风电行业设备管理 杨申仲 2016年版.pdf

微信关注电力图书馆公众号风电行业设备管理杨申仲 谷玉海 徐小力 编著机 械 工 业 出 版 社微信关注电力图书馆公众号随着风电行业近两年的回暖和发展，以及风力发电机组运行的特殊性，在风电设备运行与维修中，出现了许多新情况、新动向和新问题，所以加强风电行业设备管理具有重要的意义。本书共分 6 章，主要介绍了风电资源与开发利用、风力发电机组的结构、风力发电机组并网运行、风力发电设备运行与维护、风力发电设备故障诊断、风力发电设备修理等内容。书中汇集了大量风电企业的使用设备管理和维修资料，针对性、可采用性和参考性强。本书可供风电行业设备管理、设备运行维护、设备修复技术人员作为培训教材使用，也可供相关院校师生学习参考。图书在版编目（CIP）数据风电行业设备管理/杨申仲，谷玉海，徐小力编著.北京：机械工业出版社，2016.12 ISBN 978-7-111-54746-4.风.杨 谷 徐.风力发电-设备管理.TM614中国版本图书馆 CIP 数据核字（2016）第 210197 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：沈 红 责任编辑：沈 红 责任校对：刘秀芝封面设计：陈 沛 责任印制2016 年 10 月第 1 版第 1 次印刷169mm 239mm12 印张228 千字0001 册标准书号：ISBN 978-7-111-54746-4定价：元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务服务咨询热线：010-88361066读者购书热线：010-68326294010-88379203封面无防伪标均为盗版网络服务机 工 官 网：机 工 官 博： 言随着我国经济持续发展，能源消费逐年增长，造成能源缺口加大。发展清洁新能源是大力推进节能减排、减少温室气体排放最有效途径之一，也是填补能源缺口的手段之一。充分利用我国风力资源，发展我国风电行业是保护环境的重要手段，更有利于提高能源安全性和减缓气候变化。从 2013 年起风电市场得到很大回暖，近两年风电设备制造业市场订单有较大幅度增长，风电设备市场售价已开始触底反弹，风电设备运行质量、售后服务等有较大提高，以综合竞争力赢得了很大的市场信赖。由于风力发电机组数量多、分布广，并随着气候条件变化而影响运行效率，在风电行业设备管理中出现了许多新情况、新动向、新问题，行业内设备管理工作者亟须一部系统讲述风电行业设备管理的专业书籍，以便更好地指导工作，为此编写了本书以供借鉴和参考。本书共分 6 章，主要内容包括风电资源与开发利用、风力发电机组结构、风力发电机组并网运行、风力机组运行与维护、风力发电设备故障诊断、风力发电设备修理等内容。书中汇集了大量风电企业实用设备管理和维修资料，针对性、可采纳性和参考性强。本书可供风电行业设备管理、设备运行维护、设备修复技术人员参考使用，同时可作为大专院校理论联系实际的培训教材。由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，请读者指正。编 者微信关注电力图书馆公众号目 录前言第一章 风电资源与开发利用1 第一节 风电资源1 第二节 风电开发与利用3 第三节 风电行业发展趋势13第二章 风力发电机组结构22 第一节 风力发电机组的分类22 第二节 主流风力机组的结构24 第三节 风力发电机组主要部件26第三章 风力发电机组并网运行38 第一节 风电运行并网消纳38 第二节 风力发电机组电网连接42 第三节 风力发电机组运行性能47 第四节 风力发电机组运行控制50第四章 风力发电设备运行与维护56 第一节 风力发电设备运输与安装56 第二节 风力发电机组试运行61 第三节 风力发电设备运行与维护64 第四节 风力发电设备润滑、冷却及备件管理76 第五节 风力发电设备技术管理89 第六节 风力发电设备故障与事故处理92 第七节 设备资产管理95第五章 风力发电设备故障诊断123 第一节 故障诊断技术123 第二节 仪器仪表检测技术128 第三节 智能工业监测技术134 第四节 远程故障诊断及预测技术136 第五节 风力发电设备故障诊断技术应用144第六章 风力发电设备修理153 第一节 运行磨损153 第二节 修理工艺管理155 第三节 高级修理技术164 第四节 典型维修内容及规定要求172参考文献185微信关注电力图书馆公众号第一章 风电资源与开发利用2013 年以来，国家能源局连续出台了一系列政策措施，加强风电产业监测和评价体系建设，并有针对性地解决弃风限电问题，以强化规划的引领作用，从而实施风电年度发展计划、有序推进风电基地建设，以及使风电产业发展更加理性。第一节 风 电 资 源预测到 2020 年，我国将实现能源消耗总量的 20%为清洁新能源的目标，而水力能，风能和太阳能光伏发电将成为最大的来源，特别是风能发电也会有较大的增长。在全球未来经济发展中，我国在清洁新能源时代中将会起到更大的作用。一、清洁新能源是我国经济发展战略的重中之重伴随经济持续增长，我国对一次性能源需求不断增加，能源的供需矛盾也越来越突出，且已经成为影响我国经济安全与经济发展的重要因素之一。虽然能源资源总量位于世界前列，但我国人均能源资源占有量很低，且不到世界平均水平的一半；另外，我国能源利用效率低、浪费严重。据估计，我国每增长 1 万美元GDP 的能源消耗是美国的 3.2 倍，与世界其他国家一次能源构成不同的是，我国以煤为主，占一次能源的比例为 65.6%。由于煤的洁净利用难度大，使用过程中已对人类的生存环境带来严重的污染。这些都在提醒我们，一方面要节约有限的资源，另一方面要积极开发新的能源。2015 年时，我国由于新能源的利用减少 3000 多万 t CO2的温室气体及 200 多万 t SO2等污染物的排放，这不但有利于节能减排工作的开展，而且更有助于我国经济可持续发展。二、风电资源总量可观风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，由于地球表面各处受热不同产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。风是流动的空气，有速度、有密度，所以包含能量。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约 2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。据世界气象组织估计全球的风能约为2.74 109MW，其中可利用的风能为2 107MW，比地球上可开发微信关注电力图书馆公众号2 风电行业设备管理利用的水能总量还要大 10 倍。1.风能风所具有的能量是很大的，当风速为 9 10m/s 的 5 级风时，吹到物体表面上的压力，每平方米面积上约有 10kgf；风速为 20m/s 的 9 级风，吹到物体表面上的压力，每平方米面积可达 50kgf 左右。台风的风速可达 50 60m/s，它对每平方米物体表面上的压力，竟可高达 200kgf 以上。汹涌澎湃的海浪，是被风激起的，它对海岸的冲击力是相当大的，有时可达每平方米20 30tf 的压力，最大时甚至可达每平方米 60tf 左右的压力。风能是干净的能源，古代就利用风能作为动力，用风带动简易的传动装置，可用于磨米、灌溉和排涝。风中含有的能量，比人类迄今为止所能控制的能量大得多。全世界每年燃烧煤炭得到的能量，还不到风力在同一时间内所提供给我们的能量的 1%。可见，风能是地球上非常丰富而重要的能源之一。合理利用风能，既可减少环境污染，又可减轻越来越大的能源短缺的压力。2.风能利用的主要形式风能利用的主要形式是发电和提水，其主要设备是风力机和风力发电系统。风力提水的历史悠久，近代的风力提水发展最好的国家应该算是荷兰，故荷兰被称作风车之国。在还没有电能的时候，荷兰人就开始利用风能生产生活了，1880年最鼎盛时期有 1 万多架风车。荷兰人拦海造田，风车帮助他们提干了海水，留下大片土地。荷兰还制定出世界上最特别的法律 风法，授予风车主人以“风权”，他人不得在风车附近修筑其他建筑物。现代风力提水机按作业性质和水源条件可分为两类：一类是低扬程大流量风力提水机，适用于河渠提水灌溉、排涝或盐场提水制盐；另一类是高扬程小流量风力提水机，它适用于深井提水。3.风力发电在新能源和可再生能源行业中增长最快世界风电行业发展年增达 35%，美国、意大利和德国年增长更是高达 50%以上。德国风电已占总发电量的 3%，丹麦风电已超过总发电量的 10%。全球风电装机容量已达 25000MW 以上，能满足 1500 万个家庭，即 3800 万人的用电需求。虽然，欧洲占世界风电总装机容量的 70%以上，但其他国家也在积极开辟市场，已有 50 多个国家正积极促进风能事业的发展。由于风力发电技术相对成熟，许多国家投入较大且发展较快，使风电价格不断下降，目前风力发电成本为0.4 0.7 元/kWh，若考虑环保和地理因素，加上政府税收优惠和相关支持，在有些地区已可与火电等能源展开竞争。在全球范围内，风力发电已形成年产值超过 50 亿美元的产业。微信关注电力图书馆公众号第一章 风电资源与开发利用3 第二节 风电开发与利用一、全球风电行业的发展1.风电行业装机容量连续增长根据全球风能理事会统计，受到我国惊人的风电新增装机 30500MW 的驱动，全球风电产业 2015 年新增装机 63013MW，实现了 22%的年度市场增长率。美国市场得益于第四季度的强劲增长、全年达到 8.6GW，德国新增 6GW 超过预期，其中包括 2.3GW 的海上项目。到 2015 年年底，全球风电累计装机容量达到432419MW，累计年增长率达到17%。2015 是一个风电市场的大年，特别是对一些大型市场来说，如中国、美国、德国、巴西等，所有这些国家都实现了创纪录的新增装机容量。2016 年全球风电依旧发展迅速，世界各国也都在布局本国的风电产业。各国政府出台了一系列促进风电发展的政策，风电企业也在积极拓展版图。如全球最大海上风电运营商即将 IPO 估值 160 亿美元；2018 年起智利地铁系统将使用可再生能源，主要是太阳能（000591）和风能等；吉尔吉斯拟实施税收优惠来促进风电开发；印度推出太阳能与风能混合动力系统；日本福岛将建 500 兆瓦级的风力发电站，到 2020 年在首都圈开始输电；英国将投资 38 亿美元建设588MW 海上风电场；挪威石油公司拟打造全球首个海上漂浮风电场等。全球风能理事会 2015 全球风电统计数据图如图 1-1 图 1-4 所示。图 1-1 全球风电年新增装机容量（2000 2015 年）2.亚洲新增装机容量蝉联全球榜首风电正在引领全球从化石能源转向的转型，风电正在价格、表现和可靠性上更具竞争力。非洲，亚洲和拉丁美洲等很多国家有很多风电市场开放，这些市场将成为下一个十年风电市场的领导力量。微信关注电力图书馆公众号4 风电行业设备管理图 1-2 全球风电装机累计容量（2000 2015 年）国家新增装机容量/MW市场份额（%）国家新增装机容量/MW市场份额（%）中国3050048.4美国859813.6德国60139.5巴西27544.4印度26234.2加拿大15062.4波兰12662.0法国10731.7英国9751.5土耳其9561.5全球其他674910.7全球前十5626489全球总计63013100 注：临时数据。图 1-3 2015 年全球风电新增装机容量前十名（资料来源：GWEC）由于 2015 年我国新增市场的卓越表现，也在累计装机容量上超越了欧盟成为全球第一。我国累计装机容量达到 145.1GW，而欧盟 141.6GW。在持续政策微信关注电力图书馆公众号第一章 风电资源与开发利用5 国家累计装机容量/MW市场份额（%）国家累计装机容量/MW市场份额（%）中国14510433.6美国7447117.2德国4494710.4印度250885.8西班牙230255.3英国136033.1加拿大112002.6法国103582.4意大利89582.1巴西87152.0全球其他6695115.5全球前十36546884.5全球总计432419100 注：临时数据。图 1-4 2015 年全球风电累计装机容量前十名（资料来源：GWEC）改善