高原环境对风力发电机组的影响及设计改进

摘要

以新能源的开发和高效使用为核心的低碳经济时代已经到来，风力发电作为新能源利用的主要方式之一，装机容量快速增长，在整个能源利用中的比重不断增加；同时，风电技术也进步明显，能适应各种环境使用的风电机组技术也不断涌现。我国风能资源丰富的北部、西北地区，大部分为高原环境，近年来在云南、青海等地进行的一些风电开发项目，海拔也都比较高。根据国内的标准，当海拔高度超过1000米时，就需要考虑高海拔气候环境变化对风力发电机组带来的影响。基于以上情况，本文首先研究了世界及我国风电能源及风电技术的发展情况，然后详细分析了海拔升高对气候环境及对风电机组的影响，并重点在低海拔风电机组的基础上进行功率曲线、电控系统、冷却系统、防辐射、防腐蚀以及防雷设计等方面改进，设计适合高原环境使用的改进型风电机组。海拔升高对气候环境的影响主要体现在以下方面： (1)大气压力和空气密度降低； (2)太阳光到达地面的辐射增强； (3)气温降低，且年差小，日差大； (4)其他影响，如空气绝对湿度较小；降水量较少；年大风日较多，风速变化快；低温期增长，土壤温度较低，冻结期长等。而海拔升高引发气候环境变化给风电机组运行带来的影响是不容忽视的，如额定出力不稳，容易出现过载或欠载情况；叶片翼型气动性能降低；润滑部位不能保持良好的流动性；零部件及电器设备低温疲劳失效；遭受雷击几率增加等，都会存在安全隐患。然后以云南罗平山风电场气候环境为基础，对低海拔风机的功率曲线、叶片、传动部件、冷却系统、电机、电控系统、变流器、防太阳辐射、防雷电等进行改进设计。结果证明，经过上述改进的风电机组能更好的适应高原环境使用。同时，本文对该改进型W1250Hn风电机组的整机、主要参数和主要部件也做了详细的技术描述。随着世界及我国风力发电的继续大力发展，高原型风电机组将得到进一步的完善和优化，以满足市场的需求。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 世界及我国风力发电的现状

1.1.1 世界风力发电的现状

1.1.2 我国风力发电的现状及展望

1.2 高原型风力发电机组的产生

1.3 主要研究内容

第二章 海拔升高对气候环境的影响

2.1 海拔升高对大气气压力和空气密度的影响

2.2 海拔升高对气温的影响

2.3 海拔升高对太阳日照辐射的影响

2.4 海拔升高对气候环境的其他影响

2.5 本章小结

第三章 基于高原环境影响对风机的设计改进

3.1 对功率曲线的影响及主要改进

3.1.1 高海拔对功率曲线的影响

3.1.2 针对高海拔影响对功率曲线的修正及相关部件的改进

3.2 对叶片、传动系统、冷却系统的影响及改进

3.2.1 对叶片的影响及改进

3.2.2 对传动系统部件的影响及改进

3.2.3 对冷却系统的影响及改进

3.3 对电机、电控系统、变流器的影响及改进

3.3.1 对电机的影响及改进

3.3.2 对电控系统的影响及改进

3.3.3 对变流器的影响及改进

3.4 对防太阳辐射及防雷电的影响及改进

3.4.1 对防太阳辐射的影响及改进

3.4.2 对防雷电的影响及改进

3.5 本章小结

第四章 改进型 W1250HN 高原型风机整机说明及主要部件介绍

4.1 W1250HN 型风机整机及主要参数、功率曲线介绍

4.1.1 W1250HN 风机的主要特点

4.1.2 机组总图

4.1.3 主要技术参数表

4.1.4 机组功率曲线

4.2 W1250HN 主要部件描述

4.2.1 机舱

4.2.2 叶轮

4.2.3 变桨系统

4.2.4 传动系统

4.2.5 发电机和变流器

4.2.6 偏航系统

4.2.7 制动系统

4.2.8 液压系统

4.2.9 冷却系统

4.2.10 电气系统

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表的论文