離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

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1、離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)徐大平教授華北電力大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院2008年11月獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，又稱為離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。典型的離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)示意圖如下所示。第一節(jié)離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型按照用戶類型分類，可以分為以下幾種：用于離網(wǎng)大用戶供電的離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。例如：電解鋁產(chǎn)業(yè)。用于村落、農(nóng)牧場供電微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組目前，我國微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按額定功率分主要有10種：100W、150W、200W、300W、500W、1KW、2KW、3KW、5KW、10KW。型式為2~3葉片，水平軸，上風(fēng)向，多為永磁低速發(fā)電機(jī)，多數(shù)為定槳距機(jī)組，葉片材料多樣，設(shè)計(jì)壽命15年。風(fēng)輪功率系數(shù)大約在0.4

2、左右，發(fā)電機(jī)組的效率在0.8左右。幾種型號機(jī)組的技術(shù)參數(shù)產(chǎn)品型號發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速r/min風(fēng)輪直徑m葉片數(shù)風(fēng)輪中心高m啟動風(fēng)速m/s額定風(fēng)速m/s停機(jī)風(fēng)速m/s額定功率W額定電壓V配套發(fā)電機(jī)重量kgFD2-100400225361810028鐵氧體永磁交流發(fā)電機(jī)80FD24-150450226374015028100FD2.1-2004502.137382520028150FD2.5-3004402.537382530042175FD3-500337382550042釹鐵珊永磁交流發(fā)電機(jī)185FD4-1K4393825100056285FD5.4-2k5.439482520001101

3、500FD6.6-3K6.631048203000110電刷爪級1500FD7-5k721249405000220電容勵磁異步發(fā)電機(jī)2500FD7-10K14507212411.560100002203000用于戶用供電的離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組離網(wǎng)型戶用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是指10kW以下獨(dú)立運(yùn)行的、用蓄電池儲能的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。截至2004年底,我國離網(wǎng)型戶用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組累計(jì)產(chǎn)量達(dá)293153臺,總裝機(jī)容量為89524.2kW,預(yù)計(jì)年發(fā)電量約9246萬千瓦時。其中,2004年小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總產(chǎn)量24756臺,裝機(jī)容量為11300kW。所生產(chǎn)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,除滿足國內(nèi)用戶需要外,還出口到歐

4、洲、美洲、東南亞等23個國家和地區(qū)。其保有量、年產(chǎn)量和生產(chǎn)能力均列世界之首。也可以分為直流、交流系統(tǒng)一、直流系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的直流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)二、交流系統(tǒng)，分如下兩種：交流發(fā)電機(jī)向直流負(fù)載供電交流發(fā)電機(jī)向交流負(fù)載供電第二節(jié)微、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)示意圖1-風(fēng)輪2-發(fā)電機(jī)3-回轉(zhuǎn)體4-調(diào)速機(jī)構(gòu)5-調(diào)向機(jī)構(gòu)6-手剎車機(jī)構(gòu)7-塔架8-逆變器9-蓄電池葉片與風(fēng)輪風(fēng)輪一般由2～3個葉片和葉柄、輪轂及風(fēng)輪軸等組成。圖風(fēng)輪的基本結(jié)構(gòu)1-葉片2-葉柄3-輪轂4-風(fēng)輪軸目前我國的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片絕大多數(shù)是實(shí)心玻璃鋼(FRP)，極少數(shù)是木質(zhì)FRP蒙皮結(jié)構(gòu)和木材外粘環(huán)氧玻璃。葉片橫截面形狀有3種：平板

5、型、弧板型和流線型。按照傳統(tǒng)的觀點(diǎn)，葉片表面應(yīng)是愈光滑愈好，但是最新的研究發(fā)現(xiàn)，在葉片表面某部位，增加局部粗糙度，可以提高葉片的升阻比。在翼型下表面后緣貼粗糙帶，增加了翼型的環(huán)量和翼型的升阻比，因而提高了葉片的效率。風(fēng)力機(jī)還可以通過葉片上加襟翼來增加功率二、調(diào)速裝置可變槳距調(diào)速裝置：下圖是美國MOD-0型大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距調(diào)速裝置側(cè)翼裝置偏心裝置（1）偏心裝置（2）調(diào)向裝置尾舵舵輪對風(fēng)裝置四、發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)永磁發(fā)電機(jī)同步交流發(fā)電機(jī)異步交流發(fā)電機(jī)。五、塔架塔架用于支撐發(fā)電機(jī)和調(diào)向機(jī)構(gòu)等。因風(fēng)速隨離地面的高度增加而增加，塔架越高，風(fēng)輪單位面積捕捉的風(fēng)能越多，但造價、安裝費(fèi)等也隨之加大

6、。一般由塔管和3～4根拉索組成,高度6m～9m。六、蓄電池多采用汽車用鉛酸電瓶,近年來國內(nèi)有些廠家也開發(fā)出了適用于風(fēng)能太陽能應(yīng)用的專用鉛酸蓄電池，在以后章節(jié)詳細(xì)介紹。七、控制器和逆變器控制器的功能是控制和顯示風(fēng)力機(jī)對蓄電池的充電,使其不至于過充放,以保證正常使用和整個系統(tǒng)的可靠工作。逆變器是把直流電(12V、24V、36V、48V)變成220V交流電的裝置。第三節(jié)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)3．1風(fēng)—光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要特點(diǎn):彌補(bǔ)獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的不足,向電網(wǎng)提供更加穩(wěn)定的電能。(2)充分利用空間,實(shí)現(xiàn)地面和高空的合理利用。(3)共用一套送變電設(shè)備,降低工程造價。(4)同用一套經(jīng)營管理

7、人員,提高工作效率,降低運(yùn)行成本。風(fēng)－光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)至少由風(fēng)機(jī)、太陽電池、蓄電池和用電負(fù)載四部分組成。系統(tǒng)中由風(fēng)機(jī)、太陽電池和蓄電池聯(lián)合為用電負(fù)載供電。最簡單的風(fēng)-光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)如圖所示。風(fēng)—光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：1.對氣象資源利用更充分，在適當(dāng)?shù)臍庀髼l件下可實(shí)現(xiàn)晝夜連續(xù)發(fā)電，提高可供電的穩(wěn)定性和可靠性。2.單位容量投資和發(fā)電成本低于光伏發(fā)電系統(tǒng)。3.如果太陽能資源和風(fēng)資源在時間和強(qiáng)度上互補(bǔ)性好，則可減少電池組容量，因而減少了運(yùn)行成本（蓄電池壽命一般為三年