第3章 风能、风力发电与控制技术.ppt

1 中国计量学院第3章风能、风力发电与控制技术第3章风能、风力发电与控制技术 2 中国计量学院第3章风能、风力发电与控制技术本章主要内容 风的特性及风能利用 风力发电机组及工作原理 风力发电机组的控制策略 风力发电机组的并网运行和功率补偿 风力发电的经济技术性评价 3 中国计量学院第3章风能、风力发电与控制技术绪论风力发电是一个综合性较强的系统,涉及空气动力学、机械、电机和控制技术等领域。 风力发电是在大量利用风力提水的基础上发展起来的,它首先起源于丹麦,目前丹麦已成为世界上生产风力发电设备的大国。 20 世纪 70 年代世界连续出现石油危机,随之而来的环境问题迫使人们考虑可再生能源利用问题,风力发电很快重新提上了议事日程。风力发电是近期内最具开发利用前景的可再生能源,也将是 21 世纪中发展最快的一种可再生能源。 4 中国计量学院第3章风能、风力发电与控制技术 风的特性及风能利用 风的产生风是地球上的一种自然现象,由太阳辐射热和地球自转、公转和地表差异等引起(温度、气压等等),由于地球表面各处受热不同,使大气产生温差形成气压梯度,从而引起大气的对流运动,产生风。 5 中国计量学院第3章风能、风力发电与控制技术 风的特性与风能 1、随机性:风的产生随时随地,其方向、速度和大小不定。一般来讲: 地面上夜间风弱,白天风强;高空反之,临界高度约为100~150m 。我国大部分地区风的季节性特点: 春季最强,冬季次之,夏季最弱 6 中国计量学院第3章风能、风力发电与控制技术 2、风随高度的变化而变化不同高度风速的表达式: kh hv v????????? 00式中ν——距地面高度为 h处的风速( m/s); ν 0——高度为 h 0处的风速( m/s),一般取 h 0为 10m ; k——修正指数,它取决于大气稳定度和地面粗糙度等,其值约为 ~ 。 7 中国计量学院第3章风能、风力发电与控制技术 风的表示及应用 1、风向东西北南南南风南东东南东北北东东北东北东西北西北北西北西南南西西南西南西 SSE E SE ESE NNE ENE NE S N NNW NW WNW W WSW SW SSW 风向一般用 16 个方位表示,也可以用角度表示。图示方向方位图图3-2 风向方位图 8 中国计量学院第3章风能、风力发电与控制技术 2、风速由于风时有时无、时大时小,每一瞬时的速度都不相同,所以风速是指一段时间内的平均值,即平均风速。阵风是指瞬时高峰风速。 3、风力风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象,按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的为蒲福风级,从静风到飓风共分为 13个等级。 505 .1 N 824 .????风力等级与风速的关系:式中 V N—— N级风的平均风速( m/s ); N——风的级数。 9 中国计量学院第3章风能、风力发电与控制技术 4、风能(1) 风能密度,空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动能。表达式为: ???E(2) 风能,空气在一秒钟时间内以速度ν流过面积为 S截面的动能。表达式为: Sv ES W ???(3) 风能利用,风能的利用主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能量。 10 中国计量学院第3章风能、风力发电与控制技术风能的特点优点:能量巨大、可以再生、分布广泛、没有污染。缺点:密度低、不稳定、地区差异大