大风坝风电厂实习报告

                                         

摘要：大风坝风电场是华能集团在云南开发的首个风力发电项目，对云南省发展风力发电具有示范作用。暑假期间我们在该厂进行了为期一个月的生产实习，主要以掌握本专业有关的生产工艺，生产设备、性能、配置及其工作原理，生产中各项经济技术指标的分析与计算，生产的组织与管理为主要目的。生产实习期间，通过工人师傅的悉心教导，我们了解了风电厂的发电原理以及发电机组的组成、运行、维修等相关知识，对角度控制系统、被动控制系统、主动控制系统等控制系统进行了一定了解和学习，通过有关理论知识与工程实际紧密结合对本专业及电力系统专业有了深刻的了解和认识。

一、        前言：

在进入大四前的暑假期间，学校要求我们进行了为期一个月的生产实习。其目的在于要求我们通过实习，能将课堂所学的有关理论知识与工程实际紧密结合，加深对本专业的感性认识；通过实习使我们家很对专业领域知识的认识，使我们掌握本专业有关的生产工艺，生产设备、性能、配置及其工作原理，生产中各项经济技术指标的分析与计算，生产的组织与管理；另一个不可忽视的作用则是使我们通过生产实习，获得参加社会实践的机会，自觉的认识和了解社会，弥补国情认识不足和社会经历方面的不足。于是，通过实习小组负责人刘瑞云同学的努力，为我们联系到了位于大理宾川的大风坝风电厂。

大风坝风电场位于云南省大理市以南近12公里的山脊上，海拔高程2,400-2,800米，由华能港灯大理风力发电有限公司投资4.7亿元建设，安装了64台750千瓦风电机组共4.8万千瓦，设计年发电量8,262万千瓦时，于20##年10月12日正式开工。风电场投产后，每年可为国家节约标准煤约2.7万吨，减少碳排放量8.9万吨。

大风坝风电场是华能集团在云南开发的首个风力发电项目，对云南省发展风力发电具有示范作用。该风电场的投产发电标志着华能集团在云南开发新能源取得重大阶段性成果，为“七彩云南”环境保护行动计划增添了亮色，对实施国家西部大开发战略和加快发展清洁可再生能源具有重大意义。

二、对风力发电厂的总体认识

由于是第一次真正意义的走出校门，走进生产实习单位，我们实习小组的各个成员都非常兴奋，全都迫不及待地想要进早地投入到此次生产实习中。

我们于六月二十八日早上来到了位于大理宾川的华能集团，与为我们安排此次实习的孙工程师取得了联系。当天上午，孙工为我们简单介绍了一下风电厂的基本情况和发电的基本原理，然后就开始对我们进行安全培训和考核。在考核结束后我们便乘车前往大风坝风力发电厂，由于风力发电对地理位置的要求比较特殊，大多都建在海拔较高的山脊上，大风坝风电厂也不例外。虽然地处偏僻，可沿途的风景倒是一片大好。巨人般的风机高高的屹立在山脊上，巨大的浆叶不停地转着，在这山峦起伏的映衬之下也颇有几分别样的风采。这一路的风景和师傅的讲述让我们更加期待即将开始的实习生活。

山路十八弯终于来到了发电厂，发电厂是个不大的地方，虽然不大，却很干净。电厂四面环山，远处的洱海尽收眼底，风景很好。发电厂主要由变电站、集控室、公司办公室、员工食堂、员工宿舍、保安室和一块篮球场组成。别看厂不大，却控制着山脊上64台风机的正常运行。这次风电厂实习涉及到了电厂的方方面面，当然也不会错过职工的住宿和薪资方面的问题。据孙工介绍，风电厂离城里较远，上下山虽然有车接送，但总体来说不太方便，最多只能下山买一些日常用品，员工基本都呆在山上的员工宿舍，过着基本与世隔绝的日子。关于薪资方面的问题，我们没顾面子，问了一些，但几位师傅都没有正面回答，但我想待遇肯定不差。由于风电属于国家补贴企业，地段又很偏僻，补贴应该不低。当代中国正大规模快速地向前发展着，电力就是其中最根本的基础保障，作为电力的源泉，电厂肯定是扮演着老大的角色。虽然风力发电在整个电力行业里还暂时不算是领头羊，但随着高品质和低碳生活时代的来临，风力发电及其其它新能源发电将慢慢占据较大份额的电力市场。

总之，风力发电厂给人的印象就是太小、太偏僻、太安静。虽然条件艰苦，但对一个人的磨练是很有帮助的，特别是刚出校门的大学生，我相信能在这么一个清苦的环境中学到很多书本上无法学到的知识，而且工资待遇还不错，对国家的贡献无人能替，还有着巨大的发展。

三、    风力发电厂的生产过程

无论是风力发电、火力发电、水力发电。其发电原理都是一样的，唯一的不同只是作用在发电机上的动力源不同。火力发电厂是依靠化石燃料软换成热能，这个过程在蒸汽锅炉或燃气机的燃烧室内完成；而后热能转换成机械能。而水力发电即是利用水的势能推动水轮机，再由水轮机带动发电机转动，发电。风力发电机则是利用风能作用在浆叶上，浆叶转动带动发电机转动，从而完成风能和电能的转换。这样的发电方式无任何副产物残留，环保低碳，但却对自然条件的要求较为严格。

大风坝风电厂共有64台750KW的风力发电机组，属于水平轴风力发电机。在机组成功克服了高海拔风电场空气密度低、高潮湿、多雷暴、易凝露、强紫外线等一系列不利因素，保持了长时间无故障地稳定运行，机组可利用率在99.5％以上。风机浆叶在受到风力推动后，带动发电机转动，然后发电机发出690V电压，经过风机下的变压装置进行一次升压到35KV，然后进过场内变电站进行二次升压到110KV，然后对时切入电网。

四、    风电厂的主要设备及其简介

大风坝风电厂的风力发电机属于大型水平轴风力涡轮机，其组件简介如下：

1、大型水平轴风力涡轮机组件

2、转子叶片——捕获风能并将其转换为转轴的转动能

3、转轴——将转动能转移到发电机内

4、发动机箱——一个箱子，其中包含：

5、变速箱——用于增加转子中心和发电机之间的转轴速度

6、发电机——利用转轴的转动能，通过电磁性发电

7、电子控制装置 ——监视系统，用于在出现故障时关闭涡轮和控制偏航装置。

8、偏航控制器 ——移动转子使其与风向保持一致

9、制动装置——在出现电力超载或系统故障时停止转轴旋转。

10、塔架——支撑转子和发动机箱，并将整个装置上升到更高位置，使叶片不会碰到地面。

11、电力设备——从发电机向下通过塔架输送电流，还可控制涡轮机的多个安全部件

风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。
　　许多世纪以来，风力发电机同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥过重要作用。近代机电动力的广泛应用以及二十世纪50年代中东油田的发现，使风力机的发展缓慢下来。
　　70年代初期，由于“石油危机”，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。

根据风力发电机旋转轴的区别，风力发电机可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。

          

水平轴风力发电机            垂直轴风力发电机        风力发电机浆叶               

水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平的风力发电机。

垂直轴风力发电机：旋转轴与叶片平行，一般与地面吹垂直，旋转轴处于垂直的风力发电机。

目前占市场主流的是水平轴风力发电机，平时说的风力发电机通常也是指水平轴风力发电机。目前水平轴风力发电机的功率最大已经做到了5wm左右。垂直轴风力发电机虽然最早被人类利用，但是用来发电还是近10多年的事。与传统的水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机具有不用对风向，转速低，无噪音等优点，但同时也存在起动风速高，结构复杂等缺点，这都制约了垂直轴风力发电机的应用。

根据定桨矩失速型风机和变速恒频变桨矩风机的特点,国内目前装机的电机一般分为二类:
异步型
（1）笼型异步发电机；功率为600/125kW  750kW  800kW  1250180kW定子向电网输送不同功率的50Hz交流电
（2）绕线式双馈异步发电机；功率为1500kW定子向电网输送50Hz交流电，转子由变频器控制，向电网间接输送有功或无功功率。
同步型
（1）永磁同步发电机；功率为750kW  1200kW 1500kW 由永磁体产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电
（2）电励磁同步发电机;由外接到转子上的直流电流产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电

五、    风机发电原理

风力发电涡轮机中，涡轮叶片旨在捕获风中的动能。其余结构几乎与水力发电装置完全一样：当涡轮叶片捕获风能并开始转动时，它们会转动转子中心与发电机之间的转轴。发电机将转动能转换为电力。就其本质而言，通过风来发电就是将能量从一种介质中转移到另一种介质。风能完全来自于太阳。当太阳加热某块陆地时，这块陆地周围的空气会吸收掉部分热量。达到一定温度后，较热的空气开始非常快地上升，因为在体积相同的情况下，热空气比冷空气要轻。移动较快（较热）的空气粒子比移动较慢的粒子产生的压力大，因此在给定高度下维持正常气压所需的粒子较少（­要了解有关空气温度和压力的更多信息，请参见热气球工作原理）。当较轻的热空气突然上升时，较冷的空气会快速流入以填补热空气留下的空隙。这股流入以填补空隙的空气就是风。在朝着风所经过的通道上放置类似转子叶片的物体，风将推动它，从而将部分动能转移到叶片上。这就是风力涡轮机从风中捕获能量的方式。

5.1 最简单的风力涡轮机包括以下三个主要部分：

转子叶片——叶片在本质上是系统的帆；它们以最简单的方式充当风的障碍（更现代的叶片设计超越了这种障碍法）。当风使叶片运动起来时，便将部分能量转移给了转子。

转轴——风力涡轮机转轴与转子中心相连。当转子旋转时，转轴也随之转动。这样，转子将它的机械转动能转移到转轴，而转轴另一端连接着发电机。

       发电机——从最基础的角度来说，发电机是一件非常简单的设备。它利用电磁感应的特性产生电压，也就是电荷差异。电压在本质上是电的压力，它是将电（或者说是电流）从一点移动到另一点的力。因此产生电压实际就是产生电流。简单发电机由磁体和导体组成。导体通常是线圈。在发电机内，转轴与缠绕着线圈的永磁体连接。在电磁感应过程中，如果导体周围有磁体，那么当其中的磁体与导体之间发生相对旋转时，便会在导体中感应出电压。当转子旋转转轴时，转轴便会旋转磁体部件，从而在线圈中产生电压。电压使电流（通常是交流电，也叫作AC电流）通过电线流出以进行配电。

           大风坝风场的风机属于水平轴风力发电机，水平轴风力涡轮机的转轴是水平安装的，与地面平行。水平轴风力涡轮机需要使用偏航调整装置时刻根据风向进行调整。偏航系统通常包括电机和变速箱，用于缓慢左右移动整个转子。涡轮机的电子控制器读取风向标设备（机械或电子风向标）的位置，并调整转子位置以尽量捕获最大的风能。水平轴风力涡轮机使用塔架将涡轮机组件上升到最适合风速的高度（这样叶片便不会碰到地面），并且占用非常少的地面空间，因为几乎所有组件都在高达80米的空中。

       5.2水平轴风力发电机发电原理及过程主要为以下几步：

       1、风推动浆叶转动，能量由回旋轮转换为回旋力。

       2、浆叶转动，回旋轮带动轴杆，将动能送入机舱内。

       3、转速经过变速箱转换为恒定转速1500r\min。

       4、输出轴干与发电机相连，发电机将转速力转换成690v电压。

       5、电沿塔杆电缆送到转换器转换器可将电压提高到可配电电压35KV。

       6、具有配电电压的电能经地下线路，传到电能集中点，与其他风机产生的风机汇合。

       7、电能传送到变电所，在变电所内进一步升压之110KV，经地面输电线切入电网送至远处的城市和工厂，也可以直接不进入变电所，供给近处的农场或村庄使用。

5.3风机详细原理：

涡轮叶片的形状非常像飞机翅膀——它们使用了机翼设计。在机翼中，叶片的一面略有弧度，而另一面则相对较平。上升是非常复杂的现象，实际上可能只有数学或物理学博士才能完全领会。不过我们可以这样来简单解释上升现象：当风沿着顺风的叶片弧面经过时，它必须加快速度才能及时到达叶片末端，以追上从叶片逆风的较平面上（也就是面朝风吹来的方向）经过的风。由于移动速度较快的空气将在大气中上升，顺风的弧面上将出现低压团。低压区域向顺风方向吸引叶片，此称为“上升”效应。在叶片的逆风面，风速较慢，产生推动叶片的较高压力区域，使其减速。和机翼设计类似，高升阻比对于设计高效涡轮叶片至关重要。涡轮叶片呈螺旋状，这样便始终可呈现出利用理想升阻力比的角度。空气动力学不是制造高效风力涡轮机的唯一设计考虑。尺寸也很重要——涡轮叶片越长（因此转子直径越大），涡轮可从风中捕获的能量越多，发电容量也就越大。通常，将转子直径加倍，可将能量输出提高至原来的四倍。但是，在某些情况下，如在风速较低的地区，直径较小的转子可以比直径较大的转子产生更多能量，因为较小的装置用于转动较小发电机的风能较少，因此涡轮机可以几乎一直以满功率运行。塔架高度也是影响发电容量的一个主要因素。涡轮越高，所能捕获的能量越多，因为风速随高度提升而增加——地面摩擦和地面物体会阻碍风的流动。科学家估计高度每上升一倍，风速增加12%。

要计算涡轮机实际从风中产生的能量多少，您需要知道涡轮机所在地点的风速和涡轮机功率。多数大型涡轮机在风速约15米/秒(33mph)的情况下可产生最大能量。考虑到在风速稳定的情况下，转子直径决定涡轮机可产生的能量多少。请记住，随着转子直径增加，塔架高度也会增加，这意味着将接触到速度更快的风。

在风速为33mph（约15米/秒）的情况下，多数大型涡轮机能够达到其额定功率，在45mph（20米/秒）下，多数大型涡轮机关闭。有许多可在风速威胁结构时关闭涡轮机的安全系统，其中包括一种部分涡轮机所用的非常简单的振动传感器，这类传感器的基本组成是一个位于小底座上的与链条相连的金属球。如果涡轮机的振动开始超过某个阈值，球将从底座上落下，拉动链条并触发关闭。

六、风力发电机主要控制系统

涡轮机中最常用的敏感性安全系统可能是受超过阈值的风速触发的“制动”系统。这些装置使用电源控制系统，当风速过高时启动制动装置，当风速下降低于45mph（20米/秒）时“松开制动装置”。现代大型涡轮机设计使用多种不同类型的制动系统：

角度控制——涡轮机的电子控制器监视涡轮的功率输出。当风速高于45mph（20米/秒）时，输出功率将过高，此时控制器通知叶片改变角度，使叶片与风向不一致。这样做可以减慢叶片的转动。角度控制系统要求（转子上的）叶片安装角度是可调整的。

被动停止控制——叶片以固定角度安装在转子上，但设计使得叶片中的扭曲角度可在风速过高时对叶片进行制动。叶片具有一个特殊的角度，可在风速超过某一值时导致叶片的逆风面产生湍流，从而使叶片停止转动。简单来说，当面对风向的叶片角度过陡，以至于开始消除上升力，从而降低叶片速度时，空气动力学作用将停止。

主动停止控制——这种功率控制系统的叶片可以调整角度，类似角度控制系统中的叶片。主动停止系统按照角度控制系统的方式读取功率输出，但不是调整叶片角度使其与风向不一致，而是调整角度使它们停止转动。

七、风能资源介绍

在理想条件下，通常的大型风力涡轮机每年可产生高达1.8MW电力或520万KWh——足以为近600个家庭供电。然而，核电站和燃煤发电站的发电成本要比风力涡轮机低。那为什么还要使用风能？使用风能发电的两个最主要原因也是最明显的两个原因如下：风能是清洁的可再生能源。它不会像煤炭那样向大气释放类似CO2和氮氧化物等有害气体，并且未来短时间内都不存在风能耗尽的危险。使用风能发电还具有独立性，任何国家都可以在本国发电而无需国外支持。风力涡轮机可以为中央电网无法供电的遥远地区带来电力。不过风能也存在缺点。由于风速变化不定，因此风力涡轮机不能像许多其他类型的发电站一样始终以100%功率运转。如果您住在风力发电站附近，可能会发现风力涡轮机噪音很大，并且它们对鸟类和蝙蝠很危险，而在土质密实的沙漠地区，如果要挖掘地面安装涡轮，可能会造成土地侵蚀。并且，由于风是相对不可靠的能源，因此在风速减弱时，风力发电站的工作人员必须用少量可靠、不可再生的能源来支持系统。一些人认为，使用不清洁能源支持产生清洁能源抵消了收益，但风电行业宣称，维持风电系统稳定发电所需的不清洁能源远不足以抵消风能发电所带来的好处。

  涉及风力涡轮机时，如何布置是主要问题。了解地区的风力强弱之后，确定具体风速是多少，以及风以这样的速度可持续多长时间是建立高效风力发电场的关键决定因素。风的动能与其速度成正比且以指数级增加，因此，风速的略微提高实际上意味着发电潜能的巨大提高。通常的经验是，风速加倍将使发电潜能提高八倍。因此，从理论上来说，如果一台涡轮机安装在平均风速为26mph（12米/秒）的地区，那么它所产生的电力将8倍于安装在平均风速为13mph（6米/秒）的地区的涡轮机。之所以称之为“理论上”是因为在现实世界中，涡轮机可从风中提取的能量是有限的。这称为贝兹极限，该值约为59%。但风速的小小增加仍将导致电力输出的极大增加。

与多数其他能源生产领域一样，当涉及到从风中捕获能源时，效率总是人们考虑的重点。成组的大型涡轮机（称为风力发电场或风力发电站）是最经济高效的风能使用方式。最常见的大规模的风力涡轮机功率在700KW到1.8MW 不等，人们将其组合在一起以从风力资源中得到最大电力。在风速高的农村地区它们的安装位置通常间隔较远，水平轴风力涡轮机的占地面积小，这意味着几乎不会影响耕地的使用。风力发电场的发电容量在数MW到数百MW不等。

八、  实习总结

实践期间，除了浅层次的了解学习了专业技能外，我还感受到了很多技能之外的东西，首先是工人师傅和风机维护人员们的敬业和那种生机勃勃的工作气氛。走进这样一个集体中，你的心会不由自主地年轻起来，你的脚步会不由自主地跟着大家快起来，远远的脱离了我们学校那种懒散自由的作风，而你的工作态度会变得努力、认真、再认真一些，也许，这就是一个集体的凝聚力，这就是一个企业写在书面之外的特殊文化。

人的一生中，学校并不是真正永远的学校，而真正永远的学校只有一个，那就是社会。大学生社会实践是引导我们学生走出校门，走向社会，接触社会，了解社会，好让我们今后能更加容易的融入社会这个真正的大学，并且在参加社会实践活动以后，还有助于我们在校大学生更新观念，吸收新的思想与知识。

短短的一个月实习很快就过去了，在这短短的一个月中，我受过累、流过汗、迷茫过，但是我却成长了，我从中领悟到了很多东西，而这些东西将让我终身受用，这次亲身体验让我有了深刻感触，这不仅是一次实践，还是一次人生经历，是一生宝贵的财富。

时代在进步，社会在发展，而随之而来的竞争也非常严峻的摆在了我们的面前，现代社会所需要的已经不再是单纯的知识型人才，时代赋予人才新的定义；不仅能够驾驭新科技，具有创新意识，更要有将科技应用于事件的能力，但是再看看我们，犹如井底之蛙般只是禁锢在四角高墙内，毫无目的毫无激情地学习着课本上的知识，做着日后事业有成飞黄腾达的美梦，外面的传统，我们的教育制度还有我们本身使我们缺乏勇气走出象牙塔，去接受实践的检验和社会竞争的洗礼，在这样一个只是与实践完全脱节的环境里，我们又有什么资本去谈成才、谈竞争、谈事业？时代证明，历史证明，我们的自身状况证明，我们唯有面对社会，才能心平气和地作出一些选择，才能确立自己学习和生活的目标。