文 献 综 述

1.背景和意义

随着科技的进步和发展，风力发电以其资源无尽，成本低廉，安全、清洁，便于利用，成为目前再生新能源利用中技术最成熟、最具规模开发条件、发展前景看好的发电方式。风力发电机塔架是将风力发电机组、风叶举到一定高度，以保证风叶获取足够的风能，提高风力发电效率，承受风力载荷的主要设备。因此，塔架的质量直接关系机组能否安全、高效、稳定的运行。^[1]

大型风力机塔架占风力发电机整机成本的很大比重。另外，塔架是支撑机舱的结构件 ，塔架的振动传导到机舱上 ，导致机舱和叶片的振动增加。^[2]所以塔架的设计以及建模、装配对风机整机的成本和安全性能有着决定性的作用。

2.国内外现状

美国和加拿大是北美利用风能最好的国家。在美国的 50个州中, 大约有 30 个州已经开始利用风能资源。在 1998～2004年期间, 美国风力发电的总装机容量已经超过 6740MW , 可以满足 160 万个中等家庭的日常用电需求。据介绍, 制约美国风力发电产业发展的主要约束是缺乏稳定的国家政策。为了鼓励利用风能, 美国 1992 年就制定了相关的法规, 风力发电可享受减免联邦产品税 1.5 美分 / 千瓦时。但是, 该法规曾先后 3 次被终止实施, 最终导致计划取消。美国风能委员会( AWEA )希望能够有一个长期持续的产品税减免的优惠政策。当电力公司在购买电力时, 必须匹配一定数量的可再生能源的电力产品。美国风能委员会( AWEA )期望近年美国的风力发电产业能够繁荣发展, 装机能力能够超过 20000MW 。该委员会认为, 如果美国风力发电能够保持稳定增长, 到 2020年, 美国风力发电的装机能力将达到 100000MW , 占全美国供电总量的 6% 以上。

目前, 我国国产化机组产量仍然偏小, 远未达到规模效益,使得零部件采购价格偏高, 利润空间很小。因此, 我国的风力发电装备市场至今仍由国外风力发电机组占据。这一现实要求我国的风力发电设备制造企业, 应加快适合中国国情的新型风力发电装备的研制进度。尽快提高大型风力发电装备的设计和制造技术, 加大风力发电装备国产化进程。还应注意稳定产品质量, 提高国产机组可靠性, 以取得风电场建设者的认可, 逐步加大市场份额。据相关资料报道, 到 2020 年, 预计我国将新增发电能力500GW , 其中 121GW 为可再生能源。 2010 年以前, 我国计划新建 20 座风力发电场, 每座风场的发电能力达到 100MW 以上, 且达到 4000MW 的风力发电总目标, 并要求风力发电装备本土化。^[3]

3.3MW风电机组塔架建模及装配面临的问题

风力发电及并网技术对于调整能源机构，减轻环境污染，解决能源危机等方面有着非常重要的意义。近年来，随着风力发电技术及产业的迅速发展，风电已在由传统的火电、核电和水电构成的大规模电力系统中，占有了不可忽视的地位。^[4]塔架在风力机设备中是一个不可或缺的部件，它易于优化设计，但是塔架的成本在整个风力机成本中占了极大的比例，且因为其笨重的缘故，装配及其困难。为了分析风力发电机组在整个发电过程中的运行性能，建立一个比较合理的风力发电机塔架暂态方针模型，并仿真分析其各种工作性能，对知道风力发电运行特征以及优化设计风机塔架有着重要的意义。

4.预期成果