风能与风力发电技术题库.docx
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风能与风力发电技术题库
《风能与风力发电技术》题库
LJ
第5章风轮机和风电场数值计算
风轮机和风电场数值计算学习要点
1、了解风力机及风场流场的控制方程组及解法;
2、了解数值软件的计算功能;
3、理解数值设计风力机、风场开发设计软件包的作用;
4、了解数值设计软件包的功能。
一、填空题:
1、风力机、风场设计软件包,应包括:
_______风轮外形_______设计子包,__风力机气动载荷____分析子包,_____风力机结构动力_____分析子包和____风力机场址选择__________分析子包。
2、风力机、风场设计软件包可完成风力机_____气动设计__、______性能计算___、
______动力学分析_________、风电场选址___和经济性分析。
3、控制方程可通过对两种“控制体”应用基本物理规律导出,一种控制体被固定在流动空间中___不动______,运动流体不断通过此固定空间;另一种控制体随流体一起___运动___,_相同的流体微粒总在控制体内保持不变。
4、给定_边界条件和初始条件(初值)就确定了控制方程有特解。
5、风轮机气动设计软件(WTD1.0)提出了一套风轮机叶轮气动设计的数值方法,并建立了一套有_工程应用_价值、考虑流动三维效应的风轮机气动数值模型。
6、利用风力机模型风洞试验,可为风力机的风轮片外形设计及其参数选择,实际性能预测,风轮的载荷计算和强度设计等提供科学依据。
二、判断题
1、使用WTD1.0软件,对风轮机进行了功率计算,从启动风速到额定风速,WTD软件的计算结果与测试功率非常吻合。
(√)
2、当风速很低(3~6m/s)时,弦长对功率的影响不明显。
(√)
3、使用WRD软件计算的额定功率与测试结果相差则不大。
(×)
4、风轮机叶片间的气动干扰,随风速提高而增强。
(×)
5、使用WRD软件计算的额定功率与测试结果相差则较大。
(√)
6、风轮机叶片间的气动干扰,随风速提高而下降。
(√)
7、使用WTD1.0软件,对风轮机进行了功率计算,从启动风速到额定风速,WTD软件的计算结果与测试功率相差则较大。
(×)
8、WTD软件的数值计算结果与叶轮的气动特征定性不一致。
(×)
9、风速从接近失速风速到高于失速风速时,弦长对功率的影响就变得很明显。
(√)
10、WTD软件的数值计算结果与叶轮的气动特征定性一致。
(√)
11、WTD软件设计了分析计算风力机叶轮的起动力矩的功能。
(√)
12、WRD软件没有分析计算风力机叶轮的起动力矩的功能。
(√)
三、选择题
1、风力机、风场设计软件包,应包括(C)个子包。
A、2B、3C、4D、5
2、风力机设计软件包可完成(D)风力机气动设计、性能计算、动力学分析、风电场选址和经济性分析。
A、风力机气动设计B、风力机性能计算和动力学分析
C、风电场选址和经济性分析D、以上都是。
3、一般风场在大部分时间内的风速都在(C)范围内。
A、3~10m/sB、3~14m/sC、4~10m/sD、5~14m/s
4、WTD1.0软件的数值计算结果(A)风轮机叶片数目的选取。
A、能够优化B、可简化C、不能优化D、不一定能优化
四、简答题
1、风轮机设计软件的作用有哪些?
答:
提出了一套风轮机叶轮气动设计的数值方法,并建立了一套有工程应用价值、考虑流动三维效应的风轮机气动数值模型。
2、为什么风速较低时,弦长对功率的影响不明显呢?
答:
当风速很低(3~6m/s)时,弦长对功率的影响不明显。
两倍弦长(叶片的弦
长加宽为是原叶片弦长的两倍)叶轮的功率,反而略小于原弦长叶轮的功率,这
是因为当风速较低时,两倍弦长叶片间的气动干扰较大。
风速从接近失速风速到
高于失速风速时,弦长对功率的影响就变得很明显。
两倍弦长叶轮功率近似于原
弦长叶轮功率的两倍;而原弦长叶轮功率又近似于半倍弦长叶轮功率的两倍。
这
表明风轮机叶片间的气动干扰,随风速提高而下降。
五、计算题
1、下图给出安装角从-2.5~10°的叶轮轴功率变化图。
试分析安装角与风轮功率之间有何关系?
为什么?
安装角为7.5°和10°的叶轮是不是理想的风轮呢?
解:
图中可知:
安装角愈大最大功率愈高,7.5°和10°的叶轮最大功率要比
0°和2.5°时要高。
但在中低风速(4~10m/s)区,大安装角风轮的功率比小
安装角风轮的功率略低。
这是因为大安装角叶片风轮在低风速时就发生了气动分
离,而小安装角风轮在高风速时才发生气动分离。
显然,安装角为7.5°和10°
的叶轮并不是理想的风轮,因一般风场在大部分时间内的风速都在4~10m/s
范围内。
2、用WTD软件分别计算了3、6、12片风轮机的功率,计算结果如下图所示。
试比较12片和3片风轮机的轴功率计算结果可以发现:
(1)、当风速低于多少m/s时,12片风轮机的轴功率低于3片风轮的轴功率?
(2)、只有当风速高于多少m/s时,12片风轮的轴功率才会大大地高于3片风轮?
解:
比较12片和3片风轮机的轴功率计算结果可以发现:
(1)当风速低于11m/s时,12片风轮机的轴功率低于3片风轮的轴功率;
(2)只有当风速较高(如高于14m/s)时,12片风轮的轴功率才会大大地高于3片风轮。
第6章典型风轮机设计数据
风典型风轮机设计数据学习要点
1、了解德国Repower公司和Nordex公司的典型风力机设计数据;
2、掌握风力机特性核算方法;
3、熟练掌握风电设备的优化设计的方法;
4、了解国内一些典型风力机的设计数据。
一、填空题:
1、全球最大的风力机供应商是_______丹麦_______的VestasWindSystems公司。
2、德国Repwor公司的5M风力机是用于_______海上_______风电场。
3、风轮机的_________能量利用系数_________偏低,风能没有被高效利用。
原因是___________高速特性数__________设计偏小,__________设计转速__________偏低,_________设计点较大_________偏离最佳高速特性数。
二、判断题
1、德国Repwor公司的5M风力机是用于海上风电场,德国NORDEX公司的S70/S77风力机也可用于海上风电场。
(√)
2、N80/2500kW、N90/2300kW风力机的风能利用系数CP数值都偏低,原因是高速特性数设计偏大。
(×)
3、德国NORDEX公司N80/2500kW、N90/2300kW风力机主要用于海上风电场。
。
(√)
4、(√)
5、N80/2500kW、N90/2300kW风力机的风能利用系数CP数值都偏低,原因是高速特性数设计偏小,设计点较大偏离最佳高速特性数。
(√)
6、N90/2300kW风力机的风能利用系数CP数值偏低。
(√)
三、选择题
1、德国Repwor公司的5M风力机额定功率为(B)。
A、5000WB、5000kWC、750kWD、1500kW
2、新疆金风科技S62-1200风力机设计风速为(A)m/s。
A、12B、14C、15D、15.4
3、德国NORDEX公司的S70/S77风力机用行星齿轮增速,(A)电机。
A、双回路异步B、单回路异步C、双回路同步D、单回路同步
4、用行星齿轮增速,双回路异步电机的风力机是(D)。
A、德国NORDEX公司的S70/S77风力机
B、德国Repwor公司的5M风力机
C、德国NORDEX公司N80/2500kW、N90/2300kW风力机
D、以上都是
四、简答题
1、S70/1500kW、S77/1500kW风力机的风能利用系数都偏低,风能没有被高效利用的原因是什么?
答:
风能没有被高效利用原因是:
高速特性数λ设计偏小,设计转速偏低,设计点较大偏离最佳高速特性数。
2、试简述新疆金风科技S62-1200风力机典型设计数据?
答:
1200kW风力机典型设计数据为:
转子直径62m;
设计转速15.5r/min;
设计功率1200kW。
设计转速12m/s
3、风力发电机的转速与传动比之间有何关系?
答:
关系是:
风力发电机电机转速=转速范围×传动比i。
4、风力发电场选址应综合考虑那些因素?
五、计算题
1、已知5M风力机额定功率5000kW,设计额定风速13m/s,转子直径126m,设计
转速9.5rpm,三片叶片,叶片长61.5m,重17.7吨。
用行星齿轮增速,双回
路异步电机,6级。
(1)试对5M典型M风力机特性进行核算;
(2)说明5M风轮的能量利用系数的高或低的原因,并对其优化设计。
解:
(1)
1)核算能量利用系数Cp:
风轮机功率与叶片长、风速、能量利用系数有下列关系:
2)核算叶顶周速/风速比λ=4.82
(2)
1)可见:
5M风轮机的能量利用系数Cp偏低,风能没有被高效利用。
原因是高速特性数λ设计偏小,设计转速偏低,设计点较大偏离最佳高速特性数λP。
2)优化设计:
λP=7。
5设计改进风轮转速:
2、已知:
新疆金风科技S62-1200风力机典型设计数据为r=31m,P=1200KW=1200000W,n=15.5rp/mim;1200kW风力机高速特性数如下图所示,试对1200风力机进行优化设计。
解:
1)核算能量利用系数Cp和设计风速Vw:
风轮机功率与转子半径、风速、能量利用系数有下列关系:
能量利用系数和风速
2)核算叶顶周速/风速比λ:
可见:
核算的1200kW风力机的风能利用系数Cp=0.38,设计风速Vw=12m/s
风能利用系数稍低,风能利用较好。
如果高速特性数λ设计再高点,设计转速再
高点(见图18.5r/min),设计功率可达1360kW。
第7章风力机发电系统
风力机发电系统学习要点
1、了解恒速/恒频发电机系统;
2、了解变速/恒频发电机系统;
3、理解风力机对发电机及发电系统的一般要求;
4、了解小型离网型风力机的直流发电系统。
。
一、填空题:
1、风力发电包含了由_______风能_______到机械能,和由机械能到______电能______。
2、恒速/恒频发电机系统是较简单的一种,采用的发电机有两种:
______同步______发电机和______鼠笼型感应______发电机。
3、变速/恒频发电机系统,可以在很宽的风速范围内,保持近乎恒定的最佳叶尖速比,从而提高了风力机的运行效率。
4、同步发电机的主要优点是,可以向电网或负载提供_____无功功率_____。
5、并网运行的风力发电机组,要求发电机的________输出频率_______必须与_______电网频率_______一致。
6、保持发电机输出频率恒定的方法有两种:
①_____恒转速/恒频系统_____,采取失速调节或者混合调节的风力发电机,以恒转速运行时,主要采用__异步感应发电机_____;②_____变转速/恒频系统_____,用_________“电力电子变频器”将发电机发出的频率变化的电能转化成频率恒定的电能。
7、感应发电机也称为________异步_______发电机,有鼠笼型和绕线型两种。
在恒速/恒频系统中,一般采用_______鼠笼型异步_______电机。
8、感应发电机可以有_____并网运行_____和_____单独运行_____两种运行方式。
9、直流发电系统大都用于____10____千瓦以下的微、小型风力发电装置,与____蓄电池储能器____配合使用。
10、直流发电系统所用的发电机主要是________交流永磁发电机________和________无刷自励发电机________,经________整流器________整流后输出直流电。
二、判断题
1、变速/恒频发电机系统与恒速/恒频系统相比,可提高了风力机的运行效率。
(√)
2、鼠笼型感应发电机稍高于同步速的转速运行。
(√)
3、与恒速/恒频系统相比,变速/恒频发电机系统的风/电转换装置的电气部分变得较为复杂和昂贵。
。
(√)
4、三相电机比相同额定功率的单相电机,一般体积较小、效率较高、。
(√)
5、同步发电机的同步转速由电机极对数和频率所决定(√)
6、同步发电机的缺点是,它的结构以及控制系统比较复杂,成本比感应发电机高。
(√)
7、三相电机比相同额定功率的单相电机,一般体积较大、效率较高。
(×)
三、选择题
1、变转速运行的风力发电机有(C)两大类。
A、双绕组双速感应发电机和双定子感应发电机
B、高滑差感应发电机和双定子感应发电机
C、不连续变速和连续变速
D、无刷双馈发电机和鼠笼型感应发电机
2、、小型直流发电系统的发电主要有(A)种。
A、2B、3C、4D、5
3、(A)发电机非常适合用于千瓦级的微、小型风力发电装置。
。
A、无刷爪极自励B、交流永磁C、直流
4、并网运行的风力发电机组,要求发电机的输出频率和电网频率(A)。
A、一致B、恒定
5、当电网中并入的风力电量达到一定程度,会引起电压不稳定,一般建议不大于(B)。
A、5%B、10%C、15%D、25%
四、简答题
1、风力机对发电机及发电系统的一般要求有哪些?
答:
(1)将不断变化的风能,转换为频率、电压恒定的交流电,或电压恒定的直流电。
(2)高效率地实现上述两种能量转换,以降低每度电的成本。
(3)稳定可靠地同电网、柴油发电机及其他发电装置或储能系统联合运行,为用
户提供稳定的电能。
2、感应发电机单独运行时,自励建压的条件是什么?
答:
在单独运行时,感应发电机电压的建立需要有一个自励过程。
自励的条件,
一个是电机本身存在一定的剩磁;另一个是在发电机的定子输出端与负载并联一
组适当容量的电容器,使发电机的磁化曲线与电容特性曲线交于正常的运行点,
产生所需的额定电压。
3、并网运行的风力发电机组,要求发电机的输出频率与电网频率一致恒定方法有
哪几种?
答:
并网运行的风力发电机组,保持发电机输出频率与电网频率一致恒定的方法有两种:
(1)恒转速/恒频系统。
采取失速调节或者混合调节的风力发电机,以恒转速运行时,
主要采用异步感应发电机。
(2)变转速/恒频系统。
用“电力电子变频器”将发电机发出的频率变化的电能转化成频率恒定的电能。
4、试画出感应发电机单独运行的自励磁电路。
答:
第8章国外风电场及发展
国外风电场及发展学习要点
1、了解世界典型的风电场;
2、了解最知名的一些风电设备制造商;
一、填空题:
1、______丹麦______最早开始研究风力发电技术。
2、随着科技的发展,现在已经逐步发展从_______陆地____到____海上____风能的全方位的风能利用。
3、世界风能利用排在前四位的是______德国____、____美国_______、____西班牙____和____丹麦_____。
4、一个国家若其风电跨过_____10万_____千瓦这一门槛,则风电发展速度就会显著加快。
5、风电的发展方向是:
____“变频/恒速”____发电系统、____大型化____风力机和____近海____风力机。
6、风力机正由1MW等级向2.5MW、5~6MW____大型化____的方向发展,商品化的风力机已达____2____MW以上。
7、风电技术的不断进步和风轮机的____大型____化、____高效____化和____规模____化,无疑将____降低____风电价格并推进其发展。
8、___德国___风力发电全球领先,目前是世界上风电装机最多,风电技术最先进的国家。
9、风能发电发展最快的地区是_____欧洲_____。
10、美国风电发展证实风能发电最重要的在于政府的_____政策支持_____。
11、美国GE公司为世界主要的风力发电机供应商之一,并且制造高质量的_____风力机叶片_____,提供先进的机组制造、维护方案等服务。
目前的产品容量在1.5MW至3.6MW,都具有_____变速变桨距_____运行的特征,且配置了独特的“WindVAR”_____电子_____控制装置,可用于海上风电场或内陆电场,其中的_____1.5_____MW风力机是全球销售量最好的机型之一。
二、判断题_____
1、德国Nordex基于创新的技术,制造的风电机可安装于陆上或海上,风大处或风小处等多种地理位置,最大容量达5MW。
(√)
2、美国风电发展证实风能发电最重要的在于政府的政策支持。
(√)
3、丹麦NEGMicon提供的风力机容量范围自600kW至2MW,每个机组都确保操作简易,使用效率高,性能最优化。
(√)
4、美国风电发展证实风能发电最重要的在于政府的投支。
(×)
5、德国Nordex采用了变桨距的方式获取最大能源,减小噪声。
(√)
6、德国Nordex采用控制系统时刻记录、评估和控制风力机内外部信息,完整控制和调整风力机系统及风电场,并能在线观察所记录的运行数据。
(√)
7、风轮机“风能利用系数C”与叶尖速比λ无关。
(×)
8、风力机的功率大小和风速、风轮直径有关。
(√)
9、风力机的叶片宽度、叶片数与转速成正比。
(×)
10、风力发电机的塔架高度增加,风速增加,功率也增加,则提高风力机的塔架高度可提高发电量。
(√)
三、选择题
1、已可生产MW级或更大型的风力机的国家有(D)。
A、丹麦、德国B、印度、意大利
C、日本、西班牙和美国D、以上都是
2、商品化的风力机已达(A)MW以上。
A、2B、2.5C、5D、6
3、欧盟国家风电装机总容量位居首位的国家为(C)。
A、丹麦B、西班牙C、德国D、荷兰
4、俄罗斯研制出(A)千瓦小型移动风力发电机可满足无电地区、偏远村镇和
野外工作需求。
A、30B、40C、20D、10
5、发展风力发电的关键环节是(B)。
A、政府的政策支持B、新技术和新材料C、政府投资D、核算改进设计转速
四、简答题
1、德国风力发电全球领先,风电技术先进的根本原因是什么?
答:
德国十分重视风电发展,德国制定了《可再生能源促进法》,规定
(1)拥有电网的电力供应公司必须无条件接受风能、太阳能等各类可再生能源发电设备所生产的电力;
(2)根据电力生产设备的技术条件、生产成本,政府规定各种类型再生能源发电电价,并每三到四年调整一次;(3)从法律上规定的可再生能源发电电价,保证经营者可得到一定的利润,从而激发了人们开发可再生能源的热情。
2、当前世界上风能利用激增的原因是什么?
答:
(1)、风力发电随着科技进步,技术相对成熟;
(2)、人们重视风电发展,政府政策支持;
(3)、发展风力发电的关键环节是新技术和新材料,风力发电的技术和材料已有很大改进。
3、美国GE公司制造的风力发电机在市场上有哪些竟争优势?
答:
美国GE公司制造的风力发电机在市场上有哪些竟争优势就在于:
美国GE公司为世界主要的风力发电机供应商之一,风力机的设计和生产位于德国、西班牙和美国Florida州,并且制造高质量的风力机叶片,提供先进的机组制造、维护方案等服务。
目前的产品容量在1.5MW至3.6MW,都具有变速变桨距运行的特征,且配置了独特的“WindVAR”电子控制装置,可用于海上风电场或内陆电场,其中的1.5MW风力机是全球销售量最好的机型之一。
第9章国内风电场及发展
国内风电场及发展学习要点
1、了解我国的风电资源、风电场;
2、了解主要的风电设备供货商;
3、了解国内风电产品及设备制造商。
一、填空题:
1、我国风能资源储量居世界第_____三_____位,仅次于_____俄罗斯_____和_____美国_____,仅陆上可开发的装机容量就达2.5亿千瓦。
2、我国风能资源分布很广,在东南沿海、山东、辽宁沿海及其岛屿年平均风速达到_____6~9_____m/s,内陆地区如内蒙古北部,甘肃、新疆北部以及松花江下游也属于风资源丰富区,风速达到_____6.3_____m/s;在这些地区均有很好的开发利用条件。
3、我国风能利用的发展阶段,其中的主要设备采用的是____进口____设备并由国外政府____软贷款____协助完成。
4、目前我国已有各种用途的微型风力机_____1_____kW以下;小型风力机_____1~10_____kW;中型风力机_____10~150_____kW。
5、目前我国运行机组中,国产风电机制造商主要有_____新疆金风_____和_____西安维德_____和_____洛阳一拖/美德_____。
6、新疆乌鲁木齐____达坂城____风力发电厂的单机容量和总装机容量居全国第一,并成为亚洲最大的风力发电场。
7、____能源____和____环境____两大主题,是当今人类要生存和发展要解决的最紧迫问题。
8、___内蒙古___是我国北部地区的风能富集区,占全国风能储量的40%,居全国之首,开发条件十分优越。
9、____广东省____“借风生电”经济效益、环保效益明显,还可以利用风能、水利两者配合互补,来____调节____全省电力供应。
10、中国发展风能的一个良好途径,就是在____德国____、____丹麦____及____西班牙____世界上风能发展最好的三个国家厂商的帮助下,引进并消化、吸收相关的技术,这其中包括____风能____测量、____风场____设计、资金筹措、风力发电机装置的____设计____与____生产____、及风场建设、风场管理等。
二、判断题
1、广东可以利用风能、水利两者配合互补,来调节全省电力供应。
(√)
2、风力发电由于具有较好的经济效益和社会效益,已受到世界各国政府的高度重视。
(√)
3、如果国家出台多种优惠政策,则风电会在电力市场上开始具有很强的竞争力。
(√)
4、碳纤维叶片一定比玻纤叶片贵。
现在国外新的5MW级风力机叶片的整个横梁都采用碳纤维。
(×)
5、广东将率先建海上风电场,在海上发展风电,前景更好。
(√)
6、尽管我国近几年风力发电每年都在增长,但装备制造水平与装机总容量与发达国家还有很大差距。
(√)
7、没有政府的政策支持,风力发电在电力市场上也具有很强的竞争力。
(×)
8、列入特许经营权项目,就意味着列入了国家风电发展计划。
(√)
9、我国装备制造水平与装机总容量与发达国家还有很大差距,故我国风力发电潜力不大。
(×)
10、我国的风力发电装置大都由欧美引进,而且都是17~22m长的玻璃钢叶片,由于规模小,风电成本较高。
(√)
三、选择题
1、(D)目前是风电行业全国最大的复合材料供应商。
生产风力机叶片、机舱罩及其他复合材料制品,同时开发具有自主知
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