Documento sobre tecnología de energía eólica 1 Tecnología de energía eólica
Resumen: Con la creciente escasez de energía en el mundo, el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología y las necesidades de protección del medio ambiente de las personas, las personas Estamos trabajando arduamente para encontrar una energía verde limpia, renovable y respetuosa con el medio ambiente que pueda reemplazar el petróleo, el gas natural y otras fuentes de energía. La energía eólica es actualmente la nueva fuente de energía más prometedora. Es energía inagotable, limpia, libre de contaminación, renovable y verde. La utilización de la energía eólica, desde los molinos de viento hasta la generación de energía eólica, demuestra el progreso de la civilización y la ciencia. Greenpeace y la Asociación Europea de Energía Eólica propusieron el informe "Energía Eólica 2012" en 2002. El informe señalaba que para 2020, la energía eólica mundial representará el 12% de la demanda eléctrica total del mundo. ¿Undécimo plan quinquenal? El esquema de desarrollo también señala que la energía eólica de China representará el 14% de la energía eólica total del mundo. En comparación con la generación de energía térmica y la generación de energía hidroeléctrica, la generación de energía eólica tiene las ventajas de una pequeña capacidad unitaria y una construcción descentralizada. A medida que la demanda de energía y protección del medio ambiente del país siga aumentando, también surgirán las ventajas económicas y prácticas de la energía eólica.
Palabras clave: tecnología de energía eólica
1. El estado de desarrollo de la energía eólica en el país y en el extranjero
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En 2012, los 10 países con la mayor capacidad de energía eólica recién instalada representaron el 87% de la capacidad de energía eólica instalada en el mundo. En comparación con 2007, Estados Unidos se mantuvo en el primer lugar, China superó a España y ascendió del tercer al segundo lugar, y la India superó a Alemania y España y ascendió del quinto al tercer lugar. La capacidad instalada total de los tres primeros países representa el 60% del mundo. Según estadísticas de la Asociación Mundial de Energía Eólica, en 2012, la capacidad instalada mundial de energía eólica aumentó en aproximadamente 27,26 millones de kilovatios, con una tasa de crecimiento de aproximadamente el 29%. Ha acumulado 121 millones de kW, con una tasa de crecimiento del 42%, superando la marca de los 100 millones de kW. La cantidad total de energía eólica es de 260 mil millones de kilovatios hora, lo que representa el 0,25% del consumo total de electricidad del mundo, que aumentó al 1,5% en 2012. Aunque todavía existen muchas dificultades en el desarrollo de la energía eólica, como la adaptabilidad de la red, los recursos de energía eólica, el desarrollo de la energía eólica marina, etc. , en comparación con la energía convencional, las ventajas económicas se han ido haciendo evidentes y países de todo el mundo confían en el desarrollo de la energía eólica.
2. Situación actual de la generación de energía eólica en China
La generación de energía eólica en mi país comenzó a finales de la década de 1950. Se han creado pequeños parques eólicos con una capacidad unitaria inferior a 10 kW. establecido en Jilin, Liaoning, Xinjiang y otras provincias, pero desde entonces ha estado estancado. No fue hasta 1986 que se construyó el primer parque eólico conectado a la red de China en Rongcheng, Shandong. Desde entonces, la construcción de parques eólicos conectados a la red ha entrado en la etapa de exploración y demostración, pero se caracteriza por su pequeña escala y su gran capacidad unitaria. En 1990, se habían construido 4 parques eólicos conectados a la red, con una capacidad instalada total de 4.215 MW y una capacidad unitaria máxima de 200 kW. Sobre esta base, la generación de energía eólica ha entrado en una etapa de promoción gradual desde 1991. En 1995, mi país había construido cinco parques eólicos conectados a la red con una capacidad instalada total de 36,1 MW y una capacidad unitaria máxima de 500 kW. Después de 1996, la generación de energía eólica entró en la etapa de expansión de la escala de construcción, que se caracteriza por la gran escala y la capacidad instalada de los parques eólicos, con una capacidad unitaria máxima de 1.500 kW. Según las últimas estadísticas de la Asociación China de Energía Eólica, en 2007 se instalaron 3.144 nuevas turbinas eólicas en China, excepto en la provincia de Taiwán. En comparación con 2006, la tasa de crecimiento de la nueva capacidad instalada en 2007 fue del 145,8 por ciento y la tasa de crecimiento de la capacidad instalada acumulada fue del 126,6 por ciento. En 2007, excluyendo la provincia de Taiwán, China instaló un total de 6.458 turbinas eólicas con una capacidad instalada de 5.890 MW.
Ventajas y desventajas de varias turbinas eólicas
Las turbinas eólicas se componen principalmente de dos partes:
La parte de la turbina eólica convierte la energía eólica en energía mecánica;
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La parte del generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica.
En función de los diferentes tipos estructurales utilizados por estas dos partes de ventiladores, así como de las diferentes características y diferentes combinaciones de sus soluciones técnicas, los ventiladores se pueden clasificar de muchas formas.
(1) Según los diferentes métodos de conexión mecánica de transmisión de potencia, ¿se puede dividir en? ¿Hay un ventilador de caja de cambios? ¿Sin equipo? ¿Ventilador de transmisión directa? .
Las aspas del ventilador tipo caja de cambios transmiten el par al eje motriz del generador a través de la caja de cambios, su eje de alta velocidad y el acoplamiento elástico universal. Este acoplamiento tiene buenas características de amortiguación y absorción de vibraciones, puede absorber una cantidad adecuada de desviaciones radiales, axiales y ciertas angulares y puede evitar la sobrecarga de dispositivos mecánicos.
Sin embargo, los ventiladores de accionamiento directo adoptan un enfoque diferente y emplean muchas tecnologías avanzadas. El par de las palas se puede transmitir directamente al eje de accionamiento del generador sin aumentar la velocidad de la caja de cambios, de modo que la energía eléctrica generada por el ventilador también se puede enviar a la red eléctrica. Este diseño simplifica la estructura del dispositivo, reduce la probabilidad de falla y tiene muchas ventajas. Hoy en día se utiliza sobre todo en unidades grandes.
(2) Según el método de ajuste de potencia de la pala que recibe energía eólica, se puede dividir en:
? ¿Dispositivo de paso fijo (tipo pérdida)? La conexión entre la pala y el cubo es fija. Cuando cambia la velocidad del viento, el ángulo de barlovento de la pala no puede cambiar en consecuencia. Debido a su estructura simple y rendimiento confiable, las unidades de paso fijo (stall) han dominado el desarrollo y utilización de la energía eólica en los últimos 20 años.
? ¿Unidad de paso variable? La hoja puede girar alrededor del eje central de la hoja, de modo que el ángulo de ataque de la hoja se puede ajustar y cambiar dentro de un cierto rango (generalmente 0-90 grados). Su rendimiento es mucho mejor que el del tipo de distancia fija, pero la estructura tiende a ser compleja y ahora se utiliza principalmente en unidades grandes.
(3) Según si la velocidad del impulsor es constante, se puede dividir en:
? ¿Turbina eólica de velocidad constante? El diseño es simple y confiable, con bajo costo y menos mantenimiento, y puede conectarse directamente a la red. Las desventajas son: baja eficiencia aerodinámica y alta carga estructural, lo que provoca fluctuaciones en la red y absorbe energía reactiva de la red;
? ¿Turbinas eólicas de velocidad variable? Tiene alta eficiencia aerodinámica, pequeña tensión mecánica, pequeña fluctuación de potencia, alto costo de rendimiento y estructura de soporte liviana. Las desventajas son: la energía es sensible a la caída de voltaje, los aparatos eléctricos son caros y requieren mucho mantenimiento. Ahora se usa comúnmente en modelos principales de gran capacidad.
(4) Según el tipo de aerogenerador, los aerogeneradores se pueden dividir en dos categorías:
? Modelo de generador asíncrono ¿Modelo de generador síncrono?
Siempre que se seleccione el dispositivo convertidor de flujo adecuado, se pueden utilizar para ventiladores que funcionen a velocidades variables.
Los generadores asíncronos se pueden dividir en:
(a) El rotor del generador asíncrono de jaula de ardilla es de jaula de ardilla. Debido a su estructura simple y confiable, bajo costo y fácil acceso a la red eléctrica, se usa ampliamente en unidades pequeñas y medianas.
(b) El rotor de un generador asíncrono doblemente alimentado está bobinado. El estator está conectado directamente a la red para transmitir energía eléctrica, y el convertidor de frecuencia también controla el rotor bobinado para entregar energía activa o reactiva a la red.
Los modelos de generador síncrono se pueden dividir en:
(a) El rotor del generador síncrono excitado eléctricamente es un polo saliente bobinado y el campo magnético es generado por CC externa. excitación actual.
(2) El rotor del generador síncrono de imán permanente es un polo de imán permanente hecho de material de ferrita. Generalmente es del tipo multipolar de baja velocidad. No requiere excitación externa y simplifica la estructura. del generador, por lo que tiene muchas ventajas. 2. Tecnología de control de generación de energía eólica relacionada
Con el avance gradual de una sociedad orientada a la conservación, la energía eólica, como energía limpia y renovable, ha atraído cada vez más atención. Sin embargo, ante la variabilidad de las condiciones del viento (aleatoriedad de la velocidad y dirección del viento) y la dispersión de las turbinas de los parques eólicos, la tecnología de control, como tecnología clave para un funcionamiento fiable y eficiente, necesita mejorarse continuamente y tiene amplias perspectivas de investigación. .
3. Composición del sistema de control del aerogenerador
El sistema de control del aerogenerador está formado por el sistema de cuerpo principal y el sistema de control electrónico. El sistema principal incluye el sistema aerodinámico, el sistema generador, el sistema convertidor y sus estructuras auxiliares. El sistema de control electrónico consta de diferentes módulos. El módulo principal incluye control de cabeceo, control de guiñada y control del convertidor, y el módulo auxiliar incluye control de comunicación, monitoreo y gestión del estado. Además, se realiza la conexión del sistema y la conversión de señales entre el sistema de la carrocería y el sistema de control electrónico. Por ejemplo, el sistema de control de paso controla el paso del sistema aerodinámico, lo que garantiza la máxima conversión de energía eólica y la estabilidad de la producción de potencia. La alineación automática de barlovento de la rueda de viento y el desenrollado automático del cable causado por el seguimiento continuo de la dirección del viento se controlan mediante el sistema de control de guiñada, que se divide en dos modos: barlovento activo y barlovento pasivo. Actualmente, la mayoría de los sistemas de energía eólica conectados a la red a gran escala adoptan el modo de guiñada activa. El control de corriente variable a menudo se combina con un sistema de paso variable para controlar el funcionamiento de frecuencia constante y velocidad variable y la potencia nominal máxima.
Según las diferentes normas de clasificación de los aerogeneradores, los sistemas de control de los aerogeneradores se pueden dividir en diferentes tipos. Los modelos actuales de generación de energía eólica se clasifican principalmente según las características de paso y los tipos de generador. A través de la mejora continua de la tecnología, el sistema de control ha cambiado del control inicial de paso fijo, velocidad constante y frecuencia constante al control de paso variable, velocidad constante y frecuencia constante, y luego se ha convertido en control de paso variable, velocidad variable y frecuencia constante. Además, según el tipo de conexión a la red, los sistemas de control de energía eólica se pueden dividir en tipo fuera de la red y tipo conectado a la red. El primero ha entrado en una etapa de desarrollo estable y a gran escala. Este último se ha convertido en la principal dirección de desarrollo de los sistemas de control actuales.
1. Control de paso
El control de paso es el foco de la investigación en sistemas de control de aerogeneradores. En realidad, es el control de la potencia. En comparación con el control de paso fijo, no puede resolver los problemas de pérdida automática de la hoja y de inestabilidad de energía. Al cambiar el ángulo de inclinación, el sistema coloca la turbina eólica en el mejor estado de captura de energía eólica a bajas velocidades del viento (es decir, inferiores a la velocidad nominal del viento) y mantiene la inclinación en cero, logrando así la máxima utilización de la energía eólica. Cuando la velocidad del viento es alta (es decir, superior a la velocidad del viento nominal), cambiar el ángulo de ataque y reducir el momento aerodinámico de las palas también puede lograr el propósito de regular la velocidad y limitar la potencia. Reducir el impacto de los cambios en la velocidad y dirección del viento en la unidad. Debido a las diferentes características de los correspondientes aerogeneradores, el control de paso se puede dividir en control activo y control pasivo.
2. Control de guiñada
El sistema de guiñada, también conocido como dispositivo de viento, es un sistema de servocontrol único para turbinas eólicas. A través de una serie de programas del sistema de control, la rueda eólica se ajusta para que sea consistente con la dirección del viento, asegurando el buen funcionamiento de la turbina eólica, utilizando eficientemente la energía eólica, reduciendo en gran medida los costos de generación de energía y protegiendo eficazmente el motor. Como sistema servo, el seguimiento continuo de la dirección del viento puede provocar fácilmente enredos de cables, y el sistema de orientación también tiene una función de desenrollado automático de cables. Para diferentes turbinas eólicas, se utilizan diferentes dispositivos de guiñada, que se dividen en timón de cola orientado hacia el viento, rueda de viento lateral orientado hacia el viento, servomotor o motor direccional para ajustar la dirección. Los dos primeros miran pasivamente al viento y los segundos están activos a barlovento.
3. Sistema convertidor
El sistema convertidor utiliza un convertidor de potencia total para completar la conversión de potencia de salida y la conexión a la red de la turbina eólica. Los sistemas conectados a la red actuales incluyen conexión directa a la red, conexión a la red reductora, conexión a la red cuasi sincrónica y conexión a la red suave. El más utilizado es el de conexión a la red suave.
Cuando el ventilador arranca, la unidad de control del convertidor realiza la conexión a red del ventilador. Durante el funcionamiento normal, la unidad de control del convertidor acepta comandos del controlador principal para controlar la potencia de salida, logrando así un control flexible de la potencia activa y reactiva de la red.
IV.Perspectivas de la tendencia de desarrollo de la tecnología de generación de energía eólica
En nuestro país, desarrollar vigorosamente el sistema energético representado por nuevos modelos de generación de energía eólica y solar se ha convertido en una tarea de largo plazo. La política nacional. La nueva energía pronto se convertirá en una parte indispensable de la construcción energética de mi país en el futuro. Con los continuos recortes de precios de las marcas extranjeras y la intervención de los fabricantes de máquinas completas, la nueva ronda de competencia se ha vuelto cada vez más feroz. Debemos cooperar con los fabricantes de máquinas completas nacionales. La tecnología de solución de fallas amigable con el consumo y la red es un problema que los convertidores nacionales deben resolver. La localización ha elevado el nivel técnico general de mi país a un nivel superior.
Verbo (abreviatura de verbo) Sugerencias sobre las perspectivas de la generación de energía eólica
1. Hacer un buen trabajo en la investigación de los recursos de energía eólica.
La determinación de los recursos eólicos es el requisito previo para el desarrollo de las funciones de la energía eólica. En el futuro, se debe aumentar la inversión en esta área para tener una comprensión detallada y precisa de los recursos eólicos reales de mi país en su conjunto. , para proporcionar una planificación razonable al gobierno y a los responsables de la toma de decisiones en materia de energía eólica. La energía eólica proporciona la orientación adecuada. Para comprender mejor el estado de los recursos eólicos, es necesario acelerar el censo de recursos eólicos. En este sentido, no sólo los departamentos pertinentes necesitan recaudar algunos fondos para aumentar la inversión en estudios de recursos eólicos, sino que todas las localidades también deben recaudar sus propios fondos para realizar estudios de recursos eólicos en sus regiones e investigar y determinar cuidadosamente la distribución y escala de los estudios. parques eólicos urbanizables.
2 Mejorar la tecnología de fabricación de aerogeneradores
Para mejorar el nivel técnico de las aplicaciones de energía eólica en China, es necesario fortalecer continuamente los intercambios con los países desarrollados y aprender de sus tecnologías avanzadas. Sólo conociendo la brecha entre ellos podremos mejorar continuamente el nivel técnico de la energía eólica en nuestro país. China ha propuesto que para 2010, el 80% de la capacidad instalada de energía eólica debe ser de producción nacional y debe ocupar las alturas dominantes de la competencia en tecnología. La "Ley de Energías Renovables" estipula: El estado enumera la investigación científica y tecnológica y el desarrollo industrial del desarrollo y utilización de energías renovables como áreas prioritarias para el desarrollo científico y tecnológico y el desarrollo de la industria de alta tecnología, y las incorpora al plan nacional de desarrollo de ciencia y tecnología. y plan de desarrollo de la industria de alta tecnología ¿Organizar fondos para apoyar la investigación científica y tecnológica, la demostración de aplicaciones y el desarrollo industrial del desarrollo y utilización de energías renovables, y promover el progreso tecnológico en el desarrollo y utilización de energías renovables? . Este reglamento crea buenas oportunidades para el progreso tecnológico en la generación de energía eólica. Mejorar la tecnología de la energía eólica también es la clave para reducir los costos de la energía eólica y los precios de la electricidad conectada a la red.
3 Apoyándose en políticas para desarrollar la energía eólica
En 2006, el país implementó oficialmente la "Ley de Energías Renovables". En 2008, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma emitió la "Desarrollo de Energías Renovables". ?" ¿Undécimo plan quinquenal? "Planificación". La introducción de estas políticas y regulaciones proporciona apoyo institucional para el desarrollo de la generación de energía eólica. Las medidas y reglas específicas deben ser detalladas, estandarizadas y fáciles de operar, para que el desarrollo de la generación de energía eólica pueda desarrollarse de manera constante y rápida. .
El desarrollo de la energía eólica en China ha durado más de 30 años y ha logrado avances significativos. Sin embargo, debido a una base débil, existen muchas dificultades en el desarrollo de la energía eólica, como tecnología atrasada, apoyo político insuficiente y altos precios de la electricidad conectada a la red. A medida que el gobierno y el público comprenden gradualmente la energía eólica, ¿qué pasa con la implementación formal de la Ley de Energías Renovables y el desarrollo de las energías renovables? ¿Undécimo plan quinquenal? Con la promulgación del plan y la mejora continua del diseño de equipos de energía eólica y la tecnología de fabricación, la utilización de la energía eólica seguramente hará una enorme contribución a la protección ambiental y al ajuste de la estructura energética de mi país. La industria de la energía eólica y las instituciones de investigación científica relacionadas deben aprovechar esta oportunidad, elaborar planes sistemáticos y viables para el desarrollo integral de la energía eólica, resolver gradualmente las dificultades en el desarrollo de la energía eólica, mejorar el mecanismo de la energía eólica y, al mismo tiempo, mejorar el estado estratégico de la energía eólica. Energía, popularizar y popularizar la energía eólica lo antes posible.
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