关于风力发电的论文题目范文第1篇
1 目前我国风力发电存在的问题——以新疆能源有限公司为例
就目前华电福新新疆能源有限公司在利用风电进行发电时, 面临的问题主要有两点, 一是发电厂的电能输送困难, 二是利用风力进行发电, 成本相对较高。关于风力发电存在的问题, 具体内容如下:
1.1 电能输送困难:
新疆能源有限公司在利用风电发电时, 电能输送较为困难, 相关的输送电配套设备没有建设完成, 难以实现风能发电的电能供应。风能发电, 必须具备风能资源, 而风能丰富地区, 距离城市较远, 想要完成电能输送, 必须进行有效地电网工程建设。新疆能源有限公司进行风能发电, 由于远距离输电配套设施没有建立, 想要进行远距离输送, 较为困难。除此之外, 在进行发电过程中, 如何建立有效的电能存储装置, 是输电的保证和必然选择[1]。风能发电具有不稳定性特点, 不对电能进行有效存储, 一旦停止刮风, 相关设备将无法进行发电, 容易导致电能供应中断。
1.2 风力发电技术尚不成熟:
风能发电这一技术尚处于研发阶段, 虽然得到了应用, 但技术尚不成熟, 一次性建设成本较高, 对于实现电力行业经济效益来说, 具有一定的阻碍性。新疆能源有限公司在利用风能发电过程中, 如何实现风力发电技术的合理有效应用, 是当下面临的一个重要问题[2]。
2 针对于风力发电存在问题的解决措施分析
新能源的应用, 是缓和当下能源矛盾尖锐, 促进经济社会协调、可持续发展的重要举措, 也是实现我国可持续发展战略目标的重要选择。针对于风力发电存在的问题, 笔者结合自身工作经验, 认为应从以下几方面进行考虑:
第一, 加大电网建设力度。电网建设对于促进风能发电来说, 具有重要意义。我国电网建设速度较为缓慢, 这一点, 严重影响了风能发电的发展。就新疆能源有限公司利用风能发电的现况来看, 若是电网建设能够与自身发电情况配套, 可以更好地将风电进行输送。在进行电网建设过程中, 政府应充分发挥作用, 加大对电网建设的投入[3]。这样一来, 新疆能源有限公司可以更好地实现电能输送, 解决风能发电输送难题。同时, 国家应该加大对风能发电的财政投入, 鼓励能源公司对风能发电进行科研, 促进风能发电技术的发展和进步;
第二, 根据风能发电的实际情况, 制定合理的价格体系。风能发电成本较高这一问题, 在很大程度上限制了风能发电的应用。随着社会经济的发展, 经济全球化趋势进一步加强, 导致电力行业市场竞争加剧, 企业之间的竞争日益激烈, 在这样的经济形势下, 供电企业、能源公司为了更好地实现经济利益, 更希望实现低成本发电, 以获得更好地经济效益, 增强自身在市场中的竞争力。电力价格不变的情况下, 电能成本的增加, 将严重影响到企业经济效益, 不利于促进企业的发展。在应对这一问题时, 可以制定合理的价格体系。新疆能源有限公司可以更具国家相关规定, 对风力发电的价格进行适当调整, 以多出的利润, 进行风力发电投资, 这样一来, 有利于促进风力发电这一技术的发展和实际应用;
第三, 加强风力发电技术的创新。随着风力发电技术得到国家的重视, 这一技术在未来发展过程中, 必然会有着较大的利润空间, 对此, 加强技术创新工作, 更好地实现技术进步, 对于新疆能源有限公司未来发展来说, 具有重要意义。
3 结语
综上所述, 我们不难看出风力发电技术在电力行业未来发展中的重要作用, 加强风能的应用, 可以更好地实现电力行业的清洁生产, 降低对能源资源的消耗, 对于实现电力行业可持续发展目标来说, 意义重大。因此, 电力行业未来发展过程中, 要注重对这一技术的应用, 加强风力发电技术的创新, 使之能够切实地在电力行业中发挥应有作用。
摘要：随着社会经济的发展, 电力行业在我国国民经济建设中的地位越显突出, 加强电力行业发展, 实现电力行业节能降耗发展目标, 成为我国电力行业发展过程中面临的一个重要问题。新能源的应用, 对于实现电力行业节能降耗发展来说, 具有十分重要的意义, 本文对这一问题的研究, 探讨了华电福新新疆能源有限公司在利用风力发电过程中的问题, 希望能为风力发电新能源的应用, 提供一些参考和建议。
关键词：风力发电,新能源,问题,解决措施
参考文献
[1] 刘慧媛.110k V风力发电厂110k V变压器中性点接地问题研究[J].科技风, 2013, 15:103+105.
[2] 张向宏, 李国娟.风力发电厂设备调试过程管理现状与问题[J].经营管理者, 2013, 20:149.
关于风力发电的论文题目范文第2篇
【摘 要】与水平轴风力发电机组相比，垂直轴风力发电机组在叶片设计方法、安全性、环境保护、发电效率、经济效益、结构、维护等方面具有系列优点。技术因素和经济因素是制约垂直轴风力发电机组发展的两大因素。基于广阔的市场空间和已经取得的技术进步，在政策引导和经济杠杆的积极推动下，垂直轴风力发电机组将呈现广阔的发展前景。
【
【关键词】垂直轴风力发电机组;优点;影响因素;发展前景
【
1 引言
风轮的旋转轴垂直于地面或者来流方向的风力发电机组称为垂直轴风力发电机组。其主要的特征是旋转轴垂直于地面，风轮旋转平面与风向平行。由于一定的经济与技术原因，目前国内风电场所使用的大型风力发电机组中，绝大部分是水平轴风力发电机组。随着风能开发力度的不断加大，垂直轴风力发电机组相关技术研发及其应用正日益受到重视，成为风电装备制造领域和风电开发应用的重点课题。
2 与水平轴风力发电机组相比，垂直轴风力发电机组具有系列优点
2.1 支撑叶片设计的方法相对科学
目前，支撑水平轴风力发电机组叶片设计的主要是动量-叶素理论，Glauert法和Wilson法是其常用的方法。但由于叶素理论忽略了各叶素间的流动干扰，在应用相关理论设计叶片时，忽略了翼型的阻力，导致计算结果不准确，虽然这种简化对于叶片外形设计影响较小，但对风轮风能利用率的影响却比较大。同时，由于风轮各叶片之间的干扰非常强烈，整个气流较复杂，如果只依靠叶素理论，很难获得精确的結果。
随着计算流体动力学（CFD）的技术快速发展，目前的CFD技术完全能够在计算机上模拟复杂外形下的复杂流动，如叶片的激波运动和强度、流动的分离、表面压力分布、涡的生成与传播、受力大小以及力的变化等，都可以通过计算机运算并形象地在屏幕上显示出来。运用CFD方法设计垂直轴风力发电机组的叶片，其精度远比叶素理论高得多;同时，在CFD技术的实际应用方面，对Darrieus式H风轮，叶片的每个截面都相同，这样就可以简化为二维模型，使计算网格数大大下降。
2.2 安全性较高
①安全性。根据空气动力学及工作原理，垂直轴风力发电机组可分为阻力型和升力型两类。阻力型主要是利用空气流过叶片时所产生的阻力作为驱动力，而升力型则是利用空气流过叶片时所产生的升力作为驱动力。垂直轴风力发电机组的叶片有Φ式、H式、S式、平板摆转式、风杯式等，相比于水平轴风力发电机组的三叶片，垂直轴风力发电机组的叶片有良好的气动外形，轻便灵活、安全稳定，主要受力点集中于轮毂，因此，叶片不容易脱落、断裂和飞出。②抗风能力。垂直轴风力发电机组采用了水平旋转和三角形双支点设计原理，使其减小受风的压力，有的可以抵抗45m/s的强台风。③制动装置。为了抵御强台风，风力发电机需要具备制动刹车功能。垂直轴风力发电机组配置机械手动及电子自动制动两种制动装置，能有效地降低风机在强风速时的振动，提高安全性和可靠性。
2.3 更环保
随着越来越多的大型风电场的建立，一些由风力发电机组引发的环保问题也逐渐凸显出来，包括噪声和对当地生态环境的负面影响，但垂直轴风力发电机组在这方面表现相对较佳。
①噪声。垂直轴风力发动机组的叶片应用CFD技术设计以及采用了水平面旋转的方法，能使噪声降低到在自然环境下监测不到的程度。②对当地生态环境影响。水平轴风轮的叶尖速比一般为5～7，在这样的高速下，叶片切割气流将会产生很大的气动噪声，这将导致很多鸟类难以生存，民居、城市公共设施等成为风电布局的禁区。而垂直轴风轮的叶尖速比则比水平轴的小得多，一般是在1.5～2，基本上不产生气动噪声，达到了静音的效果，完全可以避免上述问题的出现。
2.4 发电效率和经济效益更高
①回转半径更小，发电特性较佳。得益于垂直轴风力发电机组的设计结构和运转原理，在保持相同功率的情况下，其回转半径可以做到更小，既节省空间，又提高了效率。相关的风洞实验表明，Darrieus式H型风轮机的起动风速只需2m/s即可，远低于水平轴风力发电机组的起动风速。另外，垂直轴风力机发电功率曲线上升幅度较平缓，在5～8m/s风速范围内，其发电量比其他类型的风力发电机组高10%～30%。
②利用风速范围较宽，风能利用率较高。垂直轴风力发电机组采用了特殊的控制原理，把适合运行的风速范围扩大到2.5～25m/s，使它在最大限度利用风力资源的同时，获得更大的发电总量，提高了风电设备的经济效益。中国空气动力研究与发展中心曾做过相关的风洞实验，实测小型水平轴风力发电机组利用率为23%～29%。而通过CFD模拟的结果来看，垂直轴风轮的风能利用率比水平轴的高，国外有机构通过实验也表明，垂直轴风轮机的风能利用率在40%以上。
2.5 结构更合理，维护更方便
①疲劳寿命长。水平轴风力发电机组的叶片具有展向长、弦向短的特点，在旋转过程中，受到气动力、惯性力、弹性力和重力等的综合作用，属于交变载荷;同时，剧烈的振动也会加速叶片材料的疲劳，减小其使用寿命。垂直轴风轮的叶片则不同，在旋转过程中的受力情况比水平轴好得多，所受到的惯性力与重力相对恒定，因此，其疲劳寿命要比水平轴的长。②结构相对简单，可以适应不同方向的来风。垂直轴风力发电机组可以接受任意方向的来风，具有利用风能的自适应性，因此，它不需要安装对风专用的偏航装置，既降低了机组成本，又可以减少风轮对风时的陀螺力，提高了系统的安全可靠性。③抗形变能力较强。水平轴风力发电机叶片呈悬臂梁形状，展向较长，叶片容易发生弯曲和扭转变形，这些变形会使气动力发生改变，当气动力与机械振动相互作用时，会引起叶片颤动，当叶片的颤动十分强烈时，会直接导致叶片破坏。而垂直轴风力发电机组的叶片形状相当部分是片状结构，空气动力性能优越，轻便灵活，转速也比较低，叶片不容易发生弯曲及扭转变形，因此，使用寿命更长。④安装维护方便。水平轴的发电机放置于几十米，甚至上百米的高空，对发电机的安装维护检修都极不方便，而垂直轴的发电机、传动机构及控制机构等布置在风轮的下部或地面上，利于安装维护，方便检修。
3 制约垂直轴风力发电机组发展的主要因素
3.1 技术因素
影响垂直轴风力发电机组发展的技术因素主要有：
①垂直轴风轮中的空气流动相对复杂。垂直轴风轮中的空气流动属于典型的严重分离非定常流动，比水平轴风轮中的空气流动复杂得多，不再适合用叶素理论来进行分析和设计，而目前主要依赖CFD技术来设计。目前，CFD技术可以比较精准地模拟分析复杂外形下的气体流动情况，但仍待进一步完善和发展。这在一定程度上阻滞了垂直轴风力发电机组的研发和应用步伐。②一些技术难点亟须突破。首先，叶片翼型须根据空气动力学原理进行设计，当它与叶片安装攻角、风轮适度等机械因素维持特定的匹配的组合时，风机效率才高;偏离越多，则风机效率衰减就越明显。其次，即使风轮机械因素处于最佳组合状态，风力发电机也不一定能获得最佳的发电效率，而只有发电机的功率扭矩曲线和风轮的最佳功率扭矩曲线相同时，才能获得最佳的发电效率。最后，风轮可以在任意转速下旋转，要达到最佳功率的输出效果，还必须控制转速，使其工作在最佳的功率输出状态。因此，要使垂直轴风力发电机组获得最佳的效率并非易事，需解决的关键技术较多。例如，垂直轴风力发电机组的攻角控制就比较麻烦：由于其攻角在风轮旋转时不断变化，即使风速不变，只要叶片相对于圆周的位置不同，攻角也就不相同，因此，叶片控转机构需要有很高的灵活性和可靠性，而目前用于控制的數学模型还不成熟，尚无真正的应用案例。
3.2 经济因素
当前，我国的大型风电场主要分布在平坦的内陆地区，如新疆、内蒙古等地区以及东南沿海，这些地区的大型风力发电机组大都采用兆瓦级的大型水平轴风力发电机组。一是由于大型水平轴风力发电机组的技术研发积淀深厚，具有较为丰富的应用管理经验;而大中型垂直轴风力发电机组开发应用史较短，布局较少，仅布局于贵州等少数内陆地区。二是水平轴风力发电机组在现有技术条件下，具有较佳的性价比，基于企业利益的最大化和急功近利的心理，相当部分的风电开发企业和风电装备制造企业会选择水平轴大型风力发电机组作为研发和投资方向;大型垂直轴风力发电机组则由于其专项制造加工较复杂、控制系统可靠性要求较严苛、研发成本较高等原因而受到了抑制。
4 垂直轴风力发电机组的发展前景
4.1 垂直轴风力发电机组的优点与其市场需求终将融合
相对于水平轴风力发电机组，垂直轴风力发电机组具有无须对风向、无噪声、安全可靠性高、结构简单、维护方便等优点，特别适合应用于内陆地区风电资源的开发;而广大的内陆地区，特别是城市和乡村的道路两旁边、建筑物楼（房）顶等都是布局中小型垂直轴风力发电机组的理想场所。但目前相应的市场几乎是空白的，这其中自然蕴藏着巨大商机。伴随相关技术的进步与成熟，垂直轴风力发电机组的优点与其市场需求终将融合，开启垂直轴风力发电机组应用的广阔前景，成为未来风力发电机组研发的一个重要方向。
4.2 政策引导和资金扶助成为垂直轴风力发电机组技术研发应用的助推剂
在西欧的一些国家，小微型垂直轴风力发电机组已经广泛应用于乡村屋顶，一些大中型的垂直轴风力发电机组也开始应用于山地和近海地区。我国的风能资源丰富，人口相对稠密，在广大城乡居民聚集区域，推广应用中小微型垂直轴风力发电机组具有积极的现实意义。可以预见，随着国家对垂直轴风力发电机组研发和应用推广的扶持力度加大，在政策引导和经济杠杆的作用下，垂直轴风力发电机组必将呈现出生机勃勃的发展势头。
4.3 垂直轴风力发电机组的相关理论及技术成果喜人
随着计算机技术的快速发展，计算流体动力学也得到了飞速的发展，从最初的小扰动速势方程，再到欧拉方程及更加复杂的N-S方程，尤其是进入21世纪以后，CFD已经可以通过计算机的数值计算和图像显示，对流体流动系统作出准确的分析，为垂直轴风力发电机组的研究提供了有力的技术支持。目前，可以采用微处理器控制叶片不同位置的摆角，根据功率要求和风向与风速来调节叶片的摆角，使叶片在各个位置都能产生最大的转矩。采用这种技术的达里厄风力发电机组，其效率完全可以达到水平轴风力发电机组的水平。
目前，相关理论研究和技术研发也取得一些喜人的成果。例如，陈兴华等以垂直轴磁悬浮风力机的支撑结构为研究对象，运用动力学仿真软件，建立了垂直轴磁悬浮风力机主轴结构跌落仿真模型，为磁悬浮支承结构的保护装置的改进与优化提供了理论参考依据。朱煌秋等结合磁通切换电机单位体积内气隙磁密大的优点，设计了一个三极混合磁轴承作为支承结构的发电机。理论与试验结果表明，该发电机实现了低风速启动，提高了风能转换效率。吴文凯等提出一种基于磁悬浮技术的小型垂直轴微风发电单元的设计方案。相关装置采用了主动磁悬浮支承技术，有效降低了机械摩擦，进而降低了发电机的启动风速。基于目前的垂直轴风力发电机的风翼板只是做简单的循环周期转动，风翼板与竖直轴方向的夹角是固定不变的，因此，其受风区域和有效面积受到了很大限制，王锦亚等提出了一种可将风翼板的迎风区域和背风区域进行周期性变换的新型可变翼风力发电机，达到了提高风能利用效率的目的。山东中泰新能源集团有限公司成功研发出50～100MW特大型垂直轴风力发电装置，是垂直轴风力发电机组研发领域中令人鼓舞的一个尝试。
5 結语
随着国家系列政策和资金扶持力度的加大和企业科研责任意识的提高，与垂直轴风力发电机组相关的研发氛围将愈发浓厚和活跃，其优势和潜能将得以释放，其潜在的市场将得到规模化的开发，系列喜人成果将陆续涌现并得以推广应用。垂直轴风力发电机组的发展和应用必将迎来春天。
【参考文献】
【1】侯雪.风力发电技术[M].北京：机械工业出版社，2018.
【2】冯放，李岩，赵守阳，等.具有升阻复合启动结构垂直轴风力机气动特性数值模拟[J].太阳能学报，2018（04）：1052-1059.
【3】李丽萍，魏智强.一种实用型家用风力发电机的创新设计研究[J].机械工程与自动化，2020（02）：111-112+115.
【4】徐萌，龚选泰，许小梅，等.磁悬浮风力发电机技术现状及未来展望[J].江西科学，2019（03）：415-419.
【5】陈兴华，吴国庆，曹阳，等.垂直轴风力发电机结构研究进展[J].机械设计与制造，2011（8）：84-86.
【6】朱煌秋，邵嘉葳.一种新型异极径向混合磁轴承参数设计及性能分析[J].电机与控制应用，2017（12）：58-65.
【7】吴文凯，赵寒涛.基于磁悬浮技术的垂直轴风力发电单元的设计[J].自动化技术与应用，2019（12）：22-25+29.
【8】王锦亚，郑梅生.一种新型的垂直轴可变翼风力发电机[J].科技创新导报，2019（16）：53-55.
【9】山东中泰新能源集团有限公司.山东中泰新能源集团有限公司——特大型垂直轴风力发电装置50MW——100MW[EB/OL].https：//v.youku.com/v_show/id_XMzI4OTg5NTE3Mg%3D%3D.html，2018-01-02.
关于风力发电的论文题目范文第3篇
关键词：风力发电；电气控制技术；应用
经济的发展造成了能源消耗过快、污染加剧，为了改变这一现状，研发新型能源迫在眉睫，如今新型能源正在人们的生产生活中发挥着重要的作用，其中风力发电电气控制技术颇具代表性，电气控制技术对风力发电厂的运行稳定有着直接的影响，为此本文对风力发电电气控制技术及应用进行分析，以期提高风力发电的应用价值。
一、风力发电和电气控制技术简介
风力发电就是把自然界的风能转换成电能，对于风能的利用其实很早就开始了，它是一种蕴量巨大、清洁环保的可以再生的能源，这对目前能源紧张、污染严重的的现状而言，是极其难得的，将其利用到发电过程中，不仅实现了资源节约的目的，还达到了环境保护的效果，因此颇受世界各国的重视，在我国也得到了较快的发展，但是风力发电最大的问题是它的可靠性还不是很强，这与风力发电受环境、气压、气温等自然条件的影响是分不开的，所以为了解决这一问题，将电气控制技术应用到风力发电中，利于提高发电的可靠性。电气控制技术将多个电气原件进行组合，借助其控制某个对象或某些对象，以使被控的设备在运行时能够更加安全、可靠。目前，这一技术在发电领域得到了较好的应用，使得发电的整个运行过程得到了较强的控制，成效十分显著。
二、风力发电的现状
（一）风力发电系统的设备还不够完善
主要表现在很多风力发电系统在建设时，比较重视起核心功能的设备，而忽视了起辅助功能的设备，造成诸多功能作用得不到充分的发挥，影响其发电，同时也不利于电气控制作业。非线性模型复杂性极高，技术运用还不够成熟，电气控制工作受其阻碍，而线性模型虽已成熟，但工作范围和环境都有局限性，传统的电气控制技术满足不了风力发电的需求，对风力发电的持续发展不利。
（二）风力发电受外界因素的不利影响
一方面是自然因素，这是不可避免的，通常情况下，风力发电都会选择高出水平面的地理环境，提高风力发电的效果，但这也就使风力发电的运行会受大气压、温度、雷雨等自然因素的影响，这些自然因素变化较为极端，不但稳定性受影响，还会使发电设备受到损坏，另一方面是人为因素，风力发电电气控制工作需要工作人员有较强的专业能力和工作意识，因为这是一项复杂性和专业性较高的工作，工作人员素质达不到，操作要么违规，要么疏漏，不仅安全性能无法保证，还会直接导致故障问题，影响其发电。
三、风力发电电气控制技术的应用
（一）变桨距发电技术
在风力发电的过程中，如果用于风力发电的机组出现输出功率不高的问题，风能的利用率因此也会下降，对发电的效果造成极大的影响，控制风力发电机组的风速功率显得尤为重要，而变桨距发电技术的应用就是专门解决这一问题的，通过桨叶角度的改变，确保风力发电机组在风速过高的时候得到有效的控制，进一步提高风能的利用率。另外，随着科学技术的发展，变桨距的扇叶在制造时所用的材料更加轻便，使得扇叶的重量有所降低，整体重量随之下降，对应的冲击荷载也下降了，这样的做法在运行中降低了事故发生的几率，控制工作变得相对容易了很多，但是也带来另一个问题，那就是变桨距在运转中，稳定性较差成为了新的需要解决的问题，失稳问题的出现，需要投入大量的人力物力，增加了人力和物力资源的消耗，相信随着不断提升的电气控制技术水平，这一问题终有一天会得到缓解，甚至是妥善的解决。
（二）定桨距失速发电技术
这一技术的应用有效结合运用了传统发电技术和新型发电技术，更好的确保了风力发电系统的运行轨迹，有效提高其的稳定性。因为在发电过程中发电机组需要并网进行工作，这对发电机组的稳定运行提出了更高的要求。定桨距失速发电技术借助叶片比较复杂的构造实现对发电机组功率的控制，同时叶片还存在重量大、体积大等情况，这都要使得在发电的过程中，消耗大量的无用功，对发电机组的运行效率极为不利，使运行效率无法得到保证，这一技术的应用受到了很大的限制，只能在风力等级低的小风环境中应用，在风力等级高的大风环境中还没能得到应用，这也成为了以后重要的研究方向，拓宽其应用范围。
（三）主动失速发电技术
这一技术整合了定、变桨失速风力发电技术，因此又称作混合失速发电技术，根据风速的变化、风向的变化对桨距角进行合理的调整，实现对风能捕捉量的控制和风速的控制，能量转化效率极高，风力发电的运行效益得到了很高的保障。但在实际应用中，失速问题频频出现，这就导致功率输出受到不同程度的影响，对电气控制极为不利。加强技术改进势在必行。
（四）变速风力发电技术
变速风力发电技术的主要目的就是针对风力发电机的原有恒速进行影响和控制，根据不同风速控制风力发电机的运行情况，以此保证恒定发电频率。由于风力发电机会受到风速变化的影响，为保证风力发电机的运行效率就要根据实际情况调整相关的风轮转速指标，并注重输出功率的平稳性，从而有效确保风能能量。这种技术代表着风力发电的发展方向，恒速发电技术将成为风力发电的核心技术。
四、结语
风力发电电气控制技术在提高风能转化为电能的效率，提高其稳定性中发挥着重要的作用，必须加强相关技术的优化与开发工作，促进风力发电电气控制技术的发展。
参考文献：
[1]丁江流.风力发电电气控制技术及应用实践探析[J].科技创业月刊，2016（22）：142143.
[2]邵金云.風力发电电气控制技术发展探讨[J].科技展望，2016（04）：93.
[3]王家坤.风力发电控制系统中现代信息化控制技术的应用策略[J].中国高新技术企业，2017（10）：6970.
[4]晏勤.宋冬然.现代控制技术在风力发电控制系统中的应用研究[J].电子技术与软件工程，2016（15）：157.
关于风力发电的论文题目范文第4篇
【摘 要】电力系统对风电场接入电网时的要求愈来愈严苛，而低电压穿越被公认为风电机组设计及控制的难点，制约着风电机组的大规模应用，本文笔者结合多年实践简要探讨了风电机组低电压穿越的问题。
【关键词】风电;低电压穿越;应用设计
引 言
低电压穿越（LVRT，Low voltage ride through），指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而穿越这个低电压时区。所以，LVRT是对并网风机在电网出现电压跌落时仍保持并网的一种特定的运行功能要求。
1、风机低电压穿越的要求
通俗而言，LVRT就是风电机组的端电压降低到一定值的情况下不脱离电网而继续维持运行，甚至继续为系统提供一定无功以帮助系统恢复电压的能力。具有低电压穿越能力的风力发电机能大大减少风电机组在故障时反复并网次数和对电网的冲击，因为其可躲过保护动作时间，故障切除后恢复正常运行。
在出现电网故障电压降低的情形下，具备了低电压穿越能力的风电机组则可尽最大可能与电网连接，延续电力运能，减轻电网波动。一般而言，230KV及以上高电压等级线路的故障，在6个周波(120ms)内被切除，100ms内电压可恢复到15%的正常水平，而1s内可恢复到75%的正常水平甚至更高的电压水准，低电压穿越能力实则是一种风电机组在故障电压短时间消失期间，能够保持持续运行的能力，但此后电压仍处在低压，则风电机组则将会被低压保护装置切除。
对于风电装机容量占其他电源总容量比例大于5%的省级电网（区域级电网），则要求该电网区域内运行的风电场应具备低电压穿越能力。通常要求，风电场内的风电机组要具备在并网点电压跌至额定电压的20%时，能够保证不脱网连续运行625ms的能力；风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。此外，当电网发生三相短路故障引起的并网点电压跌落状况下、当电网发生两相短路故障引起的并网点电压跌落状况下、当电网发生单相接地短路故障引起的并网点电压跌落状况下，风电场并网点各线电压在规定电压轮廓线及以上的区域内时，场内风电机组必须要具备保证不脱网连续运行的能力；风电场并网点任意相电压低于或部分低于规定电压轮廓线时，场内风电机组允许从电网切出。
2、低电压穿越方案
在当前技术条件下，通常通过三种方案来实现风电机组的低电压穿越，其一是引入新型拓扑结构；其二是采用转子短路保护技术；其三是采用合理的励磁控制算法。
在了解了电网电压突然降低对发电机造成的影响及后果后，我们就会知道为什么风电机组应该具备低电压穿越的能力。在电网故障出现时，发电机机端电压的突然降低，势必形成发电机绕组磁通的变化，在定子和转子侧都形成过流。在传统机组中，励磁系统可以通过强励方式把电压支撑在1 pu，可以支持短路点的短路电流，如果发生磁通突变，如果转子和定子的超载能力仍在过流数值之上，机组仍能保持造成运行。在系统发生故障后，LVRT能力可以保证风电机组的不间断并网运行，如果LVRT不具备，则发生电网电压跌落状况下，风机自身的保护系统动作会切断风机与电网的连接，电网电压会降的更低，这对电网而言无疑是雪上加霜的打击，严重情况下势必引发系统整体崩溃。
风电机组相对于传统机组而言，在低电压穿越时要考虑诸多因素，包括：附加的应力、转矩对机械部分造成损坏的可能性；电气、机械功率的不平衡对机组稳定运行的影响（若电网发送低电压穿越，由于电气、机械功率的不平衡会影响机组的稳定运行）；暂态过程引发的发电机过流问题，对机组器件的损坏性影响（暂态过程会导致发电机中出现过流，可能损坏器件，另外，附加的转矩、应力可能损坏机械部分）；机端电压支撑能力；高风速期间，输电网故障引起的大量风电切除会导致系统潮流的大幅变化，引发大面积的停电的肯能行，以及继而带来的频率稳定问题等。
3、低电压穿越的难点及实现对策
低电压穿越的难点主要体现在以下方面：首先是风电场、风电机组的低电压穿越能力的提升，势必会大幅度增加工程的造价，随着电网对LVRT要的越来越高，工程造价的提升幅度也一定会越来越大；其次，当电网电压跌落时，不同类型机组的暂态特性时不同的。就目前而言，风电市场上的机组类型大概有：FSIG、PMSG和DFIG，也即：直接并网的定速异步电机、同步直驱式风机、双馈异步式风机。
FSIG和DFIG的相同点是定子侧直接连接电网。那么该直接耦合模式就会使得电网电压的降落直接反映在电机定子端电压上，在电网电压瞬间跌落的情况下，定子磁链不能跟随定子端电压突变，而转子继续旋转，从而产生大滑差，势必造成转子绕组过压过流。如果风速高，即使切除了故障，DFIG的电磁转矩有所增加，对于电机转速的上升也不容易抑制，会使得吸收的无功功率继续增加，定子端电压下降，继而阻碍电网电压的恢复。
PMSG的定子经AC／DC／AC与电网相连，发电机和电网不存在直接耦合。瞬间降低的电网电压会导致输出功率减小，发电机的输出功率不变，这种功率不匹配引发直流母线电压升高。
FSIG机型较早，鼠笼式转子从电压跌落到恢复的时间内能承受短时过流而不会受损烧毁。故障发生后，利用快速变桨降低输入机械转矩，限制转速提升，加装无功补偿装置，实时进行无功补偿可解决；由于PMSG的定子经变流器接电网，与电网解耦，电网电压降落不会影响发电机，只会对网侧变流器的运行产生一定影响，允许网侧逆变器电流加大以输出更多的能量，改进变流器的过流和耐压值，提高直流电容的额定电压，储存额外电能，以此实现LVRT；DFIG受到小容量变流器制约会在电压跌落时受较大威胁，通过增大IGBT（转子变流器）电流容量，使得IGBT在短期内处理更大的电流容量和电流，且可以快速地恢复对双馈电机定子侧和电网之间的有功、无功功率的交换控制。
风力发电的发展趋势必定是建立更多具备低电压穿越能力的风电场。现行的低电压穿越技术仅能应对短时间的电压跌落，且还存在诸多不足。在我国，面对具体区域电网和具体接入点如何合理的运用低电压穿越技术，是摆在电网、风电运营商、和风机厂商面前亟待解决的共同课题。
参考文献
[1]吴蓂高.风力发电的现状与展望[J].水利水电科技进展. 2000(03)
[2]纪勇.风电并网对电网安全的影响[J].农村电气化. 2009(03)
[3]包能胜,徐军平,倪维斗.以大型风电场为核心的多能源互补发电系统[J]. 中国能源. 2006(08)
关于风力发电的论文题目范文第5篇
资源的数量都是有限的,环境的容量和自净能力也是有限的。当人类向环境索取资源的速度超过了资源本身及其替代品再生的速度,向环境中排放的废弃物超过了环境自净能力时,就会产生环境问题。环境问题的实质是发展问题,环境问题也必须在人类的发展过程中得以解决。大力发展社会生产力,控制人口数量,提高人口素质,树立正确的人口观、资源观、环境观,认识自然规律,遵循自然规律,改变传统的生产模式,是人类实现对资源的合理利用和对环境的可持续发展的必经之路。
一、 能源利用问题分析
【解题思路】
1. 自然资源的分类
自然资源按性质分可分为非可再生资源和可再生资源两类;按空间分布类型又可分为气候、海洋、陆地、宇宙资源四类。这是做这部分题目的知识基础,只有这样做起题来才能有的放矢。
2. 明确各种资源的特征以及利用中出现的问题。
3. 对症下药:对不同类型的资源利用中出现的问题采取相应的措施。
(1) 气候资源
气候资源类型:主要有太阳辐射、热量、降水、风、空气等。
气候资源特点:①气候能为人类的生产和生活提供资源、能源和必不可少的物质条件;②气候资源是可再生的资源;③气候要素只有在一定的数值范围内才具有资源价值;④气候资源是一种变化中的资源,有较大的变率;⑤对气候资源的利用必须投入资本和具备一定的技术条件。
气候资源的开发与利用:气候资源与农业;气候资源与城市建设(日照与街道方位)(风与城市规划);气候资源与交通;气候资源与旅游。
(2) 海洋资源
(3)陆地资源
(4) 宇宙资源
【经典回顾】
1. 我国将在内蒙古自治区二连浩特市建造亚洲最大的风力发电厂,这将有利于()
①缓解当地能源资源的匮乏的现状;②充分利用当地的可再生能源;③弥补华北地区电力的不足;④发挥当地劳动力资源的优势
A.①③ B. ②④
C. ②③ D. ①④
【思路解析】 本试题以在内蒙古建造风力发电厂为切入口,综合考查了区位定位、区域特征、能源资源的分布、特点与调配及中国的能源问题等方面的知识。
内蒙古虽煤炭资源丰富,但经济相对落后,导致对能源的需求能力并不强。开发风能并不需要很多劳动力,而且内蒙古人口密度相对较小。内蒙古地区风力资源比较丰富,风能又是可再生的清洁能源,当地开发风能的条件较好。
【参考答案】 C
2. 图2为“2000～2005年我国三大产业用电量柱状图”,图3为“2003年我国东、中、西部发电量和用电量柱状图”。读图回答下列问题。
(1) 三大产业用电量增长最多的是第产业,其原因主要是 。
(2) 我国东、中、西部电力生产与消费的地区差异是 。
(3)填表简述缓解东部地区电力供应紧缺的对策及其理由。
【思路解析】 本题要求考生具备读图能力、调动和运用地理知识的基本技能,描述和阐述地理事物,论证和探讨地理问题等能力;读懂用柱状图表示三大产业用电量时间变化,以及我国东、中、西三个地区发电量和用电量的地区差异的图形。
第(3)题是要考生解决问题,这也是地理学科的特点,发现问题并解决问题。表格当中已列表从三个方面来提出对策,开源、节流、区际协调,只要看清是东部地区即可。东部地区自然资源的分布,经济发展的状况,如常规能源较短缺,经济发展水平快、能源需求量大、科技水平高等,根据这些特征,解决电力紧缺的理由就很充分了。
【参考答案】 (1) 二;工业快速发展(工业企业是用电大户) (2) 东部地区发电量、用电量都大;东部地区用电量大于发电量;中、西部地区发电量大于用电量
(3)
二、 环境问题分析
【解题思路】
1. 只有认识人类面临的主要环境问题,遇到这类问题才能胸有成竹。
(1) 资源短缺
(2) 环境污染
(3) 生态破坏
2. 明确环境问题产生的原因,理解环境问题产生的本质原因。
3. 了解了环境问题大的分类,理解了环境问题的真正产生原因,再对具体的环境问题提出相应的对策。
【经典回顾】
1. 至2006年,已经发现世界海洋中共有200个“死亡地带”,即海洋中由于污染而威胁鱼类和其他海洋生物生存的区域。联合国于2006年10月19日发表的一份报告说,目前“死亡地带”的数量比2004年增加了34%。联合国一位官员说:“这些地带正在对渔业资源以及靠捕鱼为生的渔民构成重大威胁。”阅读材料回答下列问题。
(1) 国际公海“死亡地带”的主要污染源有哪些?
(2) 简述国际公海“死亡地带”的分布规律及防治措施。
【思路解析】 本题主要考查海洋污染的污染源,污染分布海区及其防治措施。该题要求考生有较宽的知识面,这也就要求考生对环境污染了解的多才行。例如知道了石油泄漏,来源也就比较好解释。海洋污染是一个国际性的问题,解决措施当然需要国际间的合作。
【参考答案】 (1) 油轮石油泄漏;远洋运输、捕捞等排出的生活污水:某些公司倾倒的工业废弃物;
(2) 分布规律:主要分布在远洋航线沿线和渔业资源丰富海域(渔场)。防治措施:进行国际合作,制订国际公海海域相关法规,加强国际公海海域的环境管理;防止油轮泄漏,控制向国际公海海域排放各类废弃物。
2. 我国东南部某城市,随着经济的发展,出现了一些环境问题。根据下述资料,结合所学知识,回答(1)～(4)题。
材料一 气溶胶粒子是指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中形成的悬浮体。大气中某些气溶胶粒子达到一定程度时,可形成混浊天气现象,造成大气污染。
材料二 见图4
材料三 见图5
(1)该市混浊天气出现日数最多的是月,出现日数最少的是月。
(2) 出现混浊天气的主要原因是(填正确项字母)。
A. 大量工业废气的排放
B. 交通运输工具的增多
C. 连续的阴雨天气
D. 近地面存在逆温现象
E. 城市森林覆盖率高
(3) 该市SO2污染源的空间分布特点是
,分析原因。
(4) 防治该市大气污染可采取哪些措施?
【思路解析】 本题立意考查考生获取信息的能力和运用相关原理解决地理问题的能力。通过读图(4)(5)题很好解决,对于污染措施的解决只要贯穿阻断源头,节约利用,提高效率,开发新能源,利用政策法规的思路来解答就比较好做了。
【参考答案】 (1) 12;7(2) ABD (3) 空间分布特点:工业区污染源比重大(主要集中在工业区)。原因:工业区污染源多(主城区和其它区工业污染源少)。(4) 措施:①控制污染源;②节约能源,提高能源利用率;③使用清洁能源;④健全环境法规(加强环境执法)。
关于风力发电的论文题目范文第6篇
摘要：本文对中国风能现状及资源分布，近年来中国风力产业的发展状况以及复合材料在风电叶片上的应用进行论述。
关键词：风力发电;发展状况;复合材料;风电叶片
Abstract:This review concerns about the stituation and resource distribution of windy energy in China,the development status of chinese wind power-generation enterprises and the application of composites in wind power-generation.
Key words:Wind power-generation;Development status;Composites;Wind turbine blade 引言
社会经济的持续发展导致能源消耗不断增加，我们正面临日益严峻的能源形势。全球范围的石油、天然气能源逐渐枯竭，环境恶化等因素迫使我们寻找更加清洁、可持续发展的新能源，风力发电应运而生。中国风能资源非常丰富，主要集中在三北地区及东部沿海风能丰富带。
风力发电产业市场巨大，竞争激烈。据估计，2006到2010年之间，我国风电叶片的需求量大约在7000多片，2011到2020年的需求量则将达到惊人的50000片。巨大的市场前景使得目前风机行业的竞争空前激烈。整机方面，目前国际市场格局已初步成型。2005年全球超过75%的市场份额被丹麦Vestas、西班牙Gamesa、德国Enercon和美国GE WIND四家企业占据，新进入企业的生存空间不大;国内的整机生产企业中，新疆金风、浙江运达、大连重工集团、东方汽轮机厂等几家的市场前景被业界看好，这其中又以新疆金风科技在国内品牌中的市场份额最大。叶片市场的情况与整机基本类似，单是丹麦LM Glasfiber公司一家就占据了国际市场40%以上的份额，其产品被GE WIND、西门子、Repower、Nordex等公司全部或部分采用;另外Vestas和Enercon公司也拥有各自的叶片生产部门。国内的叶片生产企业主要有中航保定惠腾、连云港中复连众复合材料集团等。
风电叶片作为风力发电机组系统最关键、最核心的部件之一.叶片的设计及其采用的材料决定着风力发电机组的性能和功率，也决定着其电力成本及价格。复合材料在风力发电上的应用，实际上主要是在风电叶片上的应用。风电叶片占风力发电整个系统成本的20%到30%。制造叶片的材料工艺对其成本有决定性影响，因此材料的选择、制备工艺的优化对风电叶片十分重要。
1.中国风能资源及其分布
1.1中国风能资源
据有关研究成果预测，我国风能仅次于俄罗斯和美国，居世界第三位，理论储32260GW，陆地上离地10m高可开发和利用的风能储量约为2.53亿kw(依据陆地上离地10m高度资料计算)，近海(水深不超过10米)区域，离海面10米高度层可开发和利用的风能储量约为7.5亿kW，共计10亿kW，风能资源非常丰富。
1.2中国风能资源分布
风能资源丰富的地区主要分布在东南沿海及附近岛屿以及“三北”(东北、华北、西北)地区。另外，内陆也有个别风能丰富点，海上风能资源也非常丰富。“三北”地区包括东北3省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏和新疆等省自治区近200km宽的地带，风功率密度在200~300W/m2以上，有的可达500W/m2以上，可开发利用的风能储量约2亿kW，约占全国陆地可利用储量的79%。该地区风电场地形平坦，交通方便，没有破坏性风速，是我国连成一片的最大风能资源区，有利于大规模的开发风电场。包括山东，广西和海南等省市沿海近10km宽的地带，年有效风功率密度在200W/m2以上，沿海岛屿风功率密度在500W/m2以上，风功率密度线平行于海岸线，可开发利用储量为0.11亿kW，约占全国陆地可利用储量的4%。东南沿海及其岛屿是我国风能最佳丰富区。我国有海岸线1800km，岛屿6000多个，大有风能开发利用的前景。
2.近年来中国风电产业发展
2.1产业发展现状
2000至2009年10年间，中国风能产业飞速发展，风能累计装机的容量平均的怎张速度高达72.8%。从2005年起，总装机容量的增长速度超过了100%。截止到2009年12月31日，中国(不含台湾省)风电累计装机超过1000MW的省份超过9个，其中超过2000MW的省份4个，分别为内蒙古(9196.2MW)河北(2788.1 MW)辽宁(2425.3MW)吉林(2063.9MW)内蒙古2009年当年新增装机5545MW，累计装机9196.2MW，实现150%的大幅度增长。
从风电零部件制造方面来看，据统计，2004年中国仅有6家风力涡轮机制造商，2009年这一数字已提高到80家以上。已开始生产的内资叶片企业52家，轴承企业16家，齿轮箱企业10家，变流器企业12家，塔筒生产企业则有近100家。其中，叶片制造企业中复连众、中材科技年供货已超过500套，中航惠腾年供货超过2000套;轴承制造企业洛轴、瓦轴、天马等已具备批量主轴轴承生产供应能力齿轮箱制造企业中南高齿年产超过3000台，大重减速机超过2000台、重齿超过1000台;
从风电整机制造方面来看，2009年，华锐风电、金风科技和四川东汽继续保持市场前“三甲“的位置，华锐新增装机34.5万kW，金风新增装机272.2万kW，东汽新增装机203.5万kW。联合动力以装机容量768MW，占中国新增市场5.6%的优势，排名全国第四。随着国产整机产能释放及零部件配套能力增强，产业链瓶颈将消除，产业发展迅速;风电设备市场呈现寡头垄断格局，避免了市场无序竞争，有利于领头企业做大做强。2009年我国新增风电装机及累计装机排名前10名制造企业市场份额。内资变流器制造企业供应能力增强，质量获得客户认可。可见，国内风电零部件产业发展的繁荣景象。
2.2国家的优惠政策
中国颁布的政策主要从两个方面扶持风电行业，一方面是通过财政补贴、电网全额收购、确定风电并网价格，以保证风力发电项目合理盈利，从经纪商进行促进;另一方面是在国内市场启动的同时，扶持风机制造业发展，为中长期的风电产业发展奠定基础。归纳为一下四大点：
(1) 风电全额上网
2006年1月1日开始实施《可再生能源法》。该法要求电网企业为可再生能源电力上网提供方便，并全额收购符合标准的可再生能源电量，以使可再生能源电力企业得以生存，并逐步提高其能源市场的竞争力。
(2) 财税扶持
考虑到现阶段可再生能源开发利用的投资成本比较高，《可再生能源法》还分别就设立可再生能源发展专项资金为加快技术开发和市场形成提供援助，为可再生能源开发利用项目提供有财政贴息优惠的贷款，对列入可再生能源产业发展指导目标的项目提供税收优惠等扶持措施作了规定。
(4) 上网电价
当前风电定价采用特许权招标方式，导致一些企业以不合理的低价进行投标。风电特许权招标先后作出了三次修改，总的看来，电价在招标中的比重有所减少;技术、国产化率等指标有所加强;风电政策已由过去的注重发电专项了注重扶持中国企业风电设备制造。目前，有关部门正在抓紧研究风电电价调整的具体办法，调整的原则将有利于可再生能源的开发，特许权招标的定价方式有可能改变，2008年1月第五期风电特许权招标采取中间价方式，就是一个最新的尝试和探索，避免了恶性低价的竞争局面，有助于风电电价开始向理性回归，有利于整个风电产业的发展。
(4) 国产化率要求
2005年7月国家出台了《关于风电建设管理有关要求的通知》，明确规定了风电设备国产化率要达到70%以上，为满足要求的风电场建设不许建设，进口设备要按章纳税。2006年风电特许权招标原则规定：每个投标人必须有一个风电设备制造商参与，而且风电设备制造商要向招标人提供保证供应复合75%国产化率风电机组承诺函。投标人在中标后必须并且只能采用投标书中所确定的制造商生产的风机。在政策扶持下，2007年风机国产化率已经达到56%，2010年风机国产化率也达到85%以上。
2.3风电产业发展趋势
我国海上资源丰富，发展海上风电，将依托于风能资源丰富的海域，同时以“建设大基地、融入大电网”的方式进行整体规划和布局。目前，我国海上风电开发已经启动，国内对大容量风电机组的需求也在增加，国内风电制造企业纷纷开发大容量海上风电机组。华锐、金风、东汽、联合动力、湘电、明阳等都已开始5MW及以上风力发电机组研发。相信随着整机及零部件技术的不断进步，大容量海上风电的规模化化发展。
3.复合材料在风电叶片上的应用
风力发电装置最核心的部分是叶片，叶片的结构与性能将直接影响到风力发电的效率及性能。风电叶片的成本占整个风力发电装置成本的20%左右，因此采用廉价、性能优异的复合材料成为了许多企业研究的方向。现在使用比较多的复合材料有玻璃纤维增强聚酯树脂、玻璃纤维增强环氧树脂，局部采用玻璃纤维或者碳纤维增强环氧树脂作为主承力结构。
3.1碳纤维增强复合材料及其优点
碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得的微晶石墨材料。碳纤维是一种力学性能优异的新材料。它的比重不到钢的1/4。碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MP以上，是钢的7~9倍。抗拉弹性模量为材料的强度与其密度之比可达到2000MPa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59MPa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大。碳纤维的轴向强度和模量高、无蠕变。耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。
使用碳纤维增强复合材料能大幅度减少叶片的重量 ，而且比一般的玻璃纤维的增强体模量高3到8倍，可以用于大型风机叶片。碳纤维复合材料具有优异的抗疲劳特性，与树脂混合后能够抵抗恶劣的天气条件。
3.2TM玻璃纤维增强复合材料
TM玻璃纤维具有高强度、高模量的性能，具有较高的抗拉强度、弹性模量、耐疲劳强度、耐性和耐化学腐蚀性。其密度为2.59-2.63g/cm3，拉伸强度为3000~3200MPa,模量为84～86GPa。是大型风电叶片的首选，但是其密度相比于上述的碳纤维增强体要高，所以其缺点是重量太大。TM玻璃纤维中不含硼和氟，是一种环保型的材料。
4.结论
我国是最早利用风能的国家，国家对风能这种清洁的可再生能源的高度重视，新型复合材料在风电叶片上的应用有利于风电产业的发展，我国风电业将进入一个崭新的大规模高速发展阶段。