内蒙古科技大学
毕业实习论文
题 目：XXX
学生姓名：XXX
学 号：XXXXX
专 业：电气工程及其自动化
班 级：~~~
风力发电技术综述
摘 要
这次毕业实习给我带来了非常大的收获，当前，我国风力发电发展非常迅速，风力发电产业异常繁荣，我就“风力发电”专题进行了一些探究，下面是我的一些总结。
进入到新世纪以来，随着我国市场经济水平的快速发展，我国人们对电力的需求的增长也是十分迅速的。目前，我国的最主要的发电的方式仍然还是传统的火力发电的方式，但是火力发电在长期的使用过程中已经暴露了一个最为严重的问题，那就是火力发电的原料的使用已经是枯竭的了，而其它发电方式由于会对环境造成严重污染、可利用的资源不足等方面的原因也限制了自身的发展，在这种环境下，风力发电技术这种新兴的发电技术能够很好的解决以上的问题。
关键词：现状；趋势；影响
Wind power generation technology were reviewed
Abstract
The graduation practice brings me a very big harvest, at present, China's wind power development is very rapid, the wind power industry abnormal prosperity, I made some explore "wind power", the following are some of my summary.
Into the new century, with the rapid development of our country market economy level, the growth of the people's demand for electricity in our country is also very quickly. At present, the main way of power is still the traditional way of thermal power generation, but thermal power in the process of long-term use has exposed one of the most serious problem, that is the raw material the use of thermal power is already dried up, and other power generation methods can cause serious pollution to the environment, lack of available resources and other reasons also limits the development of their own, in this environment, wind power generation technology of this new power generation technology can be a very good solution to solve the above problems.
Key words: actuality; tendency; influence
目 录
摘 要....................................................................................................................................... II
Abstract.................................................................................................................................... III
第一章 风力发电技术现状...................................................................................................... 1
第二章 风力发电技术中心技术的应用.................................................................................. 4
第三章 风力发电技术的发展趋势.......................................................................................... 5
3.1 大功率中压变流器拓扑............................................................................................. 5
3.2 用于风电场的储能技术............................................................................................. 6
第四章 风电开发有利环境影响分析...................................................................................... 7
4.1 有利于大气污染物排放的减少................................................................................. 7
4.2 有利于保护区域水环境,减少水污染........................................................................ 7
4.3 有利于减缓风速,减轻风沙危害................................................................................ 7
第五章 风电开发不利环境影响和对策分析.......................................................................... 8
第六章 结语............................................................................................................................ 10
第一章 风力发电技术现状
通常情况下，大风里是包含着巨大的能量，风速为10m/s 的五级风吹到物体表面能够产生约为10kg 的作用力，而风速为20m/s的九级风吹到物体表面能够产生的作用力为50kg，而风速为50m/s的台风吹到物体上产生的作用力的值已经高达200kg 了。所以其实风中所含有的巨大的能量比人来迄今为止所能控制的能量是要高出许多的，风力是地球上很重要的能源，如果能够有效的利用风能，将给人来生活带来很多方便。目前，随着我国科学技术水平的快速发展，风力发电这种新技术也在不断的进步发展并且已经越来越广泛的被应用了，风力发电技术主要具有以下几个方面的特点：
(1)风力发电技术的装机规模在不断的扩大，利用风力发电技术而产生的发电量所占的比例也在逐年的增加；
(2) 风力发电的发电机的单机容量也在不断的增大；
(3)海上风电场的发展正在逐步的商业化。海上发电场具有风力稳定、受外界因素干扰少、风速高、发电量大的特点，海上发电场还能够更好的利用发电机组发电容量；
(4) 风力发电建设的投资成本是很高的，但是其运营的费用相对来说是比较低的。
风是一种潜力很大的新能源，十八世纪初风力发电图，横扫英法两国的一次狂暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到伤害，二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论，风在数秒钟内就发出了一千万马力的功率!有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。利用风力发电的尝试，早在二十世纪初就已经开始了。三十年代，丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用，它所获得的电力成本比小型机的发电成本低得多。不过，当时的发电量较低，大都在5千瓦以下。目前，据了解，国外已生内蒙古草原上的风力发电机产出15，40，45，100，225千瓦的风力发电机了。1978年1月，美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成的200千瓦风力发电机，其叶片直径为38米，发电量足够60户居民用电。而1978年初夏，在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置，其发电量则达2000千瓦，风车高57米，所发电量的75%送入电网，其余供给附近的一所学校用。
把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度，便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。
风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。
风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料来制造。由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。
铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，一般在6-20米范围内。发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。
风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；中国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个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。
一般说来，三级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定，一台55千瓦的风力发电机组，当风速为每秒9.5米时，机组的输出功率为55千瓦；当风速每秒8米时，功率为38千瓦；风速每秒6米时，只有16千瓦；而风速每秒5米时，仅为9.5千瓦。可见风力愈大，经济效益也愈大。
在我国，现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。风力发电的输出风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。
第二章 风力发电技术中心技术的应用
近些年来，世界风力涡轮发电机市场正在以较快的速度增长，因此利用风力发电在发电行业中已经占据了越来越重要的地位了。在现今的市场上各种风力涡轮发电机的设计技术也是有着明显的不同的，其中最重要的区别就是发电系统和风力涡轮结合上的不同。一种风速决定发电机转速的新技术已经被应用到了风力发电的行业上了，这也就能够更好、更充分的利用风力所提供的能量了。可变速涡轮发电机能够捕获的能量更高，而且它的有功功率和无功功率都是比较容易控制的，由于可变速涡轮发电机所产生的无功功率是可变的，因此要想控制电网的电压也就更加的容易了；当然可变速涡轮发电机也是有一定的缺点的，其中最主要的缺点就是它工作时是需要电力转换的装置的，这就增加了控制的复杂度。整个风力涡轮发电机的成本中有大概7%左右的成本是用于应用电力电子技术的。目前随着引入高级复杂算法的计算机实时控制技术和快速处理大功率的半导体开关器件技术，电子电力技术也已经得到了十分迅速的发展，因此损耗比较低并且与电网的兼容性好的变流器也就应运而生了，这也就导致了变速涡轮发电机在近些年来得到了极大的发展。
第三章 风力发电技术的发展趋势
3.1 大功率中压变流器拓扑
近些年来，为了能更好的提高风能的转换效率并降低成本，风力涡轮发电机的标称功率是已经在不断的增长了。通常情况下，多电平变流器拓扑主要分为以下五类：
(1)具备双向开关接口的多电平结构；
(2)具备多元三项逆变器的多电平结构；
(3)具备级联单相H 桥逆变器的多电平结构；
(4)具备二极管箱位的多电平结构；
(5)利用飞跨电容的多电平结构。
由于器件额定功率的不断提高，并且导通和开关的性能也在不断的改善，因此多电平变流器的优点会体现的越来越明显。由于整个风力发电的系统的优劣是取决于开关损耗的比率和导通损耗的比率的，所以即使多电平变流器的导通损害较高，但是它工作时的开关频率是很低的，因此它的开关的损耗也是最低的。风力涡轮发电机市场的发展趋势就是根据电流和电压的额定值而不断的提高其的标称功率。所以多电平变流器就正好能够应用于风力涡轮发电机的市场。多电平变流器在提高电压额定值时，可以把风力涡轮发电机的变流器直接与风力电场的配电网络相连接，从而就不用使用较为笨重的变压器了。
3.2 用于风电场的储能技术
风电场的储能技术能够有效的风力发电在经济上和技术上的吸引力，储能系统在维持电压频率稳定上的作用是十分明显的，一个风电场的储能系统不仅能够在很短的时间内注入和吸收能量，也能够将每15 分钟的风力的有效的时间内被用为海量储能。在风力发电系统中，已经应用了很多种的储能系统了，其中蓄电池储能系统是应用的最为广泛的，其中最常见的有锂电池、镍电池和铅酸蓄电池三种储能系统。蓄电池储能系统的优点是具有十分快速的充放电响应的速度，其缺点是它的放电的速度会受到蓄电池类型和化学反应等因素的影响。蓄电池储能系统的发展趋势是多种能源的集成和与补充它们的其它类型的储能系统的集成。另外，为了提高蓄电池的使用寿命和降低蓄电池的维护成本，很多科研工作者也在致力于蓄电池单元最佳化的研究。对于应用到风力发电技术中的蓄电池储能系统，液态蓄电池系统能够提供最佳状态的送点成本和单位储能，与传统的蓄电池储能系统相比，液态蓄电池储能系统主要是利用了锌和溴这两种常见化学材料所产生的化学反应，这种蓄电池系统能够提供多于铅酸蓄电池系统两倍高的能量密度，从而节省了重量和体积，并且它的功率特性也能够根据不同的影响进行不同的性能改善。因此锌溴液态蓄电池系统在可再生能源中将会有很好的未来。
第四章 风电开发有利环境影响分析
风力发电的环保效益是有目共睹的，很难想象还有比风力发电对环境更友好的发电方式:不会污染空气或水源,不会排放有毒或有害物质,对公众安全没有威胁。
4.1 有利于大气污染物排放的减少
风机在正常工作时,几乎不会向空气、水、土壤中产生排放物。风电相对于其他任何发电技术,特别是广泛运用的煤电,具有绝对的环境优势,只是在风电厂建造的过程中会排放一定的CO2 ,但是这种作用对于全球CO2 的排放量来说是微乎其微的 ,因此,风电开发对保护大气环境有积极作用。
4.2 有利于保护区域水环境,减少水污染
风力发电比燃煤发电可节省大量水资源,特别是对水资源缺乏的干旱地区更为重要。河西走廊的风能资源丰富区、风电场开发区都集中在干旱地区,水资源对这些地区是非常宝贵的,因此,从这一点上来说,开展风电的环境意义非常重大。
4.3 有利于减缓风速,减轻风沙危害
我国沙尘暴的高频区集中在两大区域,其中一个区域就是阿拉善高原和甘肃省河西走廊东北部及邻近地区,沙尘暴年平均日数达20d以上,局部接近或超过30d,危害十分严重。风电产业作为一种清洁能源,不仅不会给环境造成压力而且通过密度较大的风力发电装置作功后可使风速减缓,减轻风沙危害,特别是沙尘暴的危害。
从区域经济环境的角度来说,风电场的建设对于发展内蒙古经济有很大意义建设风电基地,将有力地促进河西地区产业结构的优化升级带动旅游业、服务业等新兴产业的发展,实现绿洲区人与自然的和谐相处,为实现河西地区可持续发展开辟了新的途径 。
第五章 风电开发不利环境影响和对策分析
风电场在建过程中及后期维护的主要环境问题是施工对戈壁的破坏。戈壁上的砾石层及植被保护层容易遭破坏,而且恢复难度大,特别是大型机械对戈壁更容易造成破坏。因此施工中先要修建施工和维修道路,施工机械和后期维修车辆都应在道路上行驶和作业,尽量减少对戈壁的接触及破坏。经过调查,按照以上措施进行建设对戈壁还是具有轻度破坏,但经过1a左右即可恢复原貌。另外,施工期间的环境问题还有固体废弃物和油污污染等方面。因此,施工过程中产生的废弃碎砖石、残渣、建筑垃圾等,应采取建筑材料集中堆放,要结合施工工地实际,或者采取填埋、外运至垃圾处理厂等措施,防止对景观和当地环境的危害,维修期间要做好油污的处理和清理工作,尽量减少油布和漏油事件的发生。河西走廊的风电开发区域位于荒漠地带,生态环境非常脆弱,一定要注意对环境的保护问题。因此,无论是建设单位还是管理单位都应该加强环境意识教育,提高环境管理水平,尽可能减少对戈壁和荒漠植被的破坏,加强环境执法和保护。
风电开发运行后的噪音影响主要体现在由机械本身摩擦所产生的噪音和空气扰动所产生的噪音。随着技术的改进,风力机的噪音水平已经有很大改善,国产200 kW的风力机的噪声水平在距离500 m以上,风力机的噪音低于45 dB,低于日常活动噪音水平,基本不受影响。在建的风电场基本上是位于人烟稀少的荒漠戈壁中,风机运行状态下,基本不会对居民产生噪音方面的影响。
有研究显示,风力机桨叶转动时所产生的阴影晃动是一种视觉污染,光影可使人产生心烦、眩晕的症状,使正常生活受到影响。但最近有些研究表明,在荒漠戈壁点缀上外观美丽的风力机,还可以通过统一设计和排放来增加视觉美感,使戈壁显得更生动。内蒙古旅游资源丰富,可以把风电开发与旅游结合起来,在开发新能源的同时,带动当地经济发展。
当风力机安装在鸟类飞行通道上,风机的运转会对鸟类造成伤害,特别是对夜间迁徙的候鸟,并且风机的运转也妨碍附近鸟类的繁殖和栖居。据美国鸟类专家罗格艾特埃奥尔的研究和我国辽宁地区已建风电场的环境评价中可以看出,风电场对鸟类的影响主要有:噪声和气象天气的影响。当风机运转时,对鸟类低飞有驱赶和惊扰效应,对候鸟和旅鸟的影响较小,主要是对留鸟影响;另外根据鸟类的习性在有雾天气和云层很低时,会发生鸟类低空飞行碰撞建筑物和高压线的情况。但风力发电机对鸟类造成的危害相比无线电和电视转播塔以及它们成千上万的拉索所造成的危害还要小。尽管如此,选择风力发电场址时,还是要尽量回避鸟类的迁徙路线及鸟类栖居、停留地,使风电场的建设对鸟类生活不产生影响。
内蒙古有7个国家级自然保护区,在保护区的核心区坚决不允许建立风电场,在保护区以外建立风电场要充分考虑避开候鸟的迁徙通道,同时应充分考虑当地鸟类的生活习性,防止对类生存和迁徙造成不利影响。
一切电气设备在运行时均会产生电磁辐射。对风电场而言,辐射源有发电机、变压器、输电线路三部分。风力发电机在设计时就考虑了防磁、防辐射等要求,在选材时已将辐射降到最低。在河西走廊风电规划中,风电场的输电线路为110kV,所选风电场多在荒漠地区,区域范围2km内不存在可能会受到高压架空线路电磁影响的广播收音台、监测台、地震台站和飞机场导航台站等,因此不会受到电磁辐射污染。
第六章 结语
风电开发程度是一个国家环保工作的重要标尺,因此推进风电开发将对我国资源利用和生态环境产生重大影响。希望我国更好的发展风力发电。
通过这次实习，实地参观，我学到了许多书本上学不到的东西。感觉收获比较大。同时，我对学校的教学安排有一个建议，这也是很多同学的想法和兄弟院校的实际做法。我们不应该在正常的学期内安排实习，而是应该在大三暑假或者其他假期，兄弟院校如西安交通大学等就是这样做的。这样可以节省大家宝贵的时间也可以收到更好的实习效果。大四上学期，保研的同学要到实验室工作，考研的同学在相对比较多的课程的情况下还要紧张的复习，这时候再安排实习很多同学真的没有时间去，就会让实习效果大打折扣。不是不想去，而是实在没有实践，造成哈工大本校的考研情况异常不容乐观。所以希望学校能够更合理地安排实习实践，切实为学生着想。
现在中国大学有一个现象，就是管事的都太忙，都没有实践管学生，管教学了，希望哈工大在这方面做得更好。