开题报告 电气工程及自动化 船用风力发电装置设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义：
未来的时代是一个海洋的时代，作为一个大国，要想在未来的竞争中有立足之地，中国必须大力发展风力发电，特别是海上风力发电。船舶在航行和停泊状态下，可以利用的资源很多，特别是在航行中风能是最主要的一个。在航行中如果能利用风能来进行发电可以为船舶的电力系统提供源源不尽的清洁能源。风力发电作为一种新的、安全可靠的、干净的能源, 其优越性为越来越多的人所认识, 风力发电的优越性可归纳为5 点: (1)风力发电是一种干净的自然能源。没有常规能源(煤电、油电等) 及核电对环境造成污染的问题。
(2)风力发电技术不断进步, 风力机单机容量逐步增大, 产品质量得到了改善, 可用率已达95% 以上, 是一种安全可靠的能源。目前国际上安装的主要是单机容量为300～ 750kW 的风力机, 预计到21 世纪, 将是兆瓦级风力机的市场, 风力发电市场的容量可达几万至几十万kW。
(3)风力发电的经济性日益提高。不论工程投资还是发电成本, 都已接近煤电, 低于油电和核电。若考虑到煤电的环境污染与交通运输等问题, 则风电的经济性优于煤电。
(4)风力发电场建设工期短。单台风力发电机安装仅需几个星期, 可多台同时安装, 互不干扰。建设一个风力发电场, 从土建、安装到投产, 只需半年至1 年时间;而油电、煤电、核电站建设约需3～10 年。
(5)风力发电占地面积小。风力塔与监控、变电建筑仅占电场约1% 的土地, 其余99% 的广大场地仍可供农、林、牧使用 风力发电是新能源中技术最成熟的、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式，目前其发电成本已接近常规发电方式。随着风力发电技术的不断完善，风力发电装置的种类也越来越多。
1、螺旋桨式风力机是风力发电使用最多的一种。常见的是双叶片和三叶片风力机，但也有一片或四片以上的风力机。这种风力机的翼形与飞机翼形相类似，为了提高起动性能，尽量减少空气动力损失，多采用叶根强度高、叶尖强度低带有螺旋角的结构。螺旋桨式风力机，至少也要达到额定风速，才能输出额定功率，为了使风向正对风轮卧回转平面，需要进行方向控制。
2、欧洲(特别是荷兰和比利时)使用的荷兰式风力机。现有900台左右，一部分作为游览用在运行，大型的有直径超过20米的机组。
3、多翼式风力机在美国的中、西部的牧场大部分用来提水。19世纪来有数百万台。多翼式风力机装有20枚左右的叶片，是典型的低转速大扭矩风力机，目前不仅在美国使用，在墨西哥、澳大利亚、阿根廷、南美等地也有相当的数量在使用， 也是多翼式的风力机，它是美国风力涡轮公司最近研究的自行车车轮式风力机，48枚中空的叶片做放射状配置，性能比过去的多翼式风力机大有提高。用来发电的发电机用皮带或齿圈传动。
4、涡轮式风力发电机和燃气涡轮、蒸汽涡轮一样由静叶片（定子）和动叶片（转子）构成，这种风力机尤其适用于强风地区。下图是日本大学粟野教授研制并在南极使用的涡轮式风力发电装置，它可耐南极40-50米/秒的大风雪，制造得极其坚固并采用轴流涡轮方式以取得高效率。
5、布制帆翼式风力机在地中海沿岸及岛屿有很长的历史，大型的有直径10米、20枚叶片的，但大多数为直径4米、6—8枚叶片。绝大部分用来提水，一小部分用来磨面。下图是美国普林斯顿大学研究的新风力机叶片。这种叶片看起来象是木质的整体，但实际上前缘用金属管，后缘使用的是纲索，叶片的主体部分用帆布制成。因此，它的重量很轻，性能与刚体螺旋桨没有什么两样，而且通过加在叶尖上的配重也可以控制桨距进行调速。
现阶段我国在船舶上使用的风力发电装置主要的是小型的船用风力发电机，主要使用在渔船上。但是这种风力发电机的发电容量太小只能供给小型渔船的照明，如果要在大型的船舶上使用的话必须要做一些必要的改进。
本课题以小型的船舶风力发电机为模型，重点研究大中型船用风力发电机，使得风力发电在船舶电力系统中可以供给紧急状况和不可再生能源匮乏状态下的供电。通过使用风能降低船舶航行中的柴油等能源的使用，节约能源，提高船舶在航行中的持久性，和能源利用率有着重要的意义。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
（1）查找相关资料，熟悉现有的船用风力发呆呢装置的发展情况。
（2）熟悉船用风力发电装置的结构和工作原理，提出新的思路来得到更多的风能。
（3）进行大中型船用风力发电装置的设计。
（4）总结得出结论。
三、研究步骤、方法及措施：
步骤及方法：
(1)了解小型渔船船用风力发电装置的结构。
(2)分析相关的船舶电站的控制技术。
(3)小型船用风力发电装置的设计。
(4)分析装置的原理。
(5)总结得出结论。
措施：图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。
四、参考文献：
[1] SUN Yuan-zhang，WU Jun，LI Guo-jie（State Key Lab of Control and Simulation of Power Systems and Generation Equipments (Dept. of Electrical Engineering，Tsinghua University)，Haidian District，Beijing 100084，China）
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