风力机开题报告.doc

风力机开题报告

篇一:垂直轴风力机开题报告
毕业设计(论文)开题报告
题目: 垂直轴风力机设计与结构优化
学生姓名:学号: 090501234
专业: 机械设计制造及其自动化
指导教师: 刘恩福(教授)
2013年03月30日
1 文献综述
引言
为了减小能源危机的影响,世界各国近几十年来对风能、太阳能、核能、生物质能、潮汐能及地热能等新能源进行了研究。目前,风能的利用在技术上最成熟,具有同燃油、燃煤、核电等发电技术相竞争的经济性。而且,单机容量从最初的数十千瓦级发展到现在的兆瓦级机组,功率控制方式从定桨距失速控制向全桨叶变距变速控制的方向发展,商业化风电场已形成了相当的规模和经济效益。在技术上全球风电资源是整个世界预期电力需求的2倍,只要利用地球上50%的风电资源就能满足全球能源需求[1]。
我国作为一个风能大国,风能资源丰富,风能储量大,分布面广,可开发利用的风能储量为10亿千瓦,这些资源主要分布在我国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带。到2012年,我国风电总装机容量已超过了5258万千瓦,并网风力发电将近5026万千瓦,成为世界第一的风电大国[2]。我国风力发电的巨大潜力带动了国内风电设备的大发展,但是目前在风电设备市场,外资企业产品占据了大半江山,主要原因是尽管国产风机自主创新取得一定进展,但市场认可度仍然偏低,生产能力有待提升。因此,逐步掌握核心技术,是风电设备行业发展的关键,以此来实现风电机组基本国产化,以国产化降低风电建设成本,是我国大规模发展风电的必由之路。
风力发电系统的种类
风力发电就是把风能通过转换装置而生产电能,即是通过风力机这种机械结构系统装置把自然界中的风能捕获,然后经过转换产生电能。为了有效地利用风能发电,世界各国对风力发电形式进行了广泛深入的研究,归纳起来风力发电系统的运行方式有以下三种方式[3]。
(1)独立运行式。这种运行方式主要对象是微小型的风力发电机组。微小型机组由于容量小、负载小和不需要并网,所以可以用蓄电池储能,且使用风速范围较大,无精确调速控制系统。
(2)多台风力发电机组成风车田方式。它由数十台甚至数百台兆瓦级的风力发电机组成风电场联合向电网供电。
(3)风力发电混合能源系统。它是由两种或两种以上的能源组成的供电系统,其中至少有一种能源相对稳定,才能保证系统供电的连续性和稳定性。例如,风柴系统、太阳能系统与柴油机发电构成的系统、风—柴—蓄电池系统等,都属于混合能源系统。
风力发电机的分类及比较
风力机经过多年的研究和发展,出现了多种多样的风力机,一般根据风力机的用途、容量、叶片个数和风轮与塔架的相对位置等进行分类[4] 。一般按照风力机风轮转轴与风
向位置分的水平轴风力机和垂直轴风力机。
(1)水平轴风力机
水平轴风力机是目前国内外研制最多, 最常见的一种风力机,也是技术最成熟的一种风力机,占整个风力发电机使用的97%。其风轮叶片数一般为2~ 3叶,叶片形状一般为翼形,该风轮启动力矩较大,风能利用系数高。为使扫风面随时对风,需装有调向装置[5]。
图1 水平轴风力机
(2)垂直轴风力机
垂直轴风力机叶轮的转动与风向无关,因此不需
要像水平轴风力机那样采用迎风装置。垂直轴风力机可分为2个主要类型:一类是利用空气动力的阻力做功,称为阻力
图2 垂直轴风力机
型垂直轴风力机。目前,阻力型垂直轴风力机的种类主要有萨渥纽斯型、涡轮型、风杯
型、平板型和马达拉斯型等。其中:萨渥纽斯型和涡轮型是阻力型垂直轴风力机的典型
代表。根据这些典型的风力机的工作原理和形状又可以派生出许多形状不同、功能各异的阻力型垂直轴风力机。另一类是利用翼型的升力做功,称为升力型垂直轴风力发电机,最典型的是达里厄( Darrieus)型风力机。达里厄风力机有多种形式,Φ型、H 型、Y型和菱形。但总的说来, 目前研究应用的主流基本上是直叶片和弯叶片,以H 型和Φ型风轮最为典型[6~7]。
(3)水平轴与垂直轴风力发电机的简单比较
水平轴风力发电机因具有风能利用效率高和理论研究成熟的优点成为目前商业化风力发电的主要形式。随着科技的发展,人们在对水平轴风力机的研究时,发现垂直轴风力机在某些关键技术方面可能能够很好的解决水平轴风力机目前所要面临的问题,主要由于垂直轴风力发电机组发电机的齿轮箱在底部,结构稳定,采用钢索等,这样系统维护便利和制造成本大大减少;不需要对风系统, 系统复杂性降低, 能接受来自各个方向上的风能并且减少了对风损失;垂直轴风力机的尖速比要比水平轴的小,气动噪声也就小。因此垂直轴风力机的有点主要体现在在整个系统的结构稳定可靠、制造成本相对较低、风能利用率较高和环保效