离网风力发电系统的安装与调试.doc

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1、离网风力发电系统的安装与调试一、任务导入 风力发电机在安装时应首先选择风能较好的位置，这样才能保证风力发电机输出理想的电能。选址是一个非常复杂的问题，它包括很多因素，比如：当地有效风吹刮情况、年平均风速、连续无有效风速时数、风的能量密度、强风和紊流出现的次数、雷电冰雹出现的情况、风力发电机与用户的距离（输电线路的远近）、安装维护的方便性、地形地貌等。二、相关知识学习情境1 离网风光互补发电系统风力发电机的选址（一）地形和气象因素对风力发电机选址的影响风力发电机安装地址的选择非常重要，性能很高的风力发电机，假如没有风，它也不会工作；而性能稍差一些的风力发电机，如果安装地址选择得好，也会使它充分发

2、挥作用。风力发电机的选址条件包含着非常复杂的因素，原则上，在一年之中极强风及紊流少的地点应为最好的安装风力发电机的地点，但受用电负荷所处地理位置的限制，有时很难选出这样的地点。风力发电机的装机地点对于发电量及安全运行是非常重要的，一个好的装机地点应该具有两个基本要求：较高的平均风速和较弱的紊流。选择安装场地对今后风力发电机的有效使用十分重要，风力发电机的选址是一个非常复杂的问题，大的风力发电机的选址往往需要了解多年的气象数据，并经过若干年的实测，考虑其他综合因素，才能最终确定风力发电机的安装地点。1地形影响由于风力机的能量输出与风速的三次方成正比，所以应因地制宜地选择风力机的安装地点。因为当风

3、吹过地表时，气流会产生剪切和加速。剪切的作用会使地面上的风速比高空的风速低得多，而不受剪切影响的高度比气象站测量高度(10m)要大得乡。由于风的剪切受地形影响，因此有效风能也受地形影响。也就是说，建筑物、树及其他障碍物对风的剪切和有效风能有影响。当气流通过山丘或窄谷时，气流产生加速作用，利用这一特点，可以将风力发电机安装在这样的有利地形上以增加风力发电机的功率输出，有关地形对风的影响如图1-58和表1-29所示。图158 地形对风的影响表1-29 地形对风的影响风特性对风力机的影响不稳定功率不稳定，有时为零，要求蓄能或备用设备风向稳定输出最大功率，螺旋桨风轮总对准风由于地表面的粗糙不平和地形变

4、化引起的风空间分布不均匀（风剪切）必须增加塔架高度，增加强度，以防阵风和大风产生的大载荷风洞试验表明，风力发电机之间的距离应有一定的要求，以免风力发电机的风轮之间产生干扰。试验证明，风力发电机之间的距离不应小于6个风轮直径。适合安装风力发电机的地点的综合特性如下： (1)具有较高的平均风速。 (2)在风力机来风的方向上没有高大建筑物（其距离与高度有关）。 (3)在平地的光滑山顶或湖、海中的岛上。 (4)开阔的平坦地，开阔的海岸线。 (5)能产生烟囱效应的山谷。2气象因素的影响 (1)紊流。所谓紊流是指气流速度的急剧变化，包括风向的变化。通常这两种因素混在一起出现。紊流影响风力发电机的功率输出，

5、同时使整个装置振动，损坏风力发电机。小型紊流多数是因地面障碍物的影响而产生的，因此在安装风力发电机时，必须躲开这种地区。(2)极强风。海上风速可达30 m/s以上，内陆的风速大于20 m/s时称为极强风。风力发电机的安装地址应选择在风速大的地方，但在易出现极强风的地区使用风力发电机，要求风力发电机具有足够的机械强度，因一旦遇有极强风，风力发电机便成为被袭击的对象。(3)结冰和粘雪。在山地和海陆交界处设置的风力发电机容易结冰和粘雪。叶片一旦结了冰，其重量分布便会发生变化，同时翼形的改变又会引起激烈的振动，甚至引起风力发电机损坏。(4)雷电。因为风力发电机在没有障碍物的平坦地区安装得较高，所以经常

6、发生雷击事故，为此风力发电机应有完善的防雷装置。(5)盐雾损害。在距海岸线1015km以内的地区安装风力发电机，必须采取防盐雾损害措施。因为盐雾能腐蚀叶片等金属部分，并且会破坏风力发电机内部的绝缘体。(6)尘砂。在尘砂多的地区，风力发电机叶片寿命明显缩短。其防护的方法通常是防止桨叶前缘的损伤，对前缘表面进行处理。可是尘砂有时也能侵入机械内部，使轴承和齿轮机构等机械零件受到破坏。在工厂区，空气中浮游着的有害气体，也会腐蚀风力发电机的金属部件。（二）小型风力发电机安装场址选择技术要求一般地说，选址应考虑的主要因素就是对重要的风特性的利用。在实际工作中，可分两步进行：第一步，根据风能资源区划和技术标

7、准粗略地选址；第二步，分析当地的地形特点，充分利用有利地形，确定安装地点。1选址的基本技术要求（1）选择年平均风速较大的地区尽量将小型风力发电机安装在年平均风速大于或等于 3.5米/秒的地区。（2）有较稳定的盛行风向盛行风向是指年吹刮时间最长的风向。选址时希望盛行风向较稳定。（3）风速的日变化、季变化要小风速日变化、季变化小的地区，风速持续时间长，连续无有效风时间短，这样可减小蓄电池的容量，获得比较经济的能源。（4）风力发电机高度范围内垂直切变要小风切变是指在垂直风向的平面内的风速随空间位置（主要是高度）的变化。强切变出现的位置若小于或等于风轮直径，则叶片将受到分布不均匀的力的作用，容易造成风

8、轮损坏。（5）湍流强度要小湍流是风速、风向的急剧变化造成的。对风力发电机危害最大的湍流是风通过粗糙地表或障碍物时常产生的小范围急剧脉动，即平常所说的一股一股刮的风，这种脉动的湍流使风力发电机振动，缩短使用寿命。（6）尽可能少的自然灾害强风、冰雪、雷雨、极端气温、盐雾、沙尘等，会对风力发电机造成损坏，影响正常使用和维护保养。选址时要尽量减小这方面的影响。2分析地形特点，利用有利地形地形的不同，可能使风加速，也可能使风减速。所以，在根据上述 6条要求粗略选址后，还应该分析当地具体地形特点，充分利用有利地形，最后确定风力发电机的安装场址。根据地形特点进行选址的一般程序如图 1-59 所示。图1-59

9、 选择的一般程序A、平坦地形的选址在场地周围 1.5千米的范围内没有大山丘、山脉或悬崖之类的地形，就可以认为是平坦地形。平坦地形选址比较简单，只考虑地表粗糙度和上游障碍物两个问题。（1）均匀粗糙度。在这种地形上，如果没有障碍物（建筑物、树木或山丘等），那么在同一高度的风速几乎一样。这种地形的风能资源情况可直接采用气象部门的资料。具有均匀粗糙度的平坦地形，提高风力发电机功率输出的唯一办法是增加风轮离地面的高度。（2）变化粗糙度。在平坦地形安装风力发电机，有时比较靠近两种类型地貌的边界层，比如：从平滑地表变为粗糙地表，或者从图 7-1选址的一般程序粗糙地表变为平滑地表。当风吹过一段地表后，风速对应

10、于新地表在某一高度产生一层很薄的“转换区”，这时会产生风速的急剧变化。如果风轮刚好处于“转换区”，叶片转动时将会受到周边风力的作用，不但影响风力发电机的功率输出，而且使风力发电机产生振动，影响使用寿命，所以应设法避开这种“转换区”。（3）平坦地形的障碍物。平坦地形的障碍物一般是指建筑物、树林等。当风遇到障碍物时，不但风速会受到影响，而且会产生湍流。所以，风力发电机在安装时，风轮应避开下述区域。对建筑物：在盛行风向上游大于2倍建筑物高度的距离，以及下游大于20倍建筑物高度的距离内，同时高度为建筑物高度的2倍的区域，为风的强扰动区，属于风轮应避开的区域。如图1-60所示。图1-60 风的湍流示意图

11、对树林：在迎风面5倍树林高度的距离，背风面 1520倍树林高度的距离，为风的强扰动区，风轮应避开这个区域。如图1-61所示。图1-61 风力发电机与树林的距离示意图B、复杂地形的选址复杂地形分为两类：一为隆升地形，如：山丘、山脊和山崖等；一为低凹地形，如：山谷、盆地、隘口和河谷等。（1）隆升地形。在隆升地区的顶部有一风的加速区，但背风坡可能产生强湍流区。这种地形选址时，可选顶部并尽量靠近迎风坡前部或与盛行风相切的两侧。最后选择时要考虑障碍物和地表粗糙度变化的影响。（2）低凹地形。首要的是考虑盛行风的情况，另外还要考虑当地“小气候”形成对风的影响，比如：海风、山谷风等。（3）在山谷和峡谷选址的一

12、般原则是：选择与盛行风向平行的较宽的山谷或是山区向下延伸较长的山谷；选择山谷中出现收缩的部分，这种地段风速可能被增强；选择靠近山谷嘴的部分，这里可出现山谷风；风力发电机与塔架要足够高，使风轮靠近强风的高度。在山隘和鞍形山选址时，由于这种地形可使风加速，所以应选择在山隘中心附近和鞍形山脊的位置。对于盆地来说，由于周围均为较高地形，所以处于低凹处的盆地，风力发电机的使用受到一定限制。学习情境2基础施工1地基要求根据风力发电机组型号与容量的自身特性，要求基础承载载荷也各不相同，风力发电机基础均为现浇钢筋混凝土独立基础。根据风电场场址工程地址条件和地基承载力以及基础荷载、尺寸大小不同，从结构的形式看，

13、常用的基础可分为块状基础和框架式基础两种。块状基础即实体重力式基础，应用广泛。对基础进行动力分析时，可以忽略基础的变形，并将基础作为刚性体来处理，而仅考虑地基的变形。按其结构剖面又可分为“凹”形和“凸”形两种：“凹”形基础整个为方形实体钢筋混凝土，“凸”形与“凹”形相比，均属实体基础，区别在于扩展的底座盘上回填土也成了基础重力的一部分，这样可节省材料、降低费用。框架式基础实为桩基群与平面板梁的组合体，从单个桩基持力特性看，又分为摩擦桩基和端承桩基两种：桩上的荷载由桩侧摩擦力和桩端阻力共同承受的为摩擦桩基础，桩上荷载主要由桩端阻力承受的则为端承桩基础。根据基础与塔架（机身）连接方式又可分为地脚螺

14、栓式和法兰筒式两种基础类型。前者塔架用螺母与尼龙弹垫平垫固定在地脚螺栓上，后者塔架法兰与基础段法兰用螺栓对接。地脚螺栓式又分为单排螺栓、双排螺栓、单排螺栓带上下法兰圈等形式。风力发电机组的基础用于安装、支撑发电机组，平衡风力发电机组在运行过程中所产生各种载荷，以保证机组安全、稳定的运行。因此，在设计风力发电机组基础之前，必须对机组安装的现场进行工程地质勘察，充分了解、研究地基土层的成因和构造，及其物理力学性质等，从而对现场的工程地质条件作出正确的评价。这是进行风力发电机基础设计的先决条件。同时还必须注意到，风力发电机组的安装，将使地基中原有的应力状态发生变化，故还需采用应用力学的方法来研究载荷

15、作用下地基土的变形和强度问题，以使地基基础的设计满足以下两个基本条件。要求作用于地基上的载荷不超过地基容许的承载能力，以保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备。控制基础的沉降，使其不超过地基容许的变形值，以保证风力发电机组不因地基的变形而损坏或影响机组的正常运行。因此，风力发电机组基础设计的前期准备工作是保证机组正常运行必不可少的重要环节。风力发电机的地基包括混凝土塔基、混凝土拉线地锚基础，地基的体积和尺寸应根据风力机功率和安装地点的土质条件确定。小型风力发电机支撑结构通常采用拉索式塔管结构，因此，要求塔管座及拉索座应以混凝土或胶合岩石作为基础，在基础施工时按照防雷要求考虑避雷设施与其同步施工，150W 20kW风力发电机的塔基、拉线地锚基础尺寸如图1-62与表1-30所示。图1-50 150W 20kW风力发电机的塔基、拉线地锚基础尺寸表1-30 150W20kW风力发电机的塔基、拉线地锚基础尺寸型 号150 300W600W 2kW35kW10 N20kW地坑深度A(m)0.70.71.02.0地坑直径B(m)0.70.71.02.0底座地锚长度C(m)0.50.50.91.2小型风力发电机的拉线型号及安装尺寸如表1-31所示。表1-31