24
1.3.3 风电技术发展
技术发展主要在提高风能利用量（低风速、高海拔、 海上、大型化、变速恒频）、改善机组性能（提高寿 命、降低成本、适应恶劣气候、适应电网、智能监控、 完善标准）方面，具体体现在： 1、水平轴风电机组技术成为主流 2、风电机组单机容量持续增大 3、变桨变速功率调节技术得到广泛采用 4、双馈异步发电技术仍占主导地位 5、直驱式、全功率变流技术得到迅速发展 6、大型风电机组关键部件的性能日益提高
4
能量
能量是物质运动的一种度量，也是物质存在的一 种形态，一般指其具有的做功能力。
目前，通常认为有以下六种能量形式：
机械能：动能： EV

1 2
mV
2
重力势能：EP mgh
热能：Eq
弹性势能：EK
m T2 CdT T1

1 2
KX 2
表面能：ES
S
电能：Ee UI
以及化学能、辐射能、核能。
标准名称 电工术语-风力发电机组 风力发电机组-安全要求 风力发电机组-功率特性试验 风力发电机组-1：通用技术条件 风力发电机组- 2：通用试验方法 风力发电机组-验收规范 风力发电机组-电能质量测量和评估方法 风力发电机组装配和安装规范 风力发电机组-控制器-技术条件 风力发电机组-控制器-试验方法 风力发电机组-异步发电机-1：技术条件 风力发电机组-异步发电机-2：试验方法 风力发电机组-齿轮箱 风力发电机组-塔架 风力发电机组-设计要求 风力发电机组-风轮叶片 风力发电机组-液压系统 风力发电机组-偏航系统-1：技术条件 风力发电机组-偏航系统-2：试验方法 风力发电机组-制动系统-1：技术条件 风力发电机组-制动系统-2：试验方法 滚动轴承 风力发电机轴承 风电场风能资源测量方法 风电场风能资源评估方法
表 1-8 并 网 型 风 力 发 电 机 组 的 部 分 相 关 标 准
标准代号 GB/T 2900.53-2001 GB/T 18451.1-2001 GB/T 18451.2-2003 GB/T 19960.1-2005 GB/T 19960.2-2005 GB/T 20319-2006 GB/T 20320-2006 GB/T 19568-2004 GB/T 19069-2003 GB/T 19070-2003 GB/T 19071.1-2003 GB/T 19071.2-2003 GB/T 19073-2003 GB/T 19072-2003 JB/T 10300-2001 JB/T 10194-2000 JB/T 10427-2004 JB/T 10425.1-2004 JB/T 10425.2-2004 JB/T 10426.1-2004 JB/T 10426.2-2004 JB/T 10705-2007 JB/T 18709-2002 JB/T 18710-2002
3
第一章 绪论
地球上的能源与环境问题
随着生产力和生活水平提高，世界能源消耗迅速 增长——在20世纪，世界人口增长4倍，而能源 消耗增长16倍。
常规的化石能源储量有限，面临数量紧缺和价格 提高。
化石能源开发和燃烧利用加剧了人类和地球生物 生存环境的恶化。
出路是调整能源结构、开发利用清洁可再生能源。
丹麦 334 3497 2.2%
15
据国家电网公司统计2011年并网风电装机容量5258万千瓦。
16
1.2.3 风电发展概况（续）
我国规划的大型（千万千瓦、百万千瓦级）风电基地分布图
17
1.3 风力发电技术与发展
1.3.1 机组类型
微型、小型、中型及大型风电机组 离网型风电机组和并网型风电机组 水平轴风电机组、垂直轴风电机组
发布时间 2005-1 1996-1 2009 2002 1998-2 2001-6
风力发电机组 第14部分：声功率级和音质
2005
风力发电机组 第21部分：电能质量测量和评估方 2001 法
风力发电系统-23：风轮叶片的全尺寸比例结构试 2001-4 验
风力发电系统-24:避雷装置
2002-7
31
IEC 61400-23
IEC 61400-24
表1-7 IEC有关风电机组的部分标准
标准名 风力发电系统-1:设计要求 风力发电系统-2:小型风轮机的安全要求 风力发电系统-3:海上风电机组设计要求 风力发电机组 第11部分：噪声测量技术 风力发电系统-12:风轮机动力性能试验 风力发电系统-13：机械负载的测量
27
28
1.4 风电相关标准
现代并网型风电相关的专业技术标准大致涉及以下 几方面： 风资源评估 风电机组设计与认证 风电场设计与运行
29
1.4 风电相关标准（续）
国际电工委员会（IEC）标准
《风力发电系统-第一部分：设计要求》 《海上风电机组设计要求》
国外主要风电标准
18
微型、小型、中型及大型风电机组
按照额定功率的大小，可以将风电机组分为： 1）微型风力发电机组：额定功率小于1KW。 2）小型风力发电机组：额定功率1KW～
99KW。 3）中型风力发电机组：额定功率100KW～
600KW。 4）大型风力发电机组：额定功率大于600KW。
19
离网型风电机组和并网型风电机组
203500
74122 47693 59024
159213 120903 93930
0 2001
2002
2003
2004
2005 2006 年度
2007
2008
2009
2010
世界风电装机容量（来源：世界风能协会（WWEA）2009世界风能报告）
国家 当年装机 累计装机
比例
美国 9922 35159 22.1%
华北电力大学控制与计算机工程学院
风力发电原理
课程简介
第一章：绪论 第二章：风能及其转换原理 第三章：风力发电机组结构 第四章：风力发电机 第五章：风力发电机组的控制技术 第六章：垂直轴风力发电机组 第七章：离网风力发电系统
2
基本要求
了解风能及其利用 掌握大型并网风力发电机组的基本结构 掌握各部件的基本原理 了解风力发电技术发展
德国 《风能转换系统的认证准则 》 丹麦 《风机的载荷和安全标准 》 挪威 《海上风电机组结构设计标准》
中国主要风电标准
中国有现行风力机械标准59个，其中并网型风力发电机组标准21个， 离网型风力发电机组标准38个。
这些标准主要分为国家标准和行业标准两类。
30
标准号 IEC 61400-1 IEC 61400-2 IEC 61400-3 IEC61400-11 IEC 61400-12 IEC 61400-13 IEC 61400-14 IEC61400-21
我国全年风速大于 3m/s的小时数的分布图
13
1.2.2 我国风能资源（续）
中 国 有 效 风 能 分 布 图
区别
平均风速（米/每秒）
分布地区
丰富区 较丰富区 可利用区 贫乏区
＞6.5
东南沿海、山东半岛和辽东半岛、三北北部区、松花江下游区
5.5～6.5
东南沿海内陆和渤海沿海、三北南部区、青藏高原区
10
1.2 中国风能资源与开发
1.2.1 风能特点
风能蕴藏量大、分布广。 风能是可再生能源。 风能利用基本没有对环境的直接污染和影响。 风能的能量密度低。 不同地区风能差异大。 风能具有不稳定性。
11
1.2.2 我国风能资源
我国风能密度分布图
12
1.2.2 我国风能资源（续）
流风力发电机，用来给家里的蓄电池充电。 1891——丹麦物理学家Poul La Cour建造了一台30KW左右的具有
现代意义的风力发电机组，发出直流电，用于制氢。 1926——德国科学家Albert Betz对风轮空气动力学进行了深入研
究，提出了“贝茨理论”，指出风能的最大利用率为59.3%，为现 代风电机组空气动力学设计奠定了基础。 1940——美国工程师Palmer Cosslett Putnam与S.Morgan Smith公司合作，制造出风电发展历史上第一个1250kW超大型的 Smith-Putnam风电机组。 1942——德国人Ulrich Huetter提出“叶素动量理论”。
中国
德国 西班牙 印度 意大利 法国
英国
13800 1880
2460
1338
1114
1117
897
26010 25777 19149 10925 4850
4521
4092
16.3% 16.2% 11.5% 6.8%
3.0%
2.8%
2.6%
2009年世界风电装机最多的十个国家（MW）
葡萄牙 673 3535 2.2%
我国风力发电始于20世纪70年代，80年代后研制并网机组。 8
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) Brush的风电机组 b) Poul la Cour的风电机组 c) Smith-Putnam的风电机组
早期的风电机组
9
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) 德国人Huetter建造的风电机组W-34 b) 丹麦人Johannes Juul建造风电机组Gedser 现代风电机组的先驱
21
水平轴风力发电机组
水平轴风力发电机类型
22
垂直轴风力发电机组
垂直轴风力发电机类型
23
1.3.2 大型水平轴并网机组基本结构
目前在并网风力发电领域主要采用水平轴风电机组形式，其基本 结构包括由风轮、传动系统、发电机、控制与安全系统、偏航系 统、机舱、塔架和基础等组成。