1、III1.5MW风力发电机总体设计摘 要风是一种永不枯竭的清洁能源，随着传统能源的日渐枯竭，人们对风能的利用也越来越重视。特别是随着控制技术和制造技术的发展，风力发电机组的规模不断扩大，兆瓦级以上的风力发电机的研制已成为目前风电产业的主要发展方向。本次设计对1.5MW的风力发电机机组结构的总体布局，总体参数的规划以及各组成部件的选型原则和设计要求进行阐述。关键词：MW级风力发电机，总体设计 The overall Design of 1.5MW Wind Power GeneratorAbstract The wind is an inexhaustible clean energy, Alo
2、ng with the traditional energy sources dried up with each passing day, people are paying more and more attention to the use of wind energy.Especially with the control technology and the development of production technology, expanding the scale of wind power generating unit，MW above the level of the
3、development of wind turbines has become the main direction of the development of wind power industry.The design of1.5MW wind generator structure of the overall layout, the overall planning and the parameters of each component selection principles and design requirements .KEY WORDS: The MW class wind
4、 generator, Overall design目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 课题研究背景11.2 国外风力发电机发展现状11.3 国内风力发电机的研制情况21.3.1我国风力发电机发展历史21.3.2 我国风电发展存在问题51.4 本课题研究的意义72 1.5mw风力发电机组总体方案的设计72.1 风电机组功能的设计72.1.1 风电机组功率的调节方式设计82.2.2风力发电机组的系统选型设计92.2 风力发电机组总体布局103 风电机组的各组成部分的设计计算143.1风轮的设计估算143.2 叶片的设计153.2.1 叶片材料的选择153.2.2 叶片的翼型选择和
5、尺寸计算173.3.1主轴支撑形式的选择183.3.2 轴系连接件的选择193.3.3 风机主轴的设计计算23(1）确定输出轴的运动和动力参数。233.4增速箱的结构设计243.5变桨距系统系统设计273.6偏航传动系统的设计283.7 风力发电机组机舱与塔架的总体设计293.7.1 机舱的总体设计293.7.2 塔架的设计314 设计总结324.1 设计过程324.2 需求改进324.3 设计心得33致 谢36参 考 文 献37311.5MW风力发电机组总体设计1 绪论1.1 课题研究背景风是一种永不枯竭的能源。地球上的风能大大超过水流的能量, 也大于固体燃料和液体燃料能量的总和。有人估计过
6、, 地球上可用来发电的风力资源约有 l00 亿千瓦, 几乎是现在全世界水力发电装机的 l0 倍。目前世界每年燃烧煤所获得的能量,只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此, 国内外都很重视利用风力来发电, 开发新能源。在各种能源中, 风能是利用起来比较简单的一种, 它不同于煤、石油、天然气, 需要从地下采掘出来, 运送到火力发电厂的锅炉设备中去燃烧; 也不同于水能, 必须建造坝, 来推动水轮机运转; 也不像原子能那样, 需要昂贵的装置和防护设备。风能的利用由于简单, 且机动灵活, 因此有着广阔的前途。特别是在缺乏水力资源、缺乏燃料和交通不方便的沿海岛屿、山区和高原地带, 都具有速度很高的风,
7、这是很宝贵的能源, 如果能利用起来发电对当地人民的生活和生产都会很有利的。1.2 国外风力发电机发展现状风能是非常重要并储量巨大的能源，它安全、清洁、充裕，能提供源源不绝，稳定的能源。近年来, 资源的短缺和环境的日趋恶化使世界各国开始重视开发和利用可再生、且无污染的风能资源。目前，利用风力发电已成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，而且发展速度最快。风电行业的真正发展始于1973年石油危机，美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入大量经费，用新技术研制现代风力发电机组，80年代开始建立示范风电场，成为电网新电源。在过去的20年里，风电发展不断超越其预期的发展速度，一直保持着
8、世界增长最快的能源地位 近年来，风电发展不断超越其预期的发展速度，而且一直保持着世界增长最快的能源的地位。截止2008年末，全球累计装机容量达到120.8GW，增长幅度为28.8%，高于近十年的年均复合增长率平均值。 20 年来, 世界上已有近30 个国家开发建设了风电场(是前期总数的3 倍) , 风电场总装机容量约1400 万kW (是前期总数的100 倍)。目前, 德国、美国、丹麦以及亚洲的印度位居风力发电总装机容量前列, 且未来计划投资有增无减。到2007年底，全球风力发电安装容量达94112兆瓦，其中2007年全球新增风力发电装机容量约20073兆瓦，与2006年的15197兆瓦相比增
9、长达到32%。全球安装容量最大的国家是德国（22247MW）、美国（16818MW）、西班牙（15145MW）、印度（8000MW）和中国（6050MW）,2007年新增安装容量最多的国家是美国（5244MW）、西班牙（3522MW）、中国（3449MW）、印度（1730MW）和德国（1667MW）。预计到2020年，新增安装容量达10万兆瓦。德国风力发电装置和技术处于世界领先地位，尤其受到国外客户的青睐，全球风能市场的快速发展给德国风力发电产业提供了良好的机会。德国非常重视风能的开发和利用，出台了非常有效的政策和措施，促进和鼓励风能技术的开发和利用。2005年以来，全球风电累计装机容量年平均
10、增长率为27.3%，新增装机容量年平均增长率为36.1%，保持着世界增长最快能源的地位。2010年全球装机容量达196630MW，新装机容量37642MW，比去年同期增长23.6%。目前，德国、西班牙和意大利三国的风电机组的装机容量约占到欧洲总量的65%。近年来，在欧洲大力发展风电产业的国家还有法国、英国、葡萄牙、丹麦、荷兰、奥地利、瑞典、爱尔兰。欧洲之外，发展风电的主要国家有美国、中国、印度、加拿大和日本。迄今为止，世界上已有82个国家在积极开发和应用风能资源。丹麦是风力发电先进国家之一，它将风力发电作为国策，已有风力发电站近4000座，总装机容量73xkw，发电总量达到634xw，相当于一
11、个中等规模的核电站发电量，占全国能源总消耗量的3.7%。丹麦风电产业自20世纪80年代起步，如今其风电机组已主导着全球的市场。风电成功的原因之一在于，每届政府对国家能源计划的立场都非常坚定，务求减少对进口燃料的依赖，尽量做到可持续发展。最近又提出到2030年风电将满足约一半的电力需求。德国的风能资源远不如法国和英国丰富，但风电发展的世界领先地位却毋庸置疑。20世纪80年代，德国政府资助了一系列研究计划；1991年，国会又通过了强制购电法，为清洁能源提供足够的激励机制并建立起市场，并能参与煤电和核电竞争。由于环保者的努力，政府还设定了到2025年风电至少供应25%发电量的目标瑞典从七十年代开始风
12、力发电的开发，经过20多年的努力，己成为该领域的领先者之一，到2005年底，装机容量己达到9.5xkw。220多座风力发电站，大部分位于南部地区和波罗的海的厄兰岛及哥德兰岛上，哥德兰岛的风力发电量可保证全岛68%的能源需求。为了更充分地利用风力资源，瑞典成立了包括一系列电力供应公司的专门财团，目标是在近几年内使风力发电量增加4倍。瑞典由于场地问题，致力于海洋风力发电。由于建设费和与输电的连接费用高，所以规模有大型化的倾向。 印度是发展中国家的先锋。风电最初的发展动力来自非常规能源部(MNES)鼓励能源的多元化指导。为了找出最有利的地点，MNES在全国建立起风速测量站的网络。为投资者提供投资成本
13、折旧和免税等多种经济优惠，在2002年推出的免税计划中规定，风电场前10年的收入可享受100%的免税。此外，各省还制定自己的优惠政策。1.3 国内风力发电机的研制情况1.3.1我国风力发电机发展历史我国风力发电概况中国是一个风力资源丰富的国家, 风力发电潜力巨大。据1998 年统计, 风力风电累计装机22.36万kW , 仅占全国电网发电总装机的0.081% , 相对于可开发风能资源的开发率仅为0.088%。中国第一座风力发电场于1986 年在山东荣成落成, 总装机较小, 为355kW。到1993 年我国风电场总装机容量达17.1MW , 1999 年底, 我国共建了24 个风力发电场, 总装
14、机268MW。我国风力发电场主要分布在风能资源比较丰富的东南沿海、西北、东北和华北地区, 其中风电装机容量最多的是新疆已达72.35kW。在未来2 3 年内, 我国计划新增风电场装机容量将在800MW 以上, 并且将会出现300 400MW 的特大型风力发电场。中国风电设备制造业发展经历了三个阶段：一是1985 -1995年期间，通过建设运营风电场，中国开始学习国外风力发电设备制造技术；二是1996-2000年期间，中国通过引进技术实现本地化风电机组制造；三是2000年至今，中国正在进行风电设备产业化生产、兆瓦级风电机组的研发工作。19861995年即“七五”至“八五”期间，山东荣城于1986
15、年建成了全国第一座并网型风电场，总装机容量为1MW；1990年全国已建起4座并网型风电场，总装机容量为4MW，其最大单机容量为200kW；到1995年全国已建成5座并网型风电场，总装机容量为36MW，其最大单机容量为500kW。这10年，实现了我国并网型风电零的突破，建设有32MW级的中型风电场，为我国风电高技术产业的形成和发展打下了基础。从下表可以看出，1996年以后，即我国通过引进技术实现本地化风电机组制造以后，我国的风电装机容量增长的绝对量水平大大提高。在此以前，每年装机容量的绝对增长量最高水平不超过2万千瓦，但是此后每年的绝对增长量比1996年以前至少提高了一倍以上，最高的1997年甚至达到了11万千瓦。 表1-1 1996-2007年我国风力发电装机容量及其增长情况年份总装机容量（万千瓦）增速（%）新增量（万千瓦）19900.4119910.4919.510.0819921.45195.920.9619931.7117.930.2619942.6353.800.921995
