风电发展史课件.pptx

1、 风力机最早出现在三千年前风力机最早出现在三千年前,当时主要用于碾米和提水。当时主要用于碾米和提水。第一台水平轴式风力机出现在十二世纪。第一台水平轴式风力机出现在十二世纪。在农场用来给牲畜和居民提水的风力机。在农场用来给牲畜和居民提水的风力机。用来给无电地区农牧民供电的小型风力发电机。用来给无电地区农牧民供电的小型风力发电机。Charles F.Brush（1849-1929）是美国电力工）是美国电力工业的奠基人之一。他发明了一种效率非常高的直流业的奠基人之一。他发明了一种效率非常高的直流发电机应用于公共电网，发明了第一个商业化电弧发电机应用于公共电网，发明了第一个商业化电弧光灯，找到了一种高

2、效的制造铅酸蓄电池的方法。光灯，找到了一种高效的制造铅酸蓄电池的方法。他自己的公司他自己的公司Brush Electric位于俄亥俄州位于俄亥俄州Cleveland市。市。1889年他卖掉了公司，年他卖掉了公司，1892年与年与爱迪生通用电气公司合并取名通用电气公司爱迪生通用电气公司合并取名通用电气公司（GE）。）。位于俄亥俄州位于俄亥俄州Cleveland市庞大的市庞大的BRUSH 风车风车 1887-1888年冬，Brush安装了一台被现代人认为是第一台自动运行的且用于发电的风力机。它是个宠然大物叶轮直径是17米，有144个由雪松木制成的叶片。风力机运行了约20年，用来给他家地窑里的蓄电池

3、充电。这台发电机仅为12千瓦。这是因为低转速风机效率不可能太高。丹麦人Poul la Cour随后发现了快速转动、叶片数少的风力机，在发电时比低转速的风力机效率高得多。Poul la Cour（1846-1908）是一名气象学家同时也是现代风力发电机的先驱。Poul la Cour 是现代空气动力学的鼻祖，他建了一个属于他自己的风洞来实验风力发电机。图中是Poul la Cour和他的妻子。Poul la Cour致力于能源储存的研究，将风力机发出的电力用于电解来生产氢气，供他学校的瓦斯灯使用。这个计划的唯一缺点是，由于氢气中含有少量氧气致使氢气爆炸，他不得不数次更换几个学校的的窗户。1904

4、年的培训班年的培训班 la Cour每年在Askov Folk高中给风电工人做几次培训。这个图片是1904年培训班毕业照。la Cour的风力机的风力机 1897年，他发明的两台实验风力机，安装在丹麦Askov Folk 高中。此外，la Cour于1905年创立了风电工人协会，它成立一年后，就拥有了356个会员。风电期刊风电期刊 世界上第一个风力发电期刊Journal of Wind Electricity 也是由Poul la Cour创立的。1918年，丹麦约有120个地方公用事业拥有风力发电机，通常的单机容量是20-35kW，总装机约3MW。这些风电容量当时占丹麦电力消耗量的3%。丹麦

5、对风力发电的兴趣在随后的若干年逐渐减退，直到二次世界大战期间出现供电危机为止。风机风机 在二次世界大战期间，丹麦工程公司（现在是水泥机械制造商）安装了一批两叶片和三叶片的风机。丹麦风机制造商已经生产出了两叶片的风机，尽管所谓的“丹麦概念”是三叶片的风机。所有这些风机（与它们的前辈一样）发的是直流电。这些三叶片风机于1942年安装在Bobo岛，它们看起来很象“丹麦”风机。这些风机是风-柴系统中的一部分，给小岛供电。1951年，这些直流发电机被35kW的交流异步发电机取代，如此一来，第二台生产交流电的风机问世了。Johannes Juul Johannes Juul 和和 the Vester E

6、gesborg the Vester Egesborg 风力机风力机 Johannes Juul工程师是Poul La Cour在1904年开办的“风电工”培训班中的一名学生。1950年，Johannes Juul在丹麦的Vester Egesborg成为了世界上开发第一台交流风力发电机的先驱。Johannes JuulJohannes Juul风力发电机风力发电机 创新的200KW Gedser 风力发电机在1956-57年由Johannes Juul为SEAS电力公司建成，风机安装在丹麦南部的Gedser海岸。三叶片，上风向，带有电动机械偏航和异步发电机的风力发电机是现代风力发电机的设计先

7、驱。这台风力机是失速调节型风力机，Johannes Juul发明了紧急气动叶尖刹车，在风机过速时通过离心力的作用释放。基本上，现代失速型风力发电机上使用着相同的系统。这台风力发电机，在随后的很多年中一直是世界上最大的。它在无需维护的情况下，运行了11年。风力机的机舱和叶轮现在在丹麦Bjerringbro电力博物馆中展出。在1973年第一次石油危机后，几个国家起对风能的兴趣重新点燃。在丹麦，电力公司立即把目标放在的制造大型风力发电机上，德国、瑞典、英国和美国也紧跟其后。1979年，他们安装了两台630KW风力发电机，一台是桨矩控制的，另一台是失速控制的。Riisager 风力发电机风力发电机 一

8、个名叫Christian Riisager的木匠在自已家的后院安装了一台小型的22KW的风力发电机，他以Gedser风力机的设计为基础，尽可能地采用了便宜的标准部件（如，用一台电动机作为发电机，把汽车的部件用作齿箱和机械刹车）。Riisager的风力发电机在丹麦许多私人家庭中成为了成功的典范，同时他的成功给丹麦的风力发电机制造商提供了灵感，从1980年起，制造商开始设计他们自己的风力发电机。许多设计，包括Riisager的设计部分地以古典Gedser 风力机或古典低转速多叶片的美国“风能玫瑰”的经验为基础，其它的则革命一些，包括立轴的Darrieus 风机，风机采用襟翼来进行功率调节，或将液压

9、用于传动系统等。大部分风力机通常为5-11KW，按现在的标准判断它们太小了。Tvind 2 MW风力发电机与小风机不同的是Tvind 2 MW风力机，它是一台相当革命的风机。这台机组是下风向变速风机，叶轮直径为54米，发电机为同步发电机。目前，这台风力机还在正常地运行之中。早期丹麦的风力发电机与德国，美国、英国或加拿大政府资助大型风力发电机研制工程完全不同。最后，由Gedser风力发电机 改良的古典三叶片、上风向风力机设计在疯狂的竞争中成为商业赢家。RISO国家实验室因其在风能领域中的工作而广为人知。RISO国家实验室的风能和大气物理部有约100名员工从事空气弹性学的基础研究（也就是空气动力和

10、结构动力之间的交互作用）以及风资源评估工作。此外它还有一个独立的小的商业化活动，就是对风力发电机作类型鉴定。RISO最初是为风机鉴定而成立的，当时丹麦政府支持了一个项目在丹麦安装风力发电机。为了保证风力发电机购买者的利益，政府要求所有被支持的风力发电机必须通过安全鉴定。严格的安全规程（包括双重制动系统要求）使得风力发电机更安全可靠。BONUS 30kW风力发电机BONUS 30kW风力发电机从1980年开始制造，是现在制造商早期模型的代表。与丹麦大多数制造商相似，BONUS公司最初是一个农业机械制造厂。NORTANK 55KW NORTANK 55KW风力发电机风力发电机1980-1981年开

11、发的55KW风力发电机的出现是现代风力发电机工业和技术上的一个突破。随着这种风力发电机的诞生，风力发电每度电的成本下降了约50%。风能工业变得越来越专业了，此外相应的由RISO国家实验室开发的欧洲风图谱对降低度电成本也是非常重要的。这张照片展示的是Nortank55kW风力发电机组独特的选址思维方式，这些风机安装在丹麦Ebeltoft镇的一个港口码头。伟大的加利福尼亚风暴伟大的加利福尼亚风暴 在八十年代初，数千台风力发电机被运送到美国加利福尼亚。Micon 55kW风力发电机也是其中之一，它被运到加州Palm Springs的一个拥有一千多台风力机的大型风电场。早5年开始制造风力机的丹麦制造商

12、比其它国家的公司销售业绩更佳。在加利福尼亚有将近一半的风机来自丹麦。大约在1985年，在加利福尼亚支持计划终结的前一夜，美国的风能市场消失了。尽管看起来市场已经堀起，但从那时起只有很少量的装机投运。现在德国已成为世界上最大的风电市场，而且德国的装机也是世界上最大的。七、现代风力机七、现代风力机 丹麦丹麦 Avedore Holme 这张照片拍摄的是Avedore风电场，距丹麦哥本哈根市只有5公里。邻近250MW的火电厂，安装了12台Bonus 300kW 风力机和一台1000kW电力公司试验风力机。丹麦的风电场Middelgrunden丹麦现在的风电总装机约2000MW,有约6000台风力机在

13、运行。其中80%风力机属于个人或当地风力机合资公司。丹麦最大的风电场是Middelgrunden，而且它还是当时世界上最大的海上风电场，拥有20台Bonus 2MW风力机，总装机为40MW。丹麦最大的陆地风电场是位于洛兰岛的Syltholm风电场，拥有35台NEG Micon750kW风力机，总装机容量为26.25MW。八、海上风电场八、海上风电场 Vindeby Vindeby风电场位于波罗的海丹麦海岸，于1991年由公用事业公司SEAS建成。风电场拥有11台Bonus450kW失速调节型风力机，风机位于洛兰岛海岸1.5至3公里以北，靠近Vindeby村。这些风力机经过修改在塔架内有足够的空

14、间放置高电压变压器，而且门的位置比正常的风机高一些。在后来的TunoKnob项目采用了同样的修改方案。此外，在现场安装了两个风速仪塔来研究风况和湍流。通过RISO国家实验室的研究已经获得了一些关于海上风况的结果。尽管由于洛兰岛对南部的风遮敝使得产量有一些减少，但发电量比容量相同的陆地风电场还是高出20%。Tuno Knob Tuno Knob海上风电场位于丹麦海岸的Kattegat海域，由Midtkraft公用事业公司建造。这张照片展示的是水上浮动式起重机在从事安装工作。风电场拥有10台Vestas500kW风力发电机。风力机根据海洋环境进行了修改，每台风机上都安装了一个电动吊用来更换主要部件

15、如发电机，而无需使用浮吊。此外，这些风机的齿轮箱也进行了修改，转速比陆地风机提高了10%。这样可使电产量增加5%。海上风能的未来海上风能的未来海上风能开发是风电的一个非常有希望的应用，对那些高人口密度和在陆地上很难找到合适安装地点的国家尤为如此。在海上的安装成本高得多，（目前近海风电投资1650欧元/kW，陆地风电投资700-1000欧元/kW）。但电量生产同样也很高。丹麦电力公司已宣布了在2000年后将安装4000MW海上风电的计划。4000MW的装机预计每年可发电13.5TWh，相当于丹麦电力总消耗的40%。浮标概念基础三角架基础三角架基础桩基础重力概念基础风力发电项目成本构成风力发电项目

16、成本构成九、兆瓦级风力发电机九、兆瓦级风力发电机 Nortank1500 图片上是NEG Micon1500kW风机，于1995年投入运行。此型风机最初的模式是叶轮直径为60米，两台750kW发电机并联。最新的模式是1500/750kW模式（两台750KW发电机）叶轮直径为64米。这张照片在丹麦西部靠近Esbjerg市的 Tjaereborg拍摄的。Vastas 1.5MW Vastas 1.5MW风机的原形于1996年问世。最初的模式是63米叶轮直径，一台1500kW发电机。最新的模式是68米叶轮直径一台两极发电机1650/300kW。照片上吊车正在吊装机舱。在它的左侧可以看到ELSAM 2

17、MW测试风机（混凝土塔架），还有再远一些的NEG Micon 1500kW风力机。兆瓦级风机的未来兆瓦级风机的未来 到1998年兆瓦级风机的出现之前，600和750kW的风机一直是主流。兆瓦级风机主要用于海上或安装地点稀少的地区，因而兆瓦级风机可以开发利用更多的风资源。十、多兆瓦级风力机十、多兆瓦级风力机 NEG Micon 2MW NEG Micon 2MW风力机于1999年8月投入运行。叶轮直径为72米。在这种条件下（丹麦Hagesholm），风机塔架高度为68米。在图片的背景中可以看到另两台风机的基础。风机将用于海上风电。外界象1500kWNEG Micon这样的风机如此之多，致使你不得

18、不通过观察风机的停止状态（叶片侧风）来区别：2MW的风机叶片是桨矩调节的，因为风机是主动失速控制，而1500kW风机是被动失速控制。Bonus 2MW Bonus 2MW于1998年秋投入运行。叶轮直径为72米。在这种状况下（德国威廉港），塔架为60米。风机主要为海上风电场而设计，为混合失速控制（Bonus商标上称其为主动失速）。类似的风机有Bonus 1MW 和1.3MW风机。Nordex 2.5MWNordex 2.5MW风机于2000年春投入运行。叶轮直径为80米。图片中的风机位于德国Grevenbroich，塔架高度为80米。风机为桨矩控制。现在是世界上最大的商业化风力发电机。GE 3

19、.6MW额定功率额定功率 叶轮直径叶轮直径 轮毂高度轮毂高度 功率控制功率控制 叶轮转速叶轮转速 5 MW 126,0 m 100120 m 陆地 电动变桨 6,912,1 1/min 90100 m 近海十一、风力发电技术发展现状十一、风力发电技术发展现状 PFCfrequency converterDCgenerator sideconverterline sideconverterwind turbine controlbrakepitch driverotor bearingsynchronousgenerator converter control10.24 kV,f=50 Hz l

20、ine coupling transformermain circuitbreakermedium voltageswitchgear永磁无齿箱直接驱动发电机永磁无齿箱直接驱动发电机发电机转速 =频率(50 Hz)x 极对数低机头总重量低机头总重量 降低造价降低造价 降低安装成本降低安装成本 对系统受力有利对系统受力有利frequency convertersynchronous generator(speed typically 120.450 rpm)integratedgearbrakepitch driverotor bearingwind turbine controlconvert

21、er controlDCgenerator sideconverterline sideconverter10.24 kV,f=50 Hz or 60 Hzline coupling transformermain circuitbreakermedium voltageswitchgear Vensys 62,1.2 MW,直驱 Zephyros Z-72,2.0 MW,直驱,4000 V Pfleiderer 116,5.0 MW,变速 Lagerway,2.0 MW,直驱ABB开发永磁机，直驱 重量重量叶轮31500 kg 机舱（不含叶轮）45000 kg 塔架 96500 kg 总重

22、173000 kg NORTANK 55KW NORTANK 55KW风力发电机风力发电机1980-1981年开发的55KW风力发电机的出现是现代风力发电机工业和技术上的一个突破。随着这种风力发电机的诞生，风力发电每度电的成本下降了约50%。风能工业变得越来越专业了，此外相应的由RISO国家实验室开发的欧洲风图谱对降低度电成本也是非常重要的。这张照片展示的是Nortank55kW风力发电机组独特的选址思维方式，这些风机安装在丹麦Ebeltoft镇的一个港口码头。七、现代风力机七、现代风力机 丹麦丹麦 Avedore Holme 这张照片拍摄的是Avedore风电场，距丹麦哥本哈根市只有5公里。邻近250MW的火电厂，安装了12台Bonus 300kW 风力机和一台1000kW电力公司试验风力机。GE 3.6MW十一、风力发电技术发展现状十一、风力发电技术发展现状 Vensys 62,1.2 MW,直驱 Zephyros Z-72,2.0 MW,直驱,4000 V Pfleiderer 116,5.0 MW,变速 Lagerway,2.0 MW,直驱ABB开发永磁机，直驱