風力發(fā)電機組工作原理和技術基礎

前言

　　風能是一種取之不盡、用之不竭的綠色環(huán)保型可再生能源。在可再生能源中，利用風能發(fā)電是除水能資源外技術最成熟、最具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)利用價值的發(fā)電方式。由于其在減輕環(huán)境污染、減少溫室氣體排放、促進可持續(xù)發(fā)展方面的突出作用，越來越多地受到世界各國的高度重視。　　我國已把利用風能作為一項基本的能源政策。第十一個五年計劃以來，我國的風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，風力發(fā)電人才的缺口很大，許多大學與職業(yè)技術院校相繼開設新能源或風力發(fā)電專業(yè)，但苦于沒有合適的教材。作者根據(jù)近年來講授風力發(fā)電設備的心得體會，參照國家和行業(yè)制定的相關標準，結合帶領學生下廠實習所獲得的知識和本專業(yè)教學經(jīng)驗，編寫出適合大學及職業(yè)技術院校學生學習能力的，適合工作在風力發(fā)電設備生產(chǎn)第一線人員培訓需要的，介紹風力發(fā)電機組生產(chǎn)技術的教學與培訓用書，也可以作為自學資料。　　本叢書由三個分冊組成，即《風力發(fā)電機組工作原理和技術基礎》、《風力發(fā)電機組生產(chǎn)及加工工藝》、《風力發(fā)電機組安裝·運行·維護》，構成一個比較完整的教材體系。特點是以國家及行業(yè)標準為主線，避開與生產(chǎn)無關的純理論問題，重點介紹風力發(fā)電機組的實用生產(chǎn)技術。學習本叢書前，最好先學習一些機械、電工電子和液壓基礎知識，這樣會收到事半功倍的學習效果。　　鑒于在市場經(jīng)濟環(huán)境下，各生產(chǎn)企業(yè)間存在著激烈的競爭，各生產(chǎn)企業(yè)均將新設計、新材料、新工藝作為商業(yè)秘密對待。因此本書有關新設計、新材料、新工藝方面的內(nèi)容不可能詳盡，可能無法滿足一些讀者需求，在此敬請理解和原諒。一個產(chǎn)品的加工工藝方法往往不是唯一的，沒有最好只有更好，希望能對讀者起到拋磚引玉的作用?！　”緟矔诰帉戇^程中查閱了大量的相關國家標準和出版物，并且閱讀了互聯(lián)網(wǎng)上的相關文章，這些資料為本叢書的編寫提供了大量的素材。本叢書中的部分圖片由吳昊老師繪制，在此向這些出版物和文章的作者及吳昊老師表示衷心的感謝。本叢書內(nèi)容經(jīng)過中國科學院電工所科諾偉業(yè)公司武鑫博士、中科宇能公司技術總監(jiān)徐宇博士后、天威保變風電公司魯志平總工程師、國電聯(lián)合動力技術公司王志強總工程師、中航惠騰風電公司王志軍工程師審閱，在此向參加審閱的專家、學者表示衷心的感謝?！　∮捎诰幷咚接邢?，書中錯誤和不當之處在所難免，誠請廣大讀者朋友批評指正。

內(nèi)容概要

　　《風力發(fā)電機組工作原理和技術基礎》采用圖文并茂的形式，詳細介紹了風力發(fā)電機組的整機及其主要組成部分的結構、工作原理和技術要求。主要內(nèi)容包括：風力發(fā)電機組概述、葉片、風輪輪轂與變槳距系統(tǒng)、風輪軸與齒輪箱、發(fā)電機、制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。

書籍目錄

前言第一章 風力發(fā)電機組概述1第一節(jié) 風能的利用1第二節(jié) 風力發(fā)電機組5第三節(jié) 風力發(fā)電機組的要求9本章小結15復習思考題16第二章 葉片17第一節(jié) 葉片的技術和經(jīng)濟要求17第二節(jié) 葉片的典型結構18本章小結27復習思考題27第三章 風輪輪轂與變槳距系統(tǒng)28第一節(jié) 風輪輪轂28第二節(jié) 變槳距系統(tǒng)30本章小結41復習思考題43第四章 風輪軸與齒輪箱44第一節(jié) 風輪軸與齒輪箱的技術要求及典型結構44第二節(jié) 齒輪箱的主要零部件51第三節(jié) 齒輪箱的潤滑與監(jiān)控55本章小結58復習思考題59第五章 發(fā)電機61第一節(jié) 發(fā)電機概述61第二節(jié) 風力發(fā)電用發(fā)電機66本章小結75復習思考題76第六章 制動系統(tǒng)77第一節(jié) 制動系統(tǒng)概述77第二節(jié) 機械制動器的結構81第三節(jié) 制動系統(tǒng)的控制要求85本章小結86復習思考題87第七章 液壓系統(tǒng)88第一節(jié) 液壓系統(tǒng)概述88第二節(jié) 風力發(fā)電機組液壓系統(tǒng)的類型91第三節(jié) 風力發(fā)電機組對液壓系統(tǒng)及零部件的要求96本章小結103復習思考題105第八章 支撐系統(tǒng)106第一節(jié) 機艙與底盤106第二節(jié) 偏航系統(tǒng)109第三節(jié) 塔架117本章小結120復習思考題121第九章 控制系統(tǒng)123第一節(jié) 控制系統(tǒng)概述123第二節(jié) 控制功能和參數(shù)130第三節(jié) 安全保護系統(tǒng)138第四節(jié) 監(jiān)控和安全處理143第五節(jié) 遠程監(jiān)控系統(tǒng)150第六節(jié) 變流器155本章小結161復習思考題163參考文獻165

章節(jié)摘錄

　　3.有效風速　　有效風速一般也稱為可利用風速。因為在當前的技術條件下，只有當風速大于3m／s時才能有效地推動風力發(fā)電機葉輪，使其進入正常的工作狀態(tài)。風力發(fā)電機一年的正常工作小時數(shù)決定了風力發(fā)電機的工作效率及經(jīng)濟性。年平均風速大于3m／s的年小時數(shù)，表明風場在一年內(nèi)風力發(fā)電機可以起動工作的小時數(shù)。小時數(shù)越多說明風場利用價值越高?！　?.參考風速和極限風速　　參考風速定義為50年一遇的、在輪轂高度處能持續(xù)10min的陣風平均風速。極限風速定義為1.4倍參考風速。極限風速這一指標的意義在于它決定了風力發(fā)電機設計時的強度和剛度指標。風力發(fā)電機要想安全地工作，風力發(fā)電機組及其零部件就必須保證在瞬時最大風速時不會損壞?！　∪⑽覈L能分布的特點　　我國在地球的北半球，地處太平洋西岸，特定的地理位置和我國特有的地形地貌，使我國風能資源分布有以下特點：　　1）東南沿海及其島嶼是我國的最大風能資源區(qū)。但是這一區(qū)域僅限于沿海岸線幾十公里的陸地，向內(nèi)陸由于丘陵的阻滯會使風能銳減?！　?）新疆的東部、甘肅的北部和內(nèi)蒙古中西部也是我國的風能資源密集區(qū)。這一地區(qū)地勢平坦廣闊，雖然風力由北向南逐漸減弱，但變化較慢，也是我國風能資源比較豐富的地區(qū)?！　?）黑龍江和吉林兩省的東部及遼東半島沿海地區(qū)風能資源也很豐富?！　?）青藏高原北部、新疆北部、華北北部、內(nèi)蒙古東部、東北的西北部和渤海、黃海沿海地區(qū)也屬于風能資源較豐富地區(qū)。　　風力資源的好壞直接決定風電成本的高低，根據(jù)我國風能資源情況及技術經(jīng)濟條件，開發(fā)重點應放在內(nèi)蒙古、東北、西北、西藏、東南沿海及島嶼、高山、風口等風能資源豐富地區(qū)，尤其是經(jīng)濟發(fā)達、電網(wǎng)條件好的地區(qū)。另一方面，我國海岸線較長，發(fā)展海上風電場也是我國風電發(fā)展的一個方向?！　∷?、風力發(fā)電　　除帆船是靠風帆直接推動來利用風能外，一般都是利用風輪收集風能，再將其轉變成旋轉機械能驅動各種工作機械。良好的風場多數(shù)又處于人煙稀少的地區(qū)且機械能不能進行遠距離傳送，而電能是一種清潔干凈的二次能源，具有利用電網(wǎng)便于遠距離輸送的優(yōu)勢。于是通過發(fā)電機，將風輪收集轉化成的機械能再轉變成電能，成為風能利用的主導方式?！　〔⒕W(wǎng)型風力發(fā)電機組的功能是將風的動能轉換成機械能，再將機械能轉換為電能，輸送到電網(wǎng)中。一臺風力發(fā)電機組為了實現(xiàn)轉換功能由若干機構和零部件組成，目前市場上水平軸三葉片風力發(fā)電機組占主導地位。并網(wǎng)型風力發(fā)電機的結構比較復雜，為了便于和離網(wǎng)型風力發(fā)電機相區(qū)別，習慣上把并網(wǎng)型風力發(fā)電機稱為風力發(fā)電機組，也簡稱為風電機組。

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