《風力發(fā)電》作業(yè)及期末復習題

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1、《風力發(fā)電》視頻公開課 指導性題目一覽表 講次名稱 復習思考題 作業(yè)題 第一講：風來風去 具體解釋描述風的主要性能參數(shù)有哪些？ 指出自然風形成的原因，并進一步解釋“龍卷風”、“臺風”是如何形成的？ 第二講：風聲水起 結(jié)合風電發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀，指出影響風電發(fā)展的主要因素有哪些？ 世界風電發(fā)展的第三階段一一徘徊期出現(xiàn)的三個代表性特征是什么？簡要說明之。 第三講：電從風中來 畫出風力發(fā)電的物質(zhì)流示意圖標明各部分名稱，并簡要進行說明。 風電機組機艙內(nèi)部有哪幾個主要部件？進一步指出其作用。 第四講：風電發(fā)展何處去 簡述風電預測技術(shù)的重要性。 目前而言，制約我國風電發(fā)展的主

2、要瓶頸問題有哪些？ 第五講：風力發(fā)電及其經(jīng)濟性 指出大中型風電機組及小型風電機組在選址時的主要區(qū)別。 解釋下面風力發(fā)電的相關(guān)概念：能量轉(zhuǎn)換效率、容量成本及平準化電能成本。 第六講：風力發(fā)電與環(huán)境 簡述風力發(fā)電對環(huán)境的主要影響。 風力發(fā)電主要受到哪些環(huán)境因素的影響，并簡要指出主要的防制措施。 第七講：風頭正勁一談海上風力發(fā)電 海上風力發(fā)電在基礎(chǔ)施工及運輸、安裝方面的關(guān)鍵性技術(shù)有哪些？ 簡述海上風的主要特點。 第八講：風行獨立一談獨立運行的風力發(fā)電 試闡述評價風電與柴油發(fā)電互補系統(tǒng)優(yōu)劣的主要指標。 風電、光電及柴油發(fā)電三者互補運行所適用的狀況有哪些？并示意畫出一個風光柴互補

3、運行的系統(tǒng)圖標示各部分名稱。 第九講：風行垂直軸—談垂直軸風電機組 簡述垂直軸風電機組的主要優(yōu)勢。 分別以“”型及“①”型機組為例，解釋阻力型及升力型垂直軸風力發(fā)電的基本工作原理。 第十講：乘風前行 舉例并簡要說明何未來風電發(fā)展的“抓大抓小”？ 何謂分布式風電系統(tǒng)？并指出其優(yōu)點在哪些？ 能源與動力工程系 熱工及風能教研室衛(wèi)運鋼 復習思考題 一、具體解釋描述風的主要性能參數(shù)有哪些？答：風速、風向以及風能等等；風速——是指單位時間內(nèi)風的水平移動距離，從時間上看有瞬時風速和平均風速之分，用風速儀測量。風向——是指風吹來的方向，一般常用風向儀來測定風向。 風能——

4、是指風所具有的能量，也就是指風運動時所具有的動能，應(yīng)用上常用風壓風功率等來表示。影響風能的主要參數(shù)有：風速、風掠面積和風密度等等。 二、結(jié)合風電發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀，指出影響風電發(fā)展的主要因素有哪些？答：1、政策導向，這里能源供應(yīng)和能源安全問題七決定性作用； 2、技術(shù)支撐，空氣動力學理論、材料、機械、電氣電子和計算機等領(lǐng)域的科學技術(shù)成果被應(yīng)用于風力發(fā)電，極大的提高了風力發(fā)電的經(jīng)濟性和可靠性； 3、環(huán)境壓力，煤、石油天然氣等化石燃料的燃燒和利用存在著嚴重的環(huán)境污染，并影響全球氣候的變化，這些一引起了人們對環(huán)境保護的重視，成為了推動風電發(fā)展的新動力； 4、社會力量，清潔能源、綠色能源等已逐漸被

5、人們關(guān)注，越來越多的企業(yè)乃至個人投身到風電事業(yè)當中，與政府一道形成了風電發(fā)展的合力。 三、畫出風力發(fā)電的物質(zhì)流示意圖（標明各部分名稱），并簡要進行說明。 四、簡述風電預測技術(shù)的重要性。 答：風電預測技術(shù)一般分為兩部分內(nèi)容，一是風資源的測量與評估，另一部分是風電場所發(fā)出電的預測與預報，由于風電的發(fā)展?jié)摿υ诤艽蟪潭壬鲜怯僧數(shù)氐奈锢憝h(huán)境所決定的，所以提高風電場更廣大范圍內(nèi)風力認知才是根本，我們根據(jù)風資源來建立風電場，再結(jié)合風資源和風電機組運行狀況來預測電能產(chǎn)出，才能夠?qū)崿F(xiàn)風電場和電網(wǎng)的相約對接，所以風電預測技術(shù)非常重要。 r一—I啦弋勺—：血就r/ 、型風電機組在選址時的主要區(qū)別。茨-

6、營 一是風能資源與氣象條件，風能資源是風力發(fā)電的首要條件，而氣象條件是必要條件，風電機組應(yīng)該選擇在風能資源豐富且氣象災害較小的地域進行安裝?！? 二是地形、地物及地質(zhì)條件，地形方面包括山地、丘陵和谷底等等，地物方面如草地、森林和建筑物等等，這兩個方面主要影響當?shù)氐娘L速、風向，地質(zhì)條件則是關(guān)系到風電機組的根基，維系整個機組的安全。 三是交通條件，應(yīng)該保證聯(lián)絡(luò)方便，不僅有利于機組安裝、運輸及維護而且也有利于用戶接入電力，減少損耗。 2大中型風電機組f1—1 一是測風更嚴格，對于大中型風電機組來說，風能資源的準確測量與評估尤為重要； 二是布局更講究，若布置不合理將直接影響風電場的經(jīng)濟性與安

7、全性， 三是考慮更周全，比如距離電網(wǎng)應(yīng)該較近，這樣有利于減少電能的損耗和方便運輸電能，以及風電場送入電網(wǎng)的最大功率與電網(wǎng)總裝機容量比例不能太大，風電場必須遠離具名區(qū)一般在50米0以上，一減少對居民的影響等等。 六、簡述風力發(fā)電對環(huán)境的主要影響。答：1、對植被，土壤等的破壞 2、對大氣環(huán)境的影響 3、噪聲污染 4、電磁感擾 5、公共安全影響 6、對鳥類、地面動物的影響等等 七、海上風力發(fā)電在基礎(chǔ)施工及運輸、安裝方面的關(guān)鍵性技術(shù)有哪些？ 答：1、海上風力發(fā)電在基礎(chǔ)同時具有海洋結(jié)構(gòu)工程、高聳結(jié)構(gòu)工程以及動力設(shè)備工程。 2、海上風力發(fā)電在運輸、安裝方面，與陸地風電機組相比，海上風力

8、發(fā)電機組由于功率較大，所以重量也較大，因此需要專門的大型設(shè)備進行運輸與安裝（如安裝船），海上風電專門的運輸及安裝設(shè)備的研發(fā)與制造時我們應(yīng)該著力解決的問題，同時要采取措施應(yīng)對復雜的海洋環(huán)境。 八、試闡述評價風電與柴油發(fā)電互補系統(tǒng)優(yōu)劣的主要指標。 答：1、節(jié)油率，我們采用互補運行方式的最終目的就是要節(jié)省柴油，因此節(jié)油率是判斷系統(tǒng)是否先進的一個重要指標。 2、可靠性，為了從分利用風能節(jié)省柴油，風電機組在整個互補運行系統(tǒng)中的容量會超過50，%但是因為風電的不穩(wěn)定性和不可靠性可能對系統(tǒng)造成沖擊互補運行系統(tǒng)如何承受沖擊，保持電能輸出的穩(wěn)定性和可靠性，是判斷系統(tǒng)是否成功的技術(shù)關(guān)鍵。 3、經(jīng)濟性，我們

9、單靠節(jié)油率判斷經(jīng)濟性的好和壞實際上是不夠全面的應(yīng)該考察最終總的發(fā)電成本，一個大致的結(jié)論應(yīng)該是節(jié)油率高了，系統(tǒng)運行又可靠，總的發(fā)電成本還比較低，那么這個互補系統(tǒng)應(yīng)該是良好地系統(tǒng)。 九、簡述垂直軸風電機組的主要優(yōu)勢。 答：第一、葉片優(yōu)化設(shè)計及其風能利用系數(shù) 目前垂直軸風電機組由于優(yōu)化了葉片設(shè)計，其風能利用系數(shù)隨之提高； 第二、機組結(jié)構(gòu)特點及其受力情況 垂直軸風輪機組結(jié)構(gòu)決定其可以接受任何方向的來風，不存在對風損失，而且風輪受力比較均衡，除了受風載荷之外所受重力一旋轉(zhuǎn)離心力方向不變，是一個較為恒定的載荷，因此風輪葉片的疲勞壽命相對長一些，此外，也為風電機組向大容量方向發(fā)展創(chuàng)造條件，而且垂直

10、軸風電機組有良好的適應(yīng)性以及發(fā)電機安裝位置等優(yōu)勢。 第三、低風速啟動性能 垂直軸風電機組的低風速利用潛力也較大； 第四、環(huán)境保護方面主要體現(xiàn)在噪聲以及對當?shù)厣鷳B(tài)特別是對鳥類的影響，相比較而言，水平軸機組的風輪轉(zhuǎn)速較大，所產(chǎn)生的空氣流動性噪聲也大，而且齒輪箱等設(shè)備的機械性噪聲也較突出，從而鳥類也容易避讓，所以垂直軸風輪機組的應(yīng)用范圍會大大增加。 十、舉例并簡要說明何謂風電發(fā)展的“抓大抓小”？答：一、利用高風速的同時，更要挖掘低風速利用的潛力。 1、開發(fā)高風速領(lǐng)域，利用這些領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)豐富的風能資源，可以多發(fā)電。 2、提高高風速的風能利用率，同樣可以多發(fā)電，主要表現(xiàn)為高空風力發(fā)電和深海風力

11、發(fā)電。 二、發(fā)展大風電的同時，也要重視中小風電的發(fā)展。 1關(guān)于低風速的利用，對垂直軸風電機組特別是阻力型以及“”升力型垂直軸機組，七低風速啟動性能優(yōu)于水平軸，這說明垂直軸風電機組的低風速利用潛力也比較的大； 2、關(guān)于低風速的利用，磁懸浮技術(shù)也引起了高度重視，磁懸浮技術(shù)將使風電機組低風速利用的能力進一步加強，并且能有效的提高能量轉(zhuǎn)化效率。 作業(yè)題 一、指出自然風形成的原因，并進一步解釋“龍卷風”、“臺風”是如何形成的？答：1、溫度差和地球自轉(zhuǎn)，溫度差將導致氣壓差，地球自轉(zhuǎn)將產(chǎn)生所謂的科氏力這兩個方面的共同作用就形成的自然風。直觀上看，空氣的流動過程叫做風。由于太陽的輻射使自然界有了冷暖

12、之分，不同地區(qū)接受太陽能的輻射的能量是不同的，因此有地區(qū)冷暖之分，冷暖溫度的不均勻會導致空氣密度的不均勻，從而氣壓力不一樣，氣壓力差將推動空氣從高壓側(cè)流向低壓側(cè)，就形成了自然風。 2、龍卷風常在雷雨云中形成，由于雷雨云層的和上部的溫度差較大，氣壓力差的作用下風就產(chǎn)生了，在科氏力的作用以及雷雨云層當中的若干擾動就會形成一個猛烈旋轉(zhuǎn)的空氣柱，這樣就形成龍卷風。 臺風是繞著自身中心急速旋轉(zhuǎn)而又向前移動的空氣漩渦， 二、世界風電發(fā)展的第三階段——徘徊期出現(xiàn)的三個代表性特征是什么？簡要說明之。答：1、第二次世界大戰(zhàn)剛剛結(jié)束的頭幾年，人們對風電發(fā)展的認識不足，使風電發(fā)展放緩了，雖然一些國家的風力機使

13、風力發(fā)電有了一定程度的發(fā)展，但由于石油價格的降低從而帶動其他化石燃料低走，使得火力發(fā)電的成本降低，風力發(fā)電由此停滯不前。 2、20世紀70年代，197年3和197年8的兩次全球性石油危機，使其大幅度上漲，從而引發(fā)了世界各國對風力發(fā)電的等可再生能源的高度重視，從而拉開了大力發(fā)展風力發(fā)電的序幕。 三、風電機組機艙內(nèi)部有哪幾個主要部件？進一步指出其作用。答：1、主傳動部分——是將風輪所捕獲的風能轉(zhuǎn)換為機械能在傳遞給發(fā)電機使其發(fā)電，起到傳遞能量的重要作用；2、發(fā)電系統(tǒng)——發(fā)電系統(tǒng)主要包括發(fā)電機、變流器等，其中發(fā)電機是依據(jù)電磁感應(yīng)定律將主傳動部件傳遞過來的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，變流器是能夠?qū)崿F(xiàn)電流的交-

14、直-交變換，從而對電能的有效控制和變換； 3、偏航系統(tǒng)——通過與控制系統(tǒng)相配合可以調(diào)整機艙的方向，從而使風輪始終與風向相垂直處于迎風狀態(tài)，從而可以最大限度的獲得風能； 4、制動系統(tǒng)——對風電機組起到很重要的安全保護作用 5、控制系統(tǒng)——是他的指揮調(diào)度中心和安全保護中心 四、目前而言，制約我國風電發(fā)展的主要瓶頸問題有哪些？答：1、風力發(fā)電本身瓶頸問題，主要表現(xiàn)為技術(shù)制約，主要有能量轉(zhuǎn)換效率、風電預測技術(shù)、風電上網(wǎng)、以及風力發(fā)電的控制技術(shù)（風力發(fā)電的控制技術(shù)，由于國內(nèi)在控制硬件或是控制軟件方面的產(chǎn)業(yè)化都相當弱，只能靠引進國外的核心技術(shù)活購置核心產(chǎn)品，因此控制系統(tǒng)的依賴性也是制約我國風電發(fā)展

15、的主要瓶頸）； 2、風力發(fā)電的產(chǎn)業(yè)鏈瓶頸問題； 3、國家產(chǎn)業(yè)政策引導下的電力市場瓶頸問題，主要表現(xiàn)為政策制約。 五、解釋下面風力發(fā)電的相關(guān)概念：能量轉(zhuǎn)換效率、容量成本及平準化電能成本。答：1、能量轉(zhuǎn)換效率是反映從風能開始到上網(wǎng)電能之間能量利用程度的指標。2、容量成本是指風電場每單位千瓦時容量的造價，可以衍生出風電機組本身的容量成本。3、平準化電能成本是扣除了任何補貼和政策優(yōu)惠情況下的度電成本，（度電成本是指在風電場設(shè)備使用期間沒生產(chǎn)1度電所需要的發(fā)電總成本）。 六、風力發(fā)電主要受到哪些環(huán)境因素的影響，并簡要指出主要的防制措施。 答：一、雷擊破壞1、外部防雷，主要防止直擊雷，安裝葉片接

16、閃器到葉片內(nèi)腔引線再到葉片根部再到機艙主機架再到專設(shè)塔架引下線最后引入大地。需迅速將雷擊電流引入大地并盡量減少雷電導入設(shè)備的電流等。 2、內(nèi)部防雷，主要防止感應(yīng)雷，一般是進行設(shè)備之間的等電位連接并加強設(shè)備的過電壓保護等。二、沙塵、雨雪、冰雹甚至鹽霧以及水土壤等的腐蝕一般采用涂層保護并做好相關(guān)部件的密封保護，盡量減少與腐蝕環(huán)境的接觸機會。 三、低溫環(huán)境的影響1、必要時采取內(nèi)低溫材料，還可以采用局部加熱的裝置；2、對于承載部件的低溫疲勞問題，則需要提高焊接結(jié)束，加強探傷檢測等等。 四、海上風力發(fā)電還必須承受海浪沖刷以及海上物體的撞擊風險，此外，還有臺風破壞，。 1、對于臺風破壞，臺風預報與

17、預警工作必須加強，同時還需要對風電機組進行加強性防御設(shè)計和可靠性設(shè)計，并配置備用電源等等以提高機組抗臺風能力，防止臺風影響進一步擴大。 2、對于海浪沖刷及海上物體的撞擊風險通過提高設(shè)計度，加強機組的抗沖刷能力，設(shè)計防撞承臺，采用基礎(chǔ)護套及設(shè)置漂浮式整體防撞欄等等。 七、簡述海上風的主要特點。答：1、高風速、高產(chǎn)出與陸地相比，海上風能資源豐富，不僅風速高而且風向比較穩(wěn)定，還很少有靜風期，因此能夠更加有效地利用風電機組的容量，為大功率風電機組的利用提供條件。 2、海上風的風切變小，湍流度低。3、不占用陸地面積，對人類活動影響比較小。 八、風電、光電及柴油發(fā)電三者互補運行所適用的狀況有哪些？

18、并示意畫出一個風-光-柴互補運行的系統(tǒng)圖（標示各部分名稱）。答：1、太陽能、風能資源都比較豐富，但是互補性較差；2、太陽能和風能互補性較好，倒是他們的資源總量都不足。 5

19、旋轉(zhuǎn) 型。 ①”型機組為例，解釋阻力型及升力型垂直車軸風力I發(fā)電的基本工作原理。 …--'”型，并在旋 專中心處有一部分重疊 i圓形凹面所受的助力大于凸面，，在壓力差作用?亠：i相比于其他形狀的葉片半― 到'枚’單個葉片的整為對稱結(jié)構(gòu)的翼型。.... 是風電機組主要利用的是風繞流風輪葉片時所產(chǎn)生的升力來使風輪旋轉(zhuǎn)，再進一步發(fā)電就是升力 ，半 機組之所以制作成兩個半可，半凹圓筒面都能接受 一根柔軟的繩子按一定角速度繞兩端固定點做垂直 “①”型機組葉片截面一般為對稱結(jié)構(gòu)的翼型，各個葉片所受到的繞流升力使得葉片向一個方向旋轉(zhuǎn)，因為“①”型機組旋轉(zhuǎn)時的圓周速度較大，使得各葉片的迎風角速度，也就是攻角較小，因此一般不會出現(xiàn)升力突然減小的失速現(xiàn)象，從而接受風繞流阻力的作用而使風輪轉(zhuǎn)動。 十、何謂分布式風電系統(tǒng)？并指出其優(yōu)點在哪些？答：所謂的分布式風電系統(tǒng)，就是在用戶現(xiàn)場或靠近現(xiàn)場附近，布置一些中小型風電機組，來滿足特定用戶的需求。 優(yōu)點：因為采用分布式系統(tǒng)可以實現(xiàn)分散式接入和分散式控制，方便安全、可靠性比較高，作為集中式供電系統(tǒng)的有效補充。分布式風電系統(tǒng)可彌補大電網(wǎng)在遠距離供電，以及安全性穩(wěn)定性等方面的不足。