• 小型风力发电系统效率很高； • 有一定科技含量的小系统： 风力发电机＋充电器＋数字 逆变器；
• 风力发电机由机头、转体、 尾翼、叶片组成。每一部分 都很重要；
• 各部分功能为：叶片用来接 受风力并通过机头转为电能； 尾翼使叶片始终对着来风的 方向从而获得最大的风能； 转体能使机头灵活地转动以 实现尾翼调整方向的功能； 机头的转子是永磁体，定子 绕组切割磁力线产生电能。
• 连续最长无效风速小时计算法
• 例如：100W风力发电机组，运行风速3~15m/s，当地风 速小于3m/s共3361h，共计54次，平均62h，其中最长无 效风速102h，根据用户日负荷耗电为0.493kWh，蓄电池 容量为：
• C=ED/(Uηb)=493*(102/24) ÷24÷0.8=109(Ah) • E—日负荷； • D—最长连续无效风速天数； • U—蓄电池电压；
450
450 440
2
2.1 2.5 3
2
3 3 3
6
7 7 7
3
3 3 3
7
8 8 8
40
25 25 25
150
200 300 500
28
28 42 42
铁氧 体永 磁交 流发 电机
80
100
150 175
FD4-1K
4
3
9
3
8
25
1000
56
钕铁 珊永 磁交 流发 电机
185
285
FD5.4-2k
独立运行风力发电系统
独立运行的风力发电机组，又称为离网型风力发电机组。
典型的离网型风力发电系统示意图如下所示。
离网风力发电机组类型
按照用户类型分类，可以分为以下几种： 1、用于离网大用户供电的离网风力发电机组 例如：电解铝产业。 2、用于村落、农牧场供电微小型风力发电机组 目前，我国微小型风力发电机组按额定功率分主要有10 种：100W、150W、200W、300W、500W、1KW、2KW、3KW、 5KW、10KW。型式为2~3叶片，水平轴，上风向，多为永磁低 速发电机，多数为定桨距机组，叶片材料多样，设计寿命15 年。风轮功率系数大约在0.4左右，发电机组的效率在0.8左 右。
• 解：首先，把24个2V/500Ah的蓄电池串联，组成一个 48V/500Ah的电池串。然后再把相同的两组电池串并联。 • 电压：2*24V=48V • 容量：2*500Ah=1000Ah • 总存储能量：48V*1000Ah=48kWh • 共需要2V/500Ah的蓄电池48个。
蓄电池组容量选择与计算
几种型号机组的技术参数
产品型号 发电 机额 定转 速 r/mi n 400 风轮 直径 m 叶片 数 风轮 中心 高m 启动 风速 m/s 额定 风速 m/s 停机 风速 m/s 额定 功率 W 额定 电压 V 配套 发电 机 重量 kg
FD2-100
2
2
5
3
6
18
100
28
FD24-150
FD2.1-200 FD2.5-300 FD3-500
蓄电池的常用术语
1、蓄电池容量
完全充电后放电到规定的终止电压时所能给出的电量。
符号：C 2、放电率 ——以某电流放电到规定的终止电压时所经历的时间 标识：20h、10h、5h、3h、1h、0.5h C20=100A· h 20h放电率 放电电流为5A 例：C=120A· h
启动型，以20h率标定，表示C20 固定型，以10h率标定，表示C10
5.4
32000
110
1500
FD6.6-3K
6.6
3
10
4
8
20
3000
110
电刷 爪级 电容 励磁 异步 发电 机
1500
FD7-5k
7
2
12
4
9
40
5000
220
2500
FD7-10K
1450
7
2
12
4
11.5
60
1000 0
220
3000
微、小型风力发电机
小型风力发电机示意图 1- 风轮 2- 发电机 3- 回转体 4- 调速机构 5- 调 向机构 6-手刹车机构7-塔架8-逆变器9-蓄电池
3、风电盈亏平衡计算法
风电与负荷之间常会处于风电过剩或者短缺的不平衡状 态，即风电盈亏。 例：某村落安装的独立运行风力发电系统，统计出系统 总得短缺容量为 77508kWh，无效风速小时数 3639h，小时最 大短缺容量 76.6kWh ，小时平均缺电电量 21.3kWh ，通常以 小时平均缺电来计算蓄电池容量。计算公式如下：
蓄电池的串并联
1、蓄电池串联 将相同型号的n个蓄电池串联，串联后电压等于他们 各个蓄电池电压之和。 蓄电池容量保持不变。 2、蓄电池并联 将相同型号的n个蓄电池并联，并联后电流等于他们 各个蓄电池电流之和。 蓄电池容量变为单个蓄电池容量的n倍。 例如：某系统需要直流电压48V，蓄电池能够存储电量 48kWh，用一组2V/500Ah的蓄电池如何实现。
离网风力发电系统可以分为直流、交流系统
一、直流系统
独立运行的直流风力发电系统
二、交流系统，分如下两种：
交流发电机向直流负载供电
交流发电机向交流负载供电
叶片与风轮
风轮一般由2～3 个叶片和叶柄、轮毂及风轮轴等组成。
图 风轮的基本结构 1-叶片 2- 叶柄 3-轮毂 4-风轮轴
调速装置
可变桨距调速装置： 下图是美国MOD-0 型大型风力发电机变桨距调速装置
• ηb—蓄电池效率。取0.8。
• 平均连续无效风速小时计算法
• 在统计的无效风速小时数中，将1h的无效风速小时数 删去（如13次），然后以求出的年平均无效小时数作为计 算天数D，依次有： • D=（3361-13） ÷（54-13） ÷24=3.4（天）（一次平均 多少天） • C=493*3.4 ÷24 ÷0.8=87(Ah） • 考虑适当的裕度，蓄电池容量选用90Ah。
2、无效风时能量平衡法 无效风时是指当地风速小于风力发电机组发电运行的风速 的时间。在无效风速时间，机组不发电，负荷只能依靠蓄能装 置提供电能。一旦风力发电机组运行风速确定，当地的无风小 时数便可统计出来。采用无效风速小时数来 选择和 计算蓄电 池容量有两种方法。 •连续最长无效风速小时计算法 •平均连续无效风速小时计算法
侧翼装置
偏心装置
调向装置
尾舵
舵轮对风装置
四、发电机 直流发电机、永磁发电机、同步交流发电机、异步交流发电机 五、塔架 塔架用于支撑发电机和调向机构等。因风速随离地面的高度增 加而增加，塔架越高，风轮单位面积捕捉的风能越多，但造价、安 装费等也随之加大。一般由塔管和3～4根拉索组成, 高度6 m～9 m 六、控制器和逆变器 控制器的功能是控制和显示风力机对蓄电池的充电, 使其不至 于过充放, 以保证正常使用和整个系统的可靠工作。逆变器是把直 流电(12V、24V、36V、48V)变成220V 交流电的装置。 七、蓄电池 多采用汽车用铅酸电瓶, 近年来国内有些厂家也开发出了适用 于风能太阳能应用的专用铅酸蓄电池，在以后章节详细介绍。
1、年能量平衡法 所谓年能量平衡是通过分析风力发电机组一年中的发 电量与负荷耗电量之间的电能平衡关系来确定蓄电池容量。 例如：某户安装 100W 风力发电机组，年发电量 260kWh ， 扣除损耗功率，全年剩余电能约为15kWh。其中1~5月份和 10~12 月份共富余电能 21.4kWh ，而 6~9 月份共亏电能 7kWh 。 蓄电池的功能便是尽量将风电富余的电能存储起来补足亏 电的6~9月份。 已知风力发电机组输出电压24V ，若完全保证 6~9 月份 不中断供电，则配备的蓄电池容量为： C=ΔE/U=7000/24=292（Ah） 选300Ah蓄电池
用于户用供电的离网风力发电机组
离网型户用风力发电机组是指 10kW 以下独立运行的、用蓄 电池储能的小型风力发电机组。
截至 2004 年底 , 我国离网型户用风力发电机组累计产量达 293153 台, 总装机容量为89524.2kW, 预计年发电量约9246万千 瓦时。其中 ,2004 年小型风力发电机组总产量 24756 台 , 装机容 量为 11300kW 。所生产的小型风力发电机组 , 除满足国内用户需 要外, 还出口到欧洲、美洲、东南亚等23个国家和地区。其保有 量、年产量和生产能力均列世界之首。
ΔE—20%裕度用户用电量；U—蓄电池平均放电端电压；
Kc—蓄电池放电率。 考虑适当的裕度，蓄电池容量选用400Ah。
• 分析： • 1、采用年能量平衡法计算简单，但往往结果偏大。尤其 在低风月份，蓄电池会经常处于充电不足的状态，影响寿 命。 • 2、连续无效风时计算法需要提供风速的月变化曲线，对 于户用型独立风力发电系统用户来说是非常困难的。只能 通过一些年平均风速相似的典型分布曲线获取。此方法基 本满足用户需求，有时也会存在蓄电池严重放点后充电不 足。 • 3、风电盈亏平衡法主要用于村落型独立运行风力发电系 统。 • 4、基本负荷连续供电保障小时计算法是一种最简单的计 算法，适用于户用型，也适用于村落型。
C=ΔE/KcU=21.3 ÷0.1 ÷0.44=484(Ah)
ΔE—小时平均缺电量；U—蓄电池平均放电端电压； Kc—蓄电池放电率。 考虑适当的裕度，蓄电池容量选用500Ah。
4、基本负荷连续供电保障小时计算法
由于蓄电池投资大，运行费用高，独立运行发电系统有 时采用基本负荷连续供电保障小时计算法。 例：某用户生活负荷 15.4kWh ，供电端处电压 440V 。考 虑用户用电量的增长，留 20%裕度，即按 18.5kWh 计算。若 保证像基本负荷连续供电8h，计算如下： C=ΔE/KcU=18.5 ÷0.125 ÷0.44=336(Ah)