小型家用風力發(fā)電機設(shè)計

1、小型風力發(fā)電機機械結(jié)構(gòu)0第一章第一章概述概述1.11.1風力發(fā)電機概況風力發(fā)電機概況風能的利用有著悠久的歷史。近年來資源的短缺和環(huán)境的日趨惡化使世界各國開始重視開發(fā)和利用可再生、且無污染的風能資源。自80年代以來風能利用的主要趨勢是風力發(fā)電。風力發(fā)電最初出現(xiàn)在邊遠地區(qū)應(yīng)用的方式主要有:1)單獨使用小型風力發(fā)電機供家庭住宅使用2)風力發(fā)電機與其它電源聯(lián)用可為海上導航設(shè)備和遠距離通信設(shè)備供電3)并入地方孤立小電網(wǎng)為鄉(xiāng)村供電。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)

2、展風力發(fā)電迅猛發(fā)展。以機組大型化(50kW～2MW)、集中安裝和控制為特點的風電場(也稱風力田、風田)成為主要的發(fā)展方向。20年來世界上已有近30個國家開發(fā)建設(shè)了風電場(是前期總數(shù)的3倍)風電場總裝機容量約1400萬kW(是前期總數(shù)的100倍)。目前德國、美國、丹麥以及亞洲的印度位居風力發(fā)電總裝機容量前列且未來計劃投資有增無減。美國能源部預(yù)測2010年風電至少達到國內(nèi)電力消耗的10%。歐盟5國要在2000～2002年達到本國總發(fā)電量的1

3、0%左右丹麥甚至計劃2030年要達到40%。中國是一個風力資源豐富的國家風力發(fā)電潛力巨大。據(jù)1998年統(tǒng)計風力風電累計裝機22.36萬kW僅占全國電網(wǎng)發(fā)電總裝機的0.081%相對于可開發(fā)風能資源的開發(fā)率僅為0.088%。中國第一座風力發(fā)電場于1986年在山東榮成落成總裝機較小為355kW。到1993年我國風電場總裝機容量達17.1MW1999年底我國共建了24個風力發(fā)電場總裝機268MW。我國風力發(fā)電場主要分布在風能資源比較豐富的東南沿

4、海、西北、東北和華北地區(qū)其中風電裝機容量最多的是新疆已達72.35kW。在未來2～3年內(nèi)我國計劃新增風電場裝機容量將在800MW以上并且將會出現(xiàn)300～400MW的特大型風力發(fā)電場。1.21.2風力發(fā)電機的研究現(xiàn)狀風力發(fā)電機的研究現(xiàn)狀1.2.11.2.1國外風力發(fā)電機的研制情況國外風力發(fā)電機的研制情況美國從1974年起對風能進行系統(tǒng)的研究，能源部對風能項目的投資累計已達到25億美元。許多著名大學和研究機構(gòu)都參加了風能的研究開發(fā)，目前己安

5、裝了8個巨型風力發(fā)電機組。到19%年末，風力發(fā)電總裝機容量己達到170xkw，所提供的電力占全美電力需求量410的10%，居世界之首位，主要集中在加利福尼亞州。美國國會己通過了能源政策法，在能源部的規(guī)劃下，將會改變風力發(fā)電集中于加利福尼亞的局面，在年平均風速達5.6ms的中西部12個州將建風力電站。據(jù)能源部預(yù)測，在未來15年內(nèi)，風電將增加6倍。在今后2年內(nèi)，在懷俄明、伊阿華、明尼蘇達、得克薩斯、佛蒙特、緬因州等修建大型風電場，這些風電場

6、將使美國風力發(fā)電能力再增加40xkw，預(yù)計到2010年，風力發(fā)電總裝機容量將達到410630xkw，可滿足全美電力需求量的25%。410德國是歐洲風力發(fā)電增長最快的國家，近年風力發(fā)電量急增，尤其沿海各州，風力發(fā)電發(fā)展迅速，己超過丹麥，成為世界第二。到1995年己建成1035座風力發(fā)電裝置，裝機容量49.4xkw，1996年新裝機約950座，裝機容量為48xkw，到19%年底德國己擁有4500410410座風力發(fā)電裝置，總裝機容量達到約1

7、60xkw，1997年估計可增加5xkw，可為20多萬410410個家庭提供日常用電。這些風力發(fā)電裝置中的1600個是政府投資建設(shè)的。裝機容量超過小型風力發(fā)電機機械結(jié)構(gòu)2中國利用風能己有悠久的歷史，古代甲骨文字中就有“帆”字存在，1800年前東漢劉熙著作里有“隨風張慢曰帆”的敘述，說明我國是利用風能最早的國家之一。1637年明崇幀十年《天工開物》書里有“揚郡以風帆數(shù)頁，侯風轉(zhuǎn)車，風息則止”的記載，表明在明代以前，我國勞動人民就會制作將線

8、運動轉(zhuǎn)變?yōu)轱L輪旋轉(zhuǎn)運動的風車，在風能利用上前進了一大步。我國東南沿海向來有風力提水的使用習慣，江蘇省1959年曾有多達20余萬臺提水風車，后來大部分風車被柴油、電力所取代，但部分地區(qū)一直使用風力提水。50年代中期曾研制小型現(xiàn)代化風力提水裝置，50年代后期開始研究小型風力發(fā)電機組，但限于當時技術(shù)經(jīng)濟條件，小型機組在試驗中受挫而停頓。至70年代，先后試制了1、2、10、12、18、20千瓦樣機，其中18千瓦機組于1972年7月安裝在浙江省紹

9、興縣雄鵝峰上，1976年11月遷裝到底泅縣菜園鎮(zhèn)運轉(zhuǎn)發(fā)電，一直運行到1986年8月。1978年將研制風電設(shè)備列為國家重點科研項目后，進展加快，先后研制生產(chǎn)了微型和1一200千瓦風電機組，其中以戶用微型機組技術(shù)最為成熟，己有100、150、200、300和500瓦微型機組系列定型和批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量良好，不但可滿足國內(nèi)需要，還遠銷國外。1998年底，全國安裝微型機組178574臺，約計1.7萬千瓦，還有獨立供電機組，已有1.2、2.5、5

10、、7.5和10千瓦機組，以銷定產(chǎn)小批量生產(chǎn)。在網(wǎng)外無電地區(qū)，推廣微型、小型風電機組，是解決無電農(nóng)牧民用電的有效途徑，有其獨特的優(yōu)越性，也是中國發(fā)展微型、小型風電機組的特色。在網(wǎng)外地區(qū)利用風柴蓄聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，能獲得穩(wěn)定的電力，又有明顯的節(jié)油效果，發(fā)展該系統(tǒng)，將促進風力從為生活服務(wù)轉(zhuǎn)向為生產(chǎn)提供電力，從而跨上一個新水平。風光互補發(fā)電系統(tǒng)，能有效地利用自然資源。在我國很多地區(qū)，冬半年風大，太陽輻射強度??；夏半年風小，太陽輻射強度大，兩種能源的

11、分布季節(jié)正好相反，互補利用可滿足用戶用電需求。在國際上，80年代中期，商品機組以55一150千瓦為主，山東榮成進口355千瓦機組，?1986年并網(wǎng)發(fā)電，新疆達阪城和廣東南澳進口90千瓦、100千瓦和150千瓦機組計17臺，裝機容量4490千瓦，均于1989年并網(wǎng)發(fā)電。90年代初期國外商品機組單機容量200一300千瓦，1992一1996年我國進口風電機組以200一300千瓦機組為主，1996年建成17個風電場，裝機合計57700千瓦。9

12、0年代中期500一600千瓦商品機組推向市場，批量生產(chǎn)，標志著商品機組技術(shù)日臻成熟，造價相應(yīng)下降。1996年，國家在“雙加”工程中，按照扶強扶優(yōu)的原則，選擇了達阪城二廠、輝騰錫勒、括蒼山和張北四個風電場進行重點改造，進口133x600千瓦、13x300千瓦機組，合計83700千瓦，分別于1997一1998年竣工驗收。同年，國家計委又制定乘風計劃”，旨在以技貿(mào)結(jié)合形式，與國外組建合資企業(yè)，在建設(shè)24萬千瓦風電場的同時，引進技術(shù)，消化吸收，

13、達到自主開發(fā)、自行設(shè)計制造大型風電機組的能力。1996年采用招標評議方式確定“中國第一拖拉機工程機械(集團)公司”和“西安航空發(fā)動機集團公司”為大型風電機組總裝廠1998年上述中標公司分別同外商合資成立“洛陽美德風電設(shè)備有限公司”和“西安維德風電設(shè)備有限公司”，標志著中國風力發(fā)電事業(yè)揭開了嶄新的一頁。我國風電的利用大體上采用三種方式，一是戶用式，可獨立運行，用蓄電池，直流輸出或逆變交流輸出單機容量為100一300W，可基本滿足照明、電視

14、等家用電器的生活用電需要。其次是孤立的小居民區(qū)用，獨立運行，有蓄電池、直流輸出或逆變交流輸出，統(tǒng)一向各家各戶供電或每天為其更換蓄電池，單機容量為1一5kw。這種方式也可供無電風區(qū)邊防哨所、氣象臺站、雷達站、電視差轉(zhuǎn)臺以及無電區(qū)小火車站使用。三是建立風電場，聯(lián)網(wǎng)后輸出，有的與柴油發(fā)電機組或太陽能電站聯(lián)合，有穩(wěn)定的輸出。目前己有14座稍具規(guī)模的風電場，他們是新疆達坂城、廣東南澳島、內(nèi)蒙呼和浩特輝騰錫勒、內(nèi)蒙朱日和、內(nèi)蒙商都大山灣、遼寧瓦房店