景 风能是太阳能转换的一种形式，是一种风能是太阳能转换的一种形式，是一种重要的自然资源。据有重要的自然资源。据有关专关专家估家估计计，全，全球一年中约为球一年中约为1.4101.4101616千瓦时电力能力，千瓦时电力能力，相当于目前全世界每年所燃烧能量的相当于目前全世界每年所燃烧能量的30003000倍。倍。可利用的风能比地球上可开发可利用的风能比地球上可开发利用的水能总量还要大利用的水能总量还要大10 10 倍。倍。加加强强可再生能源的使用可再生能源的使用加加强强可可再再生生能能源源的的使使用用，能能使使气气候候得得到到保保护护和和改改善善，也也才才能能使使我我们们地地球球上上的的生生命命质质量量得得以以保保证证。不不管管怎怎样样，近近几几十十年年以以来来，风风力力发发电电和和水水能能等等可可再再生生能能源源的的运运用用已已成成为为我我们们科科技技和和文文化化内内容容的的一一部部分。分。加強可再生能源的使用加強可再生能源的使用 新新能能源源的的技技术术进进程程非非常常快快，特特别别是是在在风风能能领领域域。现现代代的的风风力力发发电电机机的的运运作作是是有有效效和和无无噪噪音音的的：仅仅一一个个1,500kW1,500kW的的风风力力发发电电机机发发电电量量就就能能供供给给1,0001,000户户家家庭庭的的用用电电或或铁铁路路公公司司两两台台发发动动机机的的用用电电量量。在在今今天天的的德德国国Schleswig-Holstein,Schleswig-Holstein,15%15%电电力力供供应应来来自自于于风风力力电电，在在NordfrieslandNordfriesland地地区，大约有区，大约有70%70%的电来自于风力发电。的电来自于风力发电。加强可再生能源的使用加强可再生能源的使用在在20202020年年的的德德国国将将用用25,00025,000台台风风力力发发电电机机的的发发电电量量供供应应全全国国用用电电量量的的30%30%。到到20302030年年，丹丹麦麦全全国国50%50%的的用用电电量量将将由由风风力力发电供给发电供给。全球风电装机容量分布全球风电装机容量分布全球风电装机容量分布全球风电装机容量分布资料来源：GWEA，海通证券研究所20062006年欧洲风电装机占比由年欧洲风电装机占比由年欧洲风电装机占比由年欧洲风电装机占比由69.4%69.4%下降至下降至下降至下降至65.4%65.4%，美洲和亚太地区占，美洲和亚太地区占，美洲和亚太地区占，美洲和亚太地区占比迅速上升比迅速上升比迅速上升比迅速上升,其中中国和印度是亚洲风电增长的主要地区其中中国和印度是亚洲风电增长的主要地区其中中国和印度是亚洲风电增长的主要地区其中中国和印度是亚洲风电增长的主要地区全球风电装机容量增长趋势全球风电装机容量增长趋势全球风电装机容量增长趋势全球风电装机容量增长趋势资料来源：GWEA，海通证券研究所风及风能风及风能风的形成风的形成风的变化风的变化风力等级风力等级风风能特点能特点风的形成风的形成 地球上任何地方都在吸收太阳的热量，地球上任何地方都在吸收太阳的热量，但是由于地面每个部位受热的不均匀性，但是由于地面每个部位受热的不均匀性，空气的冷暖程度就不一样，于是，暖空空气的冷暖程度就不一样，于是，暖空气膨胀变轻后上升；冷空气冷却变重后气膨胀变轻后上升；冷空气冷却变重后下降，这样冷暖空气便产生流动，形成下降，这样冷暖空气便产生流动，形成了风。而且由于地球自转、公转的力量了风。而且由于地球自转、公转的力量及地形之不同也更加强风力和风向之变及地形之不同也更加强风力和风向之变化多端。化多端。地球上风的运动方向地球上风的运动方向 在转动参考系内作匀速运动的质点，除受惯性离心力个，还受另一种虚拟力科里奥利力科里奥利力。科里奥利 1792-1843关于科里奥利力关于科里奥利力我们先从一个简单的例子说起。如图：设在以角速度沿逆时针方向转动的水平圆盘上，有A，B两点，O为圆盘中心，且有OAOB，在A点以相对于圆盘的速度V沿半径方向向B点抛出一球。如果圆盘是静止的，则经过一段时间 t=（OAOB）/V后，球会到达B，但结果是球到达了B转动的前方一点B，对这个现象可如下分析，由于圆盘在转动，故球离开A的时，除了具有径向速度V外，还具有切向速度V1，而B的切向速度为V2，由于B的位置靠近圆心，所以V1V2，在垂直于AB的方向上，球运动得比B远些。这是在盘外不转动的惯性系观察到的情形。ABOB引例引例 对于以圆盘为参考系的B，他只看到A以初速度向他抛来一球，但球并未沿直线到达他，而是向球球运动的前方的右侧偏去了，这一结果的分析发现，地球在具有径向初速度V的同时，还具有了垂直于这一方向而向右的加速度a，应用牛顿第二定律对于加速度的解释，既然球出手后在水平方向上没有受到“真实力”的作用，那么球一定受到了一个垂直于速度V而向右的惯性力Fc。这种在转动参考系中观察到的运动物体（由于转动参考系中各点的线速度不同而产生）的加速现象中科里奥利效应，产生此效应的虚拟的惯性力叫科里奥利力。利用此例可导出科里奥利力的定量公式。以转动系为参考系，球从A到达B的时间是t=（OAOB）/V在t时间内球偏离AB的距离BB=（V1V2）t=（OAOB）t=V在t很小的情况下，可以认为沿BB的运动是匀加速运动而初速为0，以a表示以加速度应用BB=1/2 a ，与上一结果比较可得：a=2V。在此转动参考系内形式地应用牛顿第二定律，可得科里奥利力大小为FC=ma=2m V在此例中，圆盘沿逆时针方向转动，科里奥利力方向指向质点运动的右方。同理，如果圆盘沿顺时针方向转动，则科里奥利力的方向指向质点运动的左方。一般地可以证明，当质量为一般地可以证明，当质量为m m的质点相对的质点相对于转动参考系（角速度矢量为于转动参考系（角速度矢量为）的速）的速度为度为V V时，则在转动参考系内观察到的科时，则在转动参考系内观察到的科里奥利力为里奥利力为Fc=2m V 。赤道与南北纬30度之间的大气环流系统北纬30度至60度之间的大气环流系统北纬60度至北极之间的大气环流系统全球大气环流示意白白昼昼海陆风海陆风 夜间陆海风夜间陆海风 增温快增温快增温快增温快（热源）（热源）（热源）（热源）增温快增温快增温快增温快（热源）（热源）（热源）（热源）增温慢增温慢增温慢增温慢（冷源）（冷源）（冷源）（冷源）谷风谷风谷风谷风山谷风谷谷风风的的形形成成山谷风降温快降温快降温快降温快（冷源）（冷源）（冷源）（冷源）降温快降温快降温快降温快（冷源）（冷源）（冷源）（冷源）降温慢降温慢降温慢降温慢（热源）（热源）（热源）（热源）山风山风山风山风山山风风的的形形成成风向和风速风向和风速 在气象上，风常指空气的水平运动，并在气象上，风常指空气的水平运动，并用风向、风速（或风力）來表示。风向用风向、风速（或风力）來表示。风向指风的來向，一般用指风的來向，一般用1616个方位或个方位或360360度來度來表示。以表示。以360360度表示时，由北起按顺时針度表示时，由北起按顺时針方向量度。风速指的是单位时间內空气方向量度。风速指的是单位时间內空气的行程，常以米的行程，常以米/秒、公里秒、公里/小时、海里小时、海里/小时來表示。小时來表示。风能密度风能密度 风是空气的水平运动。我们把空气运动风是空气的水平运动。我们把空气运动产生的动能称为产生的动能称为“风能风能”。空气在一秒。空气在一秒钟时间里以钟时间里以V V速度流过单位面积产生的动速度流过单位面积产生的动能称为能称为“风能密度风能密度”。风能的计算风能的计算风能密度的计算公式：风能密度的计算公式：风能风能=0.5=0.53 3A A风能密度风能密度W=W=（NNi ii i3 3）/（2N2N）式中式中WW平均风能密度，平均风能密度，W/mW/m2 2i i等级风速，等级风速，m/sm/sNiNi等级风速等级风速i i出现的次数出现的次数N N各等级风速出现的总次数各等级风速出现的总次数空气密度，空气密度，kgkg/m/m3 3风的变化风的变化 风随时间的变化风随时间的变化风随高度的变化风随高度的变化 风的随机性变化风的随机性变化通过截面积的风所含的能量，常通过截面积的风所含的能量，常以以W/mW/m2表示。表示。风能密度与空气密度有直接关风能密度与空气密度有直接关系系;一般，海边地势地，气压高，一般，海边地势地，气压高，空气密度大，风能密度就高。高空气密度大，风能密度就高。高山气压低，空气稀薄，风能密度山气压低，空气稀薄，风能密度就小些就小些;如果高山风速大、气温低仍有如果高山风速大、气温低仍有相当大的风能潜力。相当大的风能潜力。风力等级表风力等级表 注：本表所列风速是指平地上离地注：本表所列风速是指平地上离地1010米处的风速值米处的风速值 风能特点四大优点：1)蕴量巨大；2)可以再生；3)分布广泛；4)没有污染。三大弱点：1)密度低由于风能来源于空气的流动，而空气的密度是很小的，因此风力的能量密度也很小，只有水力的1/1000。风能特点三大弱点：2）不稳定由于气流瞬息万变，因此风的脉动、日变化、季变化以至年际的变化都十分明显，波动很大，极不稳定。3）地区差异大由于地理位置和地形的影响，风力的地区差异非常明显。即使在一个邻近的区域，有利地形下的风力，往往是不利地形下的几倍甚至几十倍。风能利用 风能利用风能利用 风能是利用风力机将风能转化为电能、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，用于热能、机械能等各种形式的能量，用于发电、提水、助航、制冷和制热等。发电、提水、助航、制冷和制热等。风力发电常用方式风力发电常用方式 一、一、独立运行方式独立运行方式二、风力发电与其他发电方式相结合二、风力发电与其他发电方式相结合三、风力发电并入常规电网运行三、风力发电并入常规电网运行那种最佳？风力发电系统的种类风力发电系统的种类并网的风电系统并网的风电系统l涡轮风机产生电力涡轮风机产生电力进入交流变频系统进入交流变频系统转换为交流电网频率的交流电转换为交流电网频率的交流电进入电网进入电网l由于风电的输出功率不稳定由于风电的输出功率不稳定风电场装机风电场装机容量占所接入电网的比例不宜超容量占所接入电网的比例不宜超5%-10%，且且电网需配备一定的备用负荷电网需配备一定的备用负荷独立的风电系统独立的风电系统向用电负荷供电向用电负荷供电风力发电风力发电逆变器逆变器直流电直流电蓄电池蓄电池混合型风电系统混合型风电系统l风力发电风力发电+柴油机发电柴油机发电l风力风力+（水电解制氢（水电解制氢+氢能发电）氢能发电）风风力力发发电电风力发电风力发电 太阳辐射到地球之能量中的太阳辐射到地球之能量中的2%2%变成风力，变成风力，其中其中0.1%0.1%可供为风力发电之用，因此只可供为风力发电之用，因此只要充分利用风力的要充分利用风力的2%2%左右即可够人类中左右即可够人类中所需，风力发电的风能收集器是风车叶所需，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，可带动发电机发电，且能够供应全国，可减少石油燃料的消耗减少石油燃料的消耗。风力发电风力发电风力发电是可再生能源发电中增长速度风力发电是可再生能源发电中增长速度最快、最有商业化前景的产业。据欧洲最快、最有商业化前景的产业。据欧洲风能协会风能协会19991999年年1010月的一项报告预测，月的一项报告预测，到到20202020年，风力发电将提供世界电力需年，风力发电将提供世界电力需求的求的10%10%，创造，创造170170万个就业机会，并在万个就业机会，并在全球范围內减少全球范围內减少100100多亿吨二氧化碳废气多亿吨二氧化碳废气 。PHOTOVOLTAIC CELLS全球的风电发展全球的风电发展 鉴鉴于于八八十十年年代代的的石石油油危危机机，许许多多欧欧洲洲国国家家开开始始寻寻求求出出路路，最最积积极极的的是是丹丹麦麦，自自八八十十年年代代开开始始热热衷衷的的支支援援风风力力发发电电，德德国国是是自自一一九九九九一一年年开开始始立立法法(规规定定风风电电电电价价为为最最终终用用户户价价格格的的百百分分之之九九十十)，随随后后也有风起云涌的发展。也有风起云涌的发展。全球的风电发展全球的风电发展 年，世界首台风力发电机由丹麦年，世界首台风力发电机由丹麦 教授研制成功，单机容量千瓦。现教授研制成功，单机容量千瓦。现在（在（15001500）千瓦级的机组已成）千瓦级的机组已成为风力发电的主力机组，（为风力发电的主力机组，（50005000）千）千瓦级的机组已商品化。将许多台风力发电机集瓦级的机组已商品化。将许多台风力发电机集中安装在一片土地上，称风力发电场，简称风中安装在一片土地上，称风力发电场，简称风电场。中国新疆达阪城风电场，总装机容量电场。中国新疆达阪城风电场，总装机容量万千瓦万千瓦。全球的风电发展全球的风电发展 2006 年全球风电新增装机容量超过1500 万kW，为历史上新增容量最多的年份，比2005 年的年度新增容量增长了32%，到2006 年底，全球风电装机总容量从2005 年的5909 万kW 增加到7422 万kW(30(30个核电厂个核电厂)，比2005 年增长25.6%。2008年世界风电新增装机容量为2706万千瓦，累计装机突破1亿千瓦，达到1.2亿千瓦，增长速度为28.8%。欧洲、北美和亚洲是世界风电发展的三大主要市场，2008年当年新增装机容量分别是887.7、888.1和858.9万千瓦，占世界风电装机总量的95%以上。全球的风电发展全球的风电发展 在工业化国家，在工业化国家，0 01 1万千瓦的风电即可万千瓦的风电即可满足满足350350户、近户、近10001000人的电力需求，而人的电力需求，而23302330万千瓦电力便可满足万千瓦电力便可满足23002300万人万人相当于丹麦、芬兰、挪威和瑞典总人口相当于丹麦、芬兰、挪威和瑞典总人口的电力需求。的电力需求。丹麦风能相当于两个核电站丹麦风能相当于两个核电站 19991999年丹麦生产的风年丹麦生产的风力发电机力发电机，发电功，发电功率达率达18001800兆瓦，相当于两座核电站；风兆瓦，相当于两座核电站；风电电产值达产值达1515亿美元，占世界风亿美元，占世界风电电市场的市场的一半。世界一半。世界1010大风大风力机力机生产厂家有生产厂家有5 5家在家在丹麦，世界丹麦，世界6060以上的风以上的风力机力机制造厂都制造厂都使用丹麦的技术。使用丹麦的技术。丹麦风能相当于两个核电站丹麦风能相当于两个核电站在丹麦，随风转动的乳白色三叶发电风轮随处在丹麦，随风转动的乳白色三叶发电风轮随处可见。世人常说荷兰是风车王国，但若以现代可见。世人常说荷兰是风车王国，但若以现代发电风车而论，发电风车而论，“风车王国风车王国”的桂冠当属丹麦。的桂冠当属丹麦。全球开发利用风电的国家约全球开发利用风电的国家约50 50 个，而丹麦是个，而丹麦是其中的成功典型。在这个只有其中的成功典型。在这个只有500500万人口、万人口、4.3 4.3 万平方公里的国土上，风车的数量却高达万平方公里的国土上，风车的数量却高达5344 5344 架；两万从事风电产业的人员，提供了世界上架；两万从事风电产业的人员，提供了世界上1/2 1/2 的风机、全国的风机、全国1/4 1/4 的电力（的电力（20002000年）。年）。欧洲人从丹麦看到了绿色能源的希望，把风电欧洲人从丹麦看到了绿色能源的希望，把风电誉为誉为“欧洲微软欧洲微软”。按政府规划，。按政府规划，20302030年要上年要上升到升到5050。2005200520052005年全球前十大风电设备厂占据全球市场分额高达年全球前十大风电设备厂占据全球市场分额高达年全球前十大风电设备厂占据全球市场分额高达年全球前十大风电设备厂占据全球市场分额高达95%95%95%95%，其中前三家占据，其中前三家占据，其中前三家占据，其中前三家占据59.9%59.9%59.9%59.9%全球风电市场市场高度集中全球风电市场市场高度集中全球风电市场市场高度集中全球风电市场市场高度集中 资料来源：GWEC 丹麦政府对风力发电的扶持政策可以归纳如下：1、投资风能和其它可再生能源可以免交碳税；、投资风能和其它可再生能源可以免交碳税；2 2、建立风力发电发展的自愿体系，并用法律的、建立风力发电发展的自愿体系，并用法律的形式加以固定；形式加以固定；3、通过对外援助支持风力机出口；通过对外援助支持风力机出口；4 4、制定风力发电的目标；、制定风力发电的目标；5 5、提供投资补贴（太阳能热利用和生物质能补、提供投资补贴（太阳能热利用和生物质能补贴贴30%30%、风能补贴、风能补贴15%15%）；）；6 6、支持技术开发和研究，支持示范工程；、支持技术开发和研究，支持示范工程；7 7、建立国家级的风力机测试中心等。、建立国家级的风力机测试中心等。1998年世界各国风电裝机容量排名表 2008年全球风电总装机容量和新增量 全球装机容量增长趋势全球装机容量增长趋势全球装机容量增长趋势全球装机容量增长趋势风风 力力 机机 风力机风力机 风力机是将风能转换为机械功的动力机械，又风力机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。以大气为工作介质的热能利用发动机。许多世纪以来，风力机同水力机械一样，作为许多世纪以来，风力机同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥过重要作用。近代机电动力的广泛应用以及二过重要作用。近代机电动力的广泛应用以及二十世纪十世纪5050年代中东油田的发现，使风力机的发年代中东油田的发现，使风力机的发展缓慢下来。展缓慢下来。风力机风力机 风车最早出现在波斯，起初是立轴翼板风车最早出现在波斯，起初是立轴翼板式风车，后又发明了水平轴风车。风车式风车，后又发明了水平轴风车。风车传入欧洲后，传入欧洲后，1515世纪在欧洲已得到广泛世纪在欧洲已得到广泛应用。荷兰、比利时等国为排水建造了应用。荷兰、比利时等国为排水建造了功率达功率达6666千瓦以上的风车。千瓦以上的风车。1818世纪末期世纪末期以来，随着工业技术的发展，风车的结以来，随着工业技术的发展，风车的结构和性能都有了很大提高，已能采用手构和性能都有了很大提高，已能采用手控和机械式自控机构改变叶片桨距来调控和机械式自控机构改变叶片桨距来调节风轮转速。节风轮转速。风力机风力机在第二次世界大战前后，由于能源需求在第二次世界大战前后，由于能源需求量大，欧洲一些国家和美国相继建造了量大，欧洲一些国家和美国相继建造了一批大型风力发电机。一批大型风力发电机。19411941年，美国建年，美国建造了一台双叶片、风轮直径达造了一台双叶片、风轮直径达53.353.3米的米的风力发电机，当风速为风力发电机，当风速为13.413.4米米/秒时输出秒时输出功率达功率达12501250千瓦。千瓦。风力机风力机英国在英国在5050年代建造了三台功率为年代建造了三台功率为100100千瓦的风千瓦的风力发电机。其中一台结构颇为独特，它由一个力发电机。其中一台结构颇为独特，它由一个2626米高的空心塔和一个直径米高的空心塔和一个直径24.424.4米的翼尖开孔米的翼尖开孔的风轮组成。风轮转动时造成的压力差迫使空的风轮组成。风轮转动时造成的压力差迫使空气从塔底部的通气孔进入塔内，穿过塔中的空气从塔底部的通气孔进入塔内，穿过塔中的空气涡轮再从翼尖通气孔溢出。法国在气涡轮再从翼尖通气孔溢出。法国在5050年代末年代末到到6060年代中期相继建造了三台功率分别为年代中期相继建造了三台功率分别为10001000千瓦和千瓦和800800千瓦的大型风力发电机。千瓦的大型风力发电机。风力机风力机风力机的主要部件是风能接收装置。一风力机的主要部件是风能接收装置。一般说来，凡在气流中能产生不对称力的般说来，凡在气流中能产生不对称力的物理构形都能成为风能接收装置，它以物理构形都能成为风能接收装置，它以旋转、平移或摆动运动而发出机械功。旋转、平移或摆动运动而发出机械功。风力机的分类风力机的分类 风力机大都按风能接收装置的结构形式风力机大都按风能接收装置的结构形式和空间布置来分类，一般分为水平轴结和空间布置来分类，一般分为水平轴结构和垂直轴结构两类。水平轴风力机按构和垂直轴结构两类。水平轴风力机按叶片形式有双叶式、三叶式和多叶式，叶片形式有双叶式、三叶式和多叶式，按气流方向分顺风式和逆风式，还有扩按气流方向分顺风式和逆风式，还有扩散器式、集中器式等。垂直轴风力机有散器式、集中器式等。垂直轴风力机有型叶片式、型多叶片式、型叶片式、型多叶片式、型风轮、型风轮、太阳能风力透平、偏导器式等。太阳能风力透平、偏导器式等。风力机的分类风力机的分类 以风轮作为风能接收装置的常规风力机以风轮作为风能接收装置的常规风力机为例，按风轮转轴相对于气流的方向可为例，按风轮转轴相对于气流的方向可分为水平轴风轮式分为水平轴风轮式(转轴平行于气流方向转轴平行于气流方向)、侧风水平轴风轮式、侧风水平轴风轮式(转轴平行于地面、转轴平行于地面、垂直于气流方向垂直于气流方向)和垂直轴风轮式和垂直轴风轮式(转轴转轴同时垂直于地面和气流方向同时垂直于地面和气流方向)。风力机风力机 （a a）水平轴风力机）水平轴风力机 (b)(b)垂直轴风力机；垂直轴风力机；风力机（风力发电机的功率分）a.微型风力发电机，其额定功率为微型风力发电机，其额定功率为501000Wb.小型风力发电机，其额定功率为小型风力发电机，其额定功率为110kWc.中型风力发电机，其额定功率为中型风力发电机，其额定功率为10100kWd.大型风力发电机，其额定功率大于大型风力发电机，其额定功率大于100kW。阻力型和升力型阻力型和升力型风力机风力机S S型风轮为阻力型风力机，由芬型风轮为阻力型风力机，由芬型风轮为阻力型风力机，由芬型风轮为阻力型风力机，由芬兰工程师兰工程师兰工程师兰工程师(SigurdSigurd SavoniusSavonius，1925)1925)发明，发明，发明，发明，2 2个半圆筒叶片组成个半圆筒叶片组成个半圆筒叶片组成个半圆筒叶片组成S S型，凹面和凸面叶片对空气流型，凹面和凸面叶片对空气流型，凹面和凸面叶片对空气流型，凹面和凸面叶片对空气流阻力之差推动风轮旋转。阻力之差推动风轮旋转。阻力之差推动风轮旋转。阻力之差推动风轮旋转。S S型风型风型风型风轮具有很多优点：叶片设计简单；轮具有很多优点：叶片设计简单；轮具有很多优点：叶片设计简单；轮具有很多优点：叶片设计简单；不受风向限制；启动力矩大；噪不受风向限制；启动力矩大；噪不受风向限制；启动力矩大；噪不受风向限制；启动力矩大；噪音小；发电机可置于风轮下或地音小；发电机可置于风轮下或地音小；发电机可置于风轮下或地音小；发电机可置于风轮下或地面，因而安装和维护的费用都较面，因而安装和维护的费用都较面，因而安装和维护的费用都较面，因而安装和维护的费用都较低。但直筒形低。但直筒形低。但直筒形低。但直筒形S S 型风轮因风能利型风轮因风能利型风轮因风能利型风轮因风能利用率较低用率较低用率较低用率较低(为为为为0.15)0.15)，发展速度缓，发展速度缓，发展速度缓，发展速度缓慢。慢。慢。慢。升力型升力型风力机风力机原理原理 阻力型阻力型风力机风力机（杯式）（杯式）升力型升力型风力机风力机（D型风轮）型风轮）达里厄式风轮（达里厄式风轮（达里厄式风轮（达里厄式风轮（D D型风轮）是法国达里厄（型风轮）是法国达里厄（型风轮）是法国达里厄（型风轮）是法国达里厄（G.J.M G.J.M DarrieusDarrieus）于）于）于）于19251925年发明的年发明的年发明的年发明的,1931,1931年取得专利权。在年取得专利权。在年取得专利权。在年取得专利权。在2020世世世世纪纪纪纪7070年代石油危机后，加拿大国家科学研究院和美国圣年代石油危机后，加拿大国家科学研究院和美国圣年代石油危机后，加拿大国家科学研究院和美国圣年代石油危机后，加拿大国家科学研究院和美国圣地亚国家实验室对此进行了大量的研究，现在是水平轴地亚国家实验室对此进行了大量的研究，现在是水平轴地亚国家实验室对此进行了大量的研究，现在是水平轴地亚国家实验室对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。达里厄式风轮是一种升力装风力发电机的主要竞争者。达里厄式风轮是一种升力装风力发电机的主要竞争者。达里厄式风轮是一种升力装风力发电机的主要竞争者。达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。现在有多种达里厄式风力发电机，如率输出。现在有多种达里厄式风力发电机，如率输出。现在有多种达里厄式风力发电机，如率输出。现在有多种达里厄式风力发电机，如型，型，型，型，型，型，型，型，Y Y型和型和型和型和HH型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。叶片或者多叶片。叶片或者多叶片。叶片或者多叶片。升力型升力型风力机风力机（D型风轮）型风轮）风风力力系系统统示示意意图图 风力接收装置内的主要部件风力接收装置内的主要部件 风力发电的原理风力发电的原理风力发电机的组成风力发电机的组成风轮（空气的动能风轮（空气的动能风轮旋转的机械能）风轮旋转的机械能）空气动力学的升力、空气动力学的升力、阻力阻力发电机（包括传动发电机（包括传动装置）装置）调向器（尾翼）调向器（尾翼）塔架塔架限速安全机构限速安全机构储能装置储能装置Wind motorWind motorWind turbineWind turbine金风科技金风科技金风科技金风科技3000kW3000kW系列风力发电机系列风力发电机系列风力发电机系列风力发电机混合传动技术，有效减小传动混合传动技术，有效减小传动系统的尺寸和重量，运行可靠系统的尺寸和重量，运行可靠性高性高发电机励磁方式结构简单，低发电机励磁方式结构简单，低风速发电效率高风速发电效率高刹车系统改进，机组安全冗余刹车系统改进，机组安全冗余度提高度提高无碳刷结构，维护和使用成本无碳刷结构，维护和使用成本降低降低载人电梯设计，人员维护强度载人电梯设计，人员维护强度减小减小全功率变流设计，具有低电压全功率变流设计，具有低电压穿越能力，并网特性优越穿越能力，并网特性优越风力机风力机世界上已有数万台风力机在运行，作为辅助能世界上已有数万台风力机在运行，作为辅助能源正在发挥这巨大的作用。但风力机仍存在若源正在发挥这巨大的作用。但风力机仍存在若干不足之处，首先是能量输出不稳定，特别是干不足之处，首先是能量输出不稳定，特别是大型风力机的利用率低，作为独立能源的条件大型风力机的利用率低，作为独立能源的条件还不具备；其次，风力机的安全可靠性尚无充还不具备；其次，风力机的安全可靠性尚无充分保障；另外，风力机的成本在短期内尚不足分保障；另外，风力机的成本在短期内尚不足以与矿物燃料相竞争。但是，随着人类对能源以与矿物燃料相竞争。但是，随着人类对能源需求量的日益增多和科学技术的发展，上述问需求量的日益增多和科学技术的发展，上述问题终会得到解决。题终会得到解决。ELECTRIC WIND TURBINES(USA)*to prices one should add cost of importation(9%customs duties),22%VAT and carriage.ELECTRIC WIND TURBINES(SPAIN)*to prices one should add cost of importation(9%customs duties),22%VAT and carriage.ELECTRIC WIND TURBINES(GERMANY)*to prices one should add cost of importation and 22%VAT.HIGH POWER WIND TURBINES*To prices one should add cost of importation and 22%VAT(prices are dependent on also from heights of mast-in table one gave prices for example-heights of mast).垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机 FD5.0-3KW风力发电机（28000元/台）C型叶片半径(blade radius)r:260m m额定风速（rated wind speed）:10m/s 额定功率（rated output power）:3000w最大功率（max power）:4500w输出电压（output Voltage）:220V 启动风速（startup wind speed）:3m/s工作风速（work wind speed）:3-25m/s 安全风速（security wind speed）：40m/s塔架类型（tower type）:直径133mm的拉锁钢管（133mm pull wire tubular tower）塔高（tower high）:8m 顶部质量（top quality）:215kg输出控制系统（output controller system）：控制器和纯正弦波逆变器(controller&wine wave inverter)使用寿命（service life）:20-25 year可带负载：空调、加油站、收费站、冰箱、洗衣机、水泵、电饭锅、彩电、照明、电风扇、充电垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机 垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机 垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机 Wind TurbineWIND TURBINE AIR 403WIND TURBINE AIR 403Danish Wind TurbinesTjreborg Wind Turbine,located near Esbjerg,DenmarkNibe A and B 2 x 630 kW wind turbines,located near Nibe,DenmarkMasned Wind Farm 3,75 MW,5 turbines located at Masned,DenmarkThe The GedserGedser Wind Turbine,Denmark(removed)Wind Turbine,Denmark(removed)Kappel Wind Farm 9,6 MW,24 turbines,located at Lolland,DenmarkLift of nacelle-Lift of nacelle-TjreborgTjreborg Wind Turbine,located near Esbjerg,Denmark Wind Turbine,located near Esbjerg,Denmark风能利用的巨大优势 风能利用的巨大优势风能利用的巨大优势 1.1.风力资源非常丰富风力资源非常丰富2.2.风力资源是清洁型，节约型能源风力资源是清洁型，节约型能源3.3.风能是一种便宜的能源风能是一种便宜的能源4.风能对土地的占用率极小风能对土地的占用率极小5.5.风能非常安全风能非常安全6.内陆地区的风能利用能带来更好的经济内陆地区的风能利用能带来更好的经济效益效益风能利用的巨大优势风能利用的巨大优势7.风能技术有广泛的适用性风能技术有广泛的适用性8.风风能能技技术术对对于于发发展展中中国国家家来来说说是是比比较较理理想的想的9.风能的利用是一种先进技术的利用风能的利用是一种先进技术的利用10.风能的发展增加就业机会风能的发展增加就业机会11.11.风力发电机有非常好的可靠性风力发电机有非常好的可靠性丰富的风力资源丰富的风力资源 风风力力资资源源不不但但丰丰富富而而且且是是可可再再生生的的资资源源。有有很很多多国国家家正正计计划划把把大大量量消消耗耗的的电电量量由由风风力力发发电电来来提提供供，而而丹丹麦麦就就是是其其中中国国家家之之一一。按按照照丹丹麦麦的的政政府府计计划划（能能源源2121），到到20302030年年，全全国国的的用用电电量量有有50%50%将将来来源源于于风风力力发发电电。如如果果把把沿沿欧欧洲洲海海岸岸边边上上的的风风力力资资源源全全利利用用上上，其其所所产产生生的的电电量量将将会会是是全全欧欧洲洲供供电电量量的的几几倍倍。就就丹丹麦麦而而言言，全全国国40%40%的的耗耗电电量量可可由由安安装装在在浅浅海海区区域域的的1 1千千平平方方公里的海上风厂提供。公里的海上风厂提供。风力资源是清洁型，节约型能源风力资源是清洁型，节约型能源 风风力力发发电电机机消消耗耗能能源源仅仅发发生生在在从从空空气气的的带带动动到到发发动动机机的的过过程程中中，一一个个新新型型的的1,000KW1,000KW风风力力发发电电机机年年平平均均可可减减少少其其他他电电力力资资源源所所产产生生的的2,0002,000吨吨二二氧氧化化碳碳。（根根据据统统计计:每每节节约约1度度(kW.h)电电，就就相相应应节节约约了了0.36千千克克标标准准煤煤，同同时时减减少少污污染染排排放放0.272千克碳，千克碳，0.785千克二氧化碳。）千克二氧化碳。）风能是一种便宜的能源风能是一种便宜的能源 风风能能已已成成为为现现有有能能源源中中最最便便宜宜的的可可更更新新的的能能源源。由由于于风风能能的的构构成成由由风风的的立立方方变变化化数数构构成成（如如风风速速的的立立方方数数），其其经经济济效效益益很很大大程程度度上上取取决决于于风风场场的的风风力力怎怎样样，所所以以安安装装越越多多风风力力发发电电机机的的风场具有越高的经济效益。风场具有越高的经济效益。发发展展改改革革委委发发布布的的关关于于完完善善风风力力发发电电上上网网电电价价政政策策的的通通知知：四四个个区区域域的的风风电电标标杆杆电电价价水水平平分分别别为为每每千千瓦瓦时时0.51元元、0.54元元、0.58元元和和0.61元。元。风能是一种便宜的能源风能是一种便宜的能源 据丹麦电力公司的报导，来自风力发电据丹麦电力公司的报导，来自风力发电的居民用电价格每度相当于配有排烟装的居民用电价格每度相当于配有排烟装置以煤炭为燃料的发电站的电的价格，置以煤炭为燃料的发电站的电的价格，则为则为0.04USD/0.04USD/度度,这也是欧洲范围内的居这也是欧洲范围内的居民用电的平均价格。民用电的平均价格。各种能源价格的比较各种能源价格的比较 风能对土地的占用率极小风能对土地的占用率极小 在一个建好的典型的风场，风力发电机在一个建好的典型的风场，风力发电机及交通所用的道路仅占整个风场面积的及交通所用的道路仅占整个风场面积的1%1%，其余，其余99%99%的面积可作为正常的农用或的面积可作为正常的农用或其他使用。一个占用其他使用。一个占用3636平方米或平方米或0.00360.0036公顷的风力发电机每年产生公顷的风力发电机每年产生120120万到万到180180万度电，别的生物能源则需要占用于万度电，别的生物能源则需要占用于154154