我国风力发电的现状和未来

新疆大学电气工程学院风力发电基础课程作业题目:我国风力发电的现状和未来上课老师:王海云学生姓名：赛尔山伙加·居曼所属院系：电气工程学院专业：电气工程机系自动化班级：电气09-4班日期：2013/3/10日我国风力发电的现状与前景0引言随着经济社会的高速发展能源、环境等已经成为制约着当今人类生存和发展紧迫问题。常规能源以煤、石油、天然气为主不仅资源有限而且造成了严重的污染。因此对可再生能源的开发利用特别是对风能的开发利用已受到世界各国的高度重视。风能是可再生、无污染、能量大、前景广的能源大力发展风能这一清洁能源已成为世界各国的重要战略选择。近年来我国风电产业及技术水平发展迅猛。我国幅员辽阔海岸线长拥有丰富的风能资源风能储量很大分布面广开发利用潜力巨大。通过对风力发电原理的简要分析总结我国风力发电的现状对进一步推动风电产业及技术的健康可持续发展具有重要意义。1风力发电的原理1.1发电原理太阳光照射在地球的表面上它使地表的温度升高地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后低温的冷空气横向流入这种空气的流动就产生了风。上升的空气因逐渐冷却变重而下降由于地表温度较高又会加热空气使之上升这种对流也会形成风。由此可见风的能量是来自太阳的。太阳辐射出来的光和热是地球上风形成的源泉。风力发电的原理说起来非常简单最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成。空气流动的动能作用在叶轮上将动能转换成机械能从而推动叶轮旋转。如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连就会带动发电机发出电来。风力发电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。风力发电利用的是自然能源。风力发电的原理是利用风力带动风车叶片旋转再透过增速机将旋转的速度提升来促使发电机发电。依据目前的风车技术大约是每秒三公尺的微风速度微风的程度便可以开始发电。小型风力发电系统效率很高但它不是只由一个发电机头组成的而是一个有一定科技含量的小系统风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要各部分功能为叶片用来接受风力并通过机头转为电能尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能机头的转子是永磁体定子绕组切割磁力线产生电能。风力发电机因风量不稳定故其输出的是1325V变化的交流电须经充电器整流再对蓄电瓶充电使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源把电瓶里的化学能转变成交流220V市电才能保证稳定使用。1.2风力发电机的构成机舱机舱包容着风力发电机的关键设备包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子即转子叶片及轴。转子叶片捉获风并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上每个转子叶片的测量长度大约为20米而且被设计得很象飞机的机翼。轴心转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。低速轴风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上转子转速相当慢大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管来激发空气动力闸的运行齿轮箱齿轮箱左边是低速轴它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。高速轴及其机械闸高速轴以1500转每分钟运转并驱动发电机。它装备有紧急机械闸用于空气动力闸失效时或风力发电机被维修时。发电机通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上最大电力输出通常为500至1500千瓦。偏航装置借助电动机转动机舱以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风力发电机偏航。通常在风改变其方向时风力发电机一次只会偏转几度。电子控制器包含一台不断监控风力发电机状态的计算机并控制偏航装置。为防止任何故障即齿轮箱或发电机的过热该控制器可以自动停止风力发电机的转动并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。液压系统用于重置风力发电机的空气动力闸。冷却元件包含一个风扇用于冷却发电机。此外它包含一个油冷却元件用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。塔风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势因为离地面越高风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。风速计及风向标用于测量风速及风向。2我国风力发电的现状2.1我国风力发电的由来我国的风力发电是于20世纪50年代后期开始进行研究和试点工作的当时在吉林、辽宁、新疆等省、区建设了容量在10kw以下的小型风力发电场但其后就处于停滞状态。到了20世纪70年代中期以后在世界能源危机的影响下特别是在农村、牧区、海岛等地方对电力迫切需求的推动下我国的一些地区和部门对风力发电的研究、试点和推广应用又给予了重视与支持但在这一阶段其风电设备都是独立运行的。直到1986年在山东荣城建成了我国第一座并网运行的风电场后从此并网运行的风电场建设进入了探索和示范阶段但其特点是规模和单机容量均较小。到1990年已建成4座并网型风电场总装机容量为4.215mw其最大单机容量为200kw。在此基础上风力发电从1991年起开始步入了逐步推广阶段到1995年全国共建成了5座并网型风电场装机总容量为36.1mw最大单机容量为500kw。1996年后1300kw[2]。我国可开发和利用的风能储量约为l0亿kW量约253亿kw(依据陆地上离地10m高度资料计算)E可开发和利用的风能储量约75亿kW10亿kW[3]。风能资源非常丰富.2.2我国风力发电的现状中国风电2010年新增装机容量达到18,928兆瓦占全球新增装机容量48%超过美国成为世界第一大风电市场.图1我国风力发电总容量趋势“十一五”期间中国的并网风电得到迅速发展。2007年以来中国风电产业规模延续暴发式增长态势。内蒙古、新疆、辽宁、山东、广东等地风能资源丰富风电产业发展较快。2010年10000兆瓦的发展目标在2008年就已达到《可再生能源中长期规划》中2020年30000兆瓦的风电装机目标也在2010年提前实现。作为节能环保的新能源风电产业赢得历史性发展机遇近年来发展势头迅猛。2010年全国累计风电装机容量已突破40000兆瓦海上风电大规模开发正式起步。国内风电市场竞争形势日趋激烈使得企业在满足国内需求的基础上积极拓展海外市场。3风力发电存在的问题3.1风电设备和制造技术落后风电机组的制造这是风电发展的核心。目前我国风电机组的建设远远落后于世界发展其主要原因是没有加大力度依靠国内雄厚的机电制造业基础吸收引进国外先进技术对风电成套设备进行自主开发。随着世界风力发电设备制造水平提高更大的单机容量已经是全球风能技术发展的趋势。据了解国外风电机组目前已达到兆瓦级如美国主流1.5兆瓦丹麦主流2.03.0兆瓦在2004年的汉诺威工业博会上4.5兆瓦的风电机组也已面世。而迄今为止我国在这一技术上处于落后位置尚不具备自行开发制造大型风电机组的能力且在机组总体设计技术特别是桨叶和控制系统及总装等关键性技术上落后于欧美发达国家且机组质量普遍不高易出现故障。国内整体的风电制造水平比国外发达国家至少晚10年而且技术差距还在拉大这就使国产设备的竞争力面临严峻的考验。3.2风电成本高风力发电的成本主要是固定资产投资成本约占总投资的85%以上。按照我国增值税抵扣政策固定资产投资的增值税不能抵扣。风力发电执行17%的增值税税率因为没有购买燃料等方面的抵扣因此风力发电实际税负明显高于火力发电。另外国内已经建成的微不足道的风电容量几乎全部为进口的成套设备导致风电场投资高、电价高与火电、水电比缺乏市场竞争能力。国产的风电设备可以显著地降低风电成本但由于现在国内设备制造水平较低应用规模小国产设备的价格并不低于进口设备。3.3对风能资源勘察不够全面通常风力发电的有效风速为325m/s风电场选址的首要条件是风能资源丰富因而一般以风资源丰富区和较丰富区为选址对象具体风电场内风机的选址还应根据测出的年有效风速累计小时数累计时数越高投产后风机发电量越大和有效风能密度确定在风电场内不同位置的这些数据存在较大差异。所以合理选择场址对提高风力发电的经济效益至关重要。而我国现有的风资源分布图很粗无法满足现在风电场选址的要求迫切需要进一步细化。4我国风力发电的前景和未来4.1市场前景好中国风力发电行业发展前景广阔预计未来很长一段时间都将保持高速发展同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。“十二五”期间我国风电产业仍将持续每年10000兆瓦以上的新增装机速度风电场建设、并网发电、风电设备制造等领域成为投资热点市场前景看好。4.2国家政策好中国新能源战略开始把大力发展风力发电设为重点。按照国家规划未来15年全国风力发电装机容量将达到2000万至3000万千瓦。以每千瓦装机容量设备投资7000元计算根据《风能世界》杂志发布未来风电设备市场将高达1400亿元至2100亿元。图22020年可在成能源（新能源）开发利用比例中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔预计未来很长一段时间都将保持高速发展同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。2009年该行业的利润总额将保持高速增长经过2009年的高速增长预计2010、2011年增速会稍有回落但增长速度也将达到60%以上。4.3风电优势好风电发展到目前阶段其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。风电的优势在于能力每增加一倍成本就下降15%近几年世界风电增长一直保持在30%以上。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化风电成本可望再降。因此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。结束语风力发电是一个集计算机技术、空气动力学、结构力学和材料科学等综合性学科的技术。中国有丰富的风能资源因此风力发电在中国有着广阔的发展前景而风能利用必将为中国的环保事业、能源结构的调整减少对进口能源依赖作出巨大的贡献。随着政府和民众对风电的逐步认识《可再生能源法》正式实施和《可再生能源发展“十一五”规划》的出台[7]以及风电设备的设计、制造技术方面不断提高风能利用必将为我国的环保事业、能源结构的调整做出巨大的贡献。展望未来随着风电机组制造成本的不断降低化石燃料的逐步减少及其开采成本的增加将使风电渐具市场竞争力因此其发展前景将是十分巨大的。参考文献[1]张建勋.发展潜力巨大的风力发电[N].内蒙古经济与科技报2006-6-12[5]百度百科.我国风力发展的前景[7]刘春欱.我国风力发电的现状与发展思考[D].北京产业技术出版社2009(5):42-45.