风力压缩空气蓄能装置总体设计.doc

1、摘要 风能为无污染的再生能源，我国的风力资源丰富。因而在我国风力发电机作为最常见的运用。由于风力时有时无，风向和风力也不断的变化，因而风力机一般都配有电力存储装置，将产生的电能存储起来，从而加强了风力发电机的稳定性。但是风力发电机的工作过程能量发生了多次的转换，因而也产生了大量的能量损失，从而影响了风力发电机的效率，本设计研究风力压缩空气储能装置来攫取并储存风能。风能带动风车直接转动，风车连接空气压缩机，攫取风能以后转化为动能来直接带动压缩机压缩空气，使产生的高压气体储存于储存装置，使动能转换为压缩位能。并设计了配套的风机叶片、增速器、刹车装置、调向装置和调速装置。关键词；风能；空气压缩机；风

2、动力IAbstract Wind is pollution-free renewable sources of energy, and is rich in wind resources in our country, especially in the northeast. Thus wind turbines as one of the most common use in our country. Because when the wind, the wind and the wind is constantly changing, and wind turbine is equippe

3、d with a power storage device commonly, will produce the electric energy stored, to strengthen the stability of wind turbines. But the working process of the wind turbine energy conversion have occurred many times, and therefore produced a large amount of energy loss, which affects the efficiency of

4、 wind turbines, this design study wind-powered compressed-air energy storage device to grab and store wind power. Wind turn direct drive windmill, windmill connected air compressors, grab after wind energy into kinetic energy to drive the compressor compressed air directly, make the high pressure ga

5、s stored in the storage device, the kinetic energy is converted to compress the potential energy stored in the storage device. And design form a complete set of accelerator, brake, transferred to the device and control device.Key words:Wind power; Air compressor; The wind powerI目录1.绪论 11.1我国风能资源分布11

6、.1.1概况11.1.2风能资源分布11.2我国风能利用现状21.2.1我国风能利用的市场潜力巨大21.2.2我国大力开发可再生风能21.2.3我国推动风能发展的因素31.3目前我国对风能储能的方法41.3.1二次电池储能系统41.3.2飞轮储能系统51.3.3电解制氢储能51.3.4压缩空气储能系统62机械系统的方案设计82.1方案设计的内容82.2研究给定的设计任务82.3设计任务抽象化82.4确定工艺原理92.5确定技术过程92.6确定基本结构布局102.7方案评价112.7.1方案评价的目的和内容112.7.2方案评定的原则122.7.3现有的四种方案122.7.4利用加权综合评分法法

7、评定五个方案123.风轮的结构设计153.1风力机气动设计理论基础(贝茨理论)153.2风力机叶片的结构设计173.2.1风力机叶片结构的选择173.2.2叶片数183.2.3额定风速193.2.4翼型的选择193.2.5利用图解法设计风轮叶片外型203.2.6叶片内部结构选择253.2.7叶片材料选取254风力机主轴的结构设计274.1主轴相关参数计算274.2轴段校核285传动机构设计315.1风力发电机增速器的选择315.2使用范围和特点315.3增速器的承载能力和选择方法325.4传动方案的确定335.5增速器基本设计要求及设计步骤355.6增速器各传动部件的材料及力学性能365.7第

8、一级渐开线圆柱齿轮设计365.8第二级渐开线圆柱齿轮设计386液力耦合器的选择396.1液力耦合器特点396.2液力耦合器安装方式396.3液力耦合器的选择397空压机的选取417.1空压机基本类型选择417.2排气压力选择417.3空气压缩机型号的选择418风力发电机的其他元件的设计428.1 刹车系统设计428.1.1刹车系统硬件设计428.1.2系统功能的设计428.1.3手动刹车设计438.2托架的基本结构448.3调向机构的选择448.3.1常用的调向机构448.3.2调向机构选择458.3.3尾舵形状的选择458.4塔架设计468.4.1塔架形式选取468.4.2塔架高度的确定46

9、8.5调速机构的选择479风力机回转体结构设计499.1初步估计回转体危险轴颈的大小499.2 结构设计5010压缩空气设备选型5211结论53致谢54附录A 56附录B 621.绪论 1.1我国风能资源分布1.1.1概况 我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW（陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。而2003年底全国电力装机约5.67亿kW。1.1.2风能资源分布1) 三北（东北、华北、西北）地区风能丰富带 包括东北三省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏和新疆等省自治区近200万km宽的地带，

10、风功率密度在200300W/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。但是，建设风电场时应注意低温和沙尘暴的影响，有的地方联网条件差，应与电网统筹规划发展。2)东南沿海地区风能丰富带 东南沿海受台湾海峡的影响，每当冷空气南下到达海峡时，由于狭管效应使风速增大。冬春季的冷空气、夏秋的台风，都能影响到沿海及其岛屿，是我国风能最佳丰富区。我国有海岸线约1800km，岛屿6000多个，这是风能大有开发利用前景的地区。 沿海及其岛屿风能丰富带

11、，年有效风功率密度在200W/m2以上，风功率密度线平行于海岸线，沿海岛屿风功率密度在500W/m2以上，如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等，可利用小时数约在70008000小时。这一地区特别是东南沿海，由海岸向内陆是丘陵连绵，风能丰富地区仅在距海岸50km之内。3)内陆局部风能丰富地区 在两个风能丰富带之外，风功率密度一般在100W/m2以下，可利用小时数3000小时以下。但是在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，风能也较丰富，如鄱阳湖附近较周围地区风能就大，湖南衡山、湖北的九宫山、河南的嵩山、山西的五台山、安徽的黄山、云南太华山等也较平地风能为大。4)海上风能丰富

12、区 我国海上风能资源丰富，10m高度可利用的风能资源约7亿多kW。海上风速高，很少有静风期，可以有效利用风电机组发电容量。海水表面粗糙度低，风速随高度的变化小，可以降低塔架高度。海上风的湍流强度低，没有复杂地形对气流的影响，可减少风电机组的疲劳载荷，延长使用寿命。一般估计海上风速比平原沿岸高20%，发电量增加70%，在陆上设计寿命20年的风力机组在海上可达25年到30年，且距离电力负荷中心很近。随着海上风电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续能源。1.2我国风能利用现状1.2.1我国风能利用的市场潜力巨大 我国位于亚洲大陆东南，毗邻太平洋西岸，季风强烈。季风是我国的气候的基

13、本特征。冬季季风在华北长达六个月，东北长达七个月，东南季风则遍布我国半壁江山。目前我国已经验证出100多种不同形式的，不同容量的风力机。并初步形成了风力机电产业。近几年发展较为迅速，自2004年以来，每年装机容量增速均超过100%。2006年新增装机容量同比大幅度增长166%，达到134万kw，2014年装机容量同比大幅度增长105%，达到万kw。位居世界第十位，亚洲第三位，成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一。尽管如此，与发达国家相比，我国的风能开发技术和利用程度还是比较落后的，不但发展缓慢而且设施落户，远没有形成规模。我国应该在风能的开发利用上加大投资力度，使高效清洁的风能

14、在我国的能源格局中占有一席之地。1.2.2我国大力开发可再生风能 据报道,我国风能资源理论蕴藏量为32.26亿kw，加上近岸海域可利用风能资源共计约 10 亿kw,初步估算可开发的装机容量逾2.53亿 kw，居世界首位。风能资源主要分布在“三北”（东北、华北北部、西北地区），东部沿海陆地、岛屿及近岸海域。另外，内陆还有局部风能丰富区。总的看来，风能资源开发投入上、实际利用上、效益上与西方国家相比差距较大。为鼓励风电产业的进一步发展国家经贸委在深入调差研究的知识长廊基础上，与财政部、国家税务总局协调,提出了给予风力机减免增值税优惠政策的建议。中华人民共和国电力法 规定;国家鼓励和支持利用可再生和

15、清洁能源发电。从1998年1月1日开始执行的国家海关总署关于对鼓励外商投资的产业进行减免税的通知，对300kw以上大中型风力机进口关税予以减免。1998年2 月,国家计委和科技部联合下发了 国家计委、科技部关于进一步支持可再生能源发展有关问题的通知，提出了促进可再生能源发展特别是针对风力机的几项优惠政策。2005年可再生能源法颁布实施后,风力机产业得到快速发展。据科技日报2009/2/9报道，2006年底全国累计装机容量295.9万kw, 新增风力机组3155台，当年就达133.7万kw比2005年增长率166%2007年底全国累计装机容量605万 kw，新增344.9万kw，其中1.5 Mw容量风电机组1000台，比2006年新增装机增长率158%。目前,600kw风力机组已经初实现了国产化 ,这是国家经贸委利用国债技贴息推动我国风力发电装备国产化取得的一项重要成果。湖南株洲电力机车研