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【其它论文】1.5MW风力发电机组动态特性计算分析

发布:论文易网2016-2-20 21:40分类: 其它论文 标签: 风力发电机组 家点风力发电 风力发电机组的控制技术 风力发电系统 风力发电机组原理与应用 风力发电原理

风能是一种清洁并且可再生的能源,利用风能发电能够大量减少其它发电方式对环境的污染。风力发电机的原理是:一定速度前进的风吹在静止的风力机叶片上做功并驱动发电机发电,先通过叶轮将风能转变成机械能,在由发电机将机械能转变成电能。本文设计了一台功率为1.5兆瓦的风力发电机组,其为水平轴风力发电机,由风轮、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成。为了使所设计的风力发电机能够符合运行要求,本文利用瑞利法并结合振动理论的计算方法对机组进行了动态特性分析,依此来了解机组在运行过程中各部件的固有频率是否满足要求。同时,结合材料力学相关知识对塔架以及叶片的静强度进行校核,以确定叶片和塔架在承受载荷时是否满足应力要求。计算结果表明机组的动态特性和静强度均符合要求。 

关键词:1.5MW风力发电机组;设计;动态特性分析;静强度校核

风能是一种无污染、可再生的清洁能源。早在公元前200年,人类就开始利用风能了。提水、碾米、磨面及船的助航都有风能利用的记载。自第一次世界大战之后,丹麦仿造飞机的螺旋桨制造二叶和三叶高速风力发电机发电并网使用直至现在,风力发电机经历了近百年的发展历程:20世纪80年代之后,世界工业发达国家率先研究、快速发展了风力发电机,建设了风电场。现在风力发电机制造成本不断下降,已接近水力发电机的水平,制造及使用技术也日趋成熟。20世纪末,世界每年风电装机容量以近20%的增长速度发展,风电成为世界诸能源中发展最快的能源。如果在总面积0.6%的地方安装上风力发电机,就能提供全部电力消耗的加20%,可以关闭供电能力加20%的以燃烧煤、重油等碳氮化合物为燃料而排放S02,C02和烟尘时大气和地球环境造成污染和破坏的火电厂。

在令后10年,风力发电将成为世界各国重点发展的能源之一,风力发电机的制造业也必将成为新兴的机械制造业。风力发电机制造业的发展势必拉动诸如大型锥钢管、钢板等冶金行业,发电机制造,电器控制,液压机械,增强塑料、复合材料等行业的发展;势必推动蓄电池向大容量、小体积、免维修、高效率方向发展;势必拓宽微机在风力发电机自控方面的应用和发展。风力发电机的发展及其拉动的行业发展将为数以万计的人创造就业机会。可见,发展风力发电机及风力发电对于发展经济,保护地球环境,有着重要意义。

 中国风电发展的前景非常好,600千瓦和750千瓦风力发电机组已实现产业化,兆瓦级的风电技术也已具备自主开发能力。截止到2005年底,中国风能资源丰富的16个省、市、自治区,已建成风电场92座,累计运行风力发电机组3.297台,总容量达2.590MW。2005年新增装机容量高达1.330MW。根据全球风能协会的统计数据,中国风电总装机容量居世界第六位。据了解,2000年前,中国风电处于试验示范阶段,主要是国外政府援助的小项目。2000年后,中国政府采取了一系列措施推动并网风电的发展。自2004年起,中国风电进入了快速发展阶段,2006年总装机容量的增长率高达104%。

第一章  绪论

1.1风能利用与风力发电机的发展历史

    风能利用有多种形式,目前有发电、提水灌溉、致热供暧、助航等(如图1-1 所示)。将风能转换成电能是风能开发利用的主要方式。

人类利用风能的历史可追溯到中世纪甚至更早,最初是将风能转换为机械能,用风车提水、碾米、磨面,借风帆为船助航。中国、伊拉克、埃及、荷兰、丹麦等都是最早利用风能的国家。经过一段漫长的历史过程后, 到19世纪末,随着科学技术的进步,丹麦的研究人员才开始着手利用风能发电。以后,各国都从小型风力发电机研制开始,逐渐向中大型风力发电机发展。

第一次世界大战之后,丹麦仿造飞机的螺旋桨制造了二叶、三叶高速风力发电机并网发电,虽然装机容量都在5KW 以下,但是开拓了将风能转换成电能的先河。美国从1930 年开始研制风力发电机,当时以杰卡斯风力发电机最为出名,而且被销售到其他一些国家。1941年,美国设计生

前西德1957 1968年间研究、设计和制造了10100KW 的风力发电机,成功地使用了复合材料叶片,为复合材料用于制作大型风力发电机叶片奠定了基础。丹麦的盖瑟风力发电机的风轮直径为27m, 额定功率为200KW, 每年发电量约40万KWh 左右。在20世纪60年代前后,由于内燃机的广泛使用,其燃料来自廉价的石油,风力发电成本较高,与内燃机发电相比不具有竞争力,使风力发电机的发展近于停止。

但是1973年发生了世界性的石油危机,石油的短缺以及用矿物燃料发电所带来的环境污染问题,使风力发电又重新受到了重视。美国、丹麦、荷兰、英国、德国、瑞典、加拿大等国家在风力发电的研究与应用方面投入了大量的人力与资金,制定了开发规划。到2003 年,全世界各国风电装机总容量为39151.3MW, 其中2003 年新增容量7980.7MW,增长率为25.6%。表1-1列出了风电装机容量前10 位国家的装机数量、2003年新增容量和增长率。

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