风力发电技术-第一章：风电基本知识

风力发电技术华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第二章风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20纵览风电的发展现状风能与风力资源风力机种类与原理风力发电机的类型风力发电系统风电场第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20一.风电的发展现状起源：世界上第一台用于发电的风力机于1891年在丹麦建成。1986年5月，我国第一个并网风场建于山东荣成。发展：风电技术经过20几年的开发日臻成熟，商业化机组的单机容量从55kW增加到6MW，风电成本从20美分/（kW·h），持续下降到1.4美分/（kW·h），运行可靠性和发电成本接近常规火电，迅速发展成为初具规模的新兴产业。目前风力机之最：为维斯塔斯（丹麦）和三菱重工合资企业所生产的的V164-8.0，单机功率为8MW，风车直径为177m，高131m。第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20（一）风电的发展1.世界风电的发展现状2014年，全球风电新增装机容量51477MW，同比上升44%，累计装机容量首次超过50GW门槛。2014年中国风电新增装机容量2335.05万千瓦，比2013年增长45.1%，累计装机容量1.1476339亿千瓦，同比新增25.5.%，成为全球装机规模最大的国家。风电业界普遍认为，风电行业未来将进入稳定增长的新常态，今后五年，每年新增装机容量或将至少达到2000万千瓦。第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20全球风电累计装机容量（1996-2013）第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20全球风电新增装机容量前十（截止2013.12）第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20全球风电累计装机容量前十（截止2013.12）第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20发展趋势与预测世界风电在加速发展，年新增装机市场将会以6-10%的增长速度持续到2018年。累计装机容量在五年期末将翻番，从2013年的300GW增加至2018年的600GW。预计到2018年，欧盟风电发展有望实现68GW的新增装机容量。墨西哥的能源改革对于其风电产业来说，意味着到2024年前每年装机容量实现2GW。在巴西，目前政府招标项目到2018年还有约10GW的项目容量。未来五年内，风电市场的增长将集中在亚洲，拉丁美洲和非洲。第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.202.中国风电的发展截止2014年9月底，全国累计并网容量8497万千瓦，同比增长22%；全国风电上网电量1060亿千瓦时，同比增长7.6%；风电弃风电量86亿千瓦时，同比下降28.3亿千瓦时；平均弃风率7.5%，同比下降3.36个百分点。“十三五”（2016-2020）期间，国内风电新增装机将达1亿千瓦，年均新增规模达2000万千瓦。其中，“三北”大风电基地5年内新增装机6000万千瓦，中东部中低风速资源区新增3000万千瓦，海上风电新增1000万千瓦。第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.202001－2013我国风电累计装机第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.202014年我国风电产业监测数据第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20（二）主要的风电设备厂商与市场1.国外厂商世界风电巨头企业主要集中在欧洲和北美：丹麦Vestas西班牙Gamesa美国GE德国Dewind第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.202.国内厂商与市场总览风电场业主主要来自国营大型电力集团，如龙源、华能、北国电、国华、华电国际、中电投等，另外有越来越多的民营企业参与投资风电场建设。风力发电机组整机制造厂约29个。零部件制造厂约30个。进行过风电技术研究的高校和科研院所约12家。专业研发中心2个。风资源前期咨询单位约5家。有能力进行风力发电机组整机及其零部件测试的机构约14家。第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20国内风电设备厂商主要分为四种类型：具有自主知识产权的企业新疆金风科技股份有限公司、浙江运达风力发电工程有限公司、特变电工沈阳工大风能有限公司新近加入风电领域的中小企业湘潭电机集团有限公司、中国东方电气集团东方汽轮机厂、广东明阳风电技术有限公司等涉足风电领域的国家大型企业保定天威风力发电设备制造公司、上海电气集团股份有限公司、大连重工•起重集团、北京北重汽轮机有限责任公司等第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.202014年中国风电整机企业新增装机排名（不含台湾省）第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20国内风电零部件主要厂商情况第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.202013年中国累计风电装机分布示意图第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20辉腾锡勒风电场图南澳风电场图第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20（三）我国风电产业政策1.《可再生能源法》2006年颁布的《可再生能源法》允许多种投资主体进入可再生能源领域，并且要求电网公司全额收购新能源发电量，从法律上为以风电为代表的新能源快速发展提供了法律和政策保障。2.国产化率指标国家发改委公布的《关于风电建设管理有关要求的通知》强调风电设备国产化率要达到70%以上3.特许权招标制度该方式不但规定由风电上网电价最低的投标商中标，而且要求投标商绑定设备制造商进行投标，为设备国产化率提供了实施性保障第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.204.电价分摊《可再生能源发电价格与费用分摊管理试行办法》规定了可再生能源电价分摊的实行办法5.《国务院关于加快振兴装备业的若干意见》提出大力发展大功率风力发电机等新能源装备，将大型清洁高效发电装备列为国家重点发展的16个重大技术专项之一第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20二.风能与风力资源（一）风能基本知识1.风的特性风的方向不定、大小多变。风速随高度的增加而提高，风速沿高度的相对提高因地而异，大致上可以用下式表示：Vn=V1(Zn/Z1)a式中：Vn－Zn高度处风速（m/s）V1－Z1高度处风速（m/s）a－风切变指数a＝ln(Vn/V1)/ln(Zn/Z1)风除了随高度变化而变化外，还随季节的变化而变化、随日夜的变化而变化、随地形的变化而变化。第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.202.风的能量风能：空气运动的动能称为“风能”,风能的计算公式为：E＝1/2ρsv3式中:E－风能（W）ρ－空气密度（kg/m3）S－气流截面积（m2)v－风速（m/s)风能密度：单位时间内通过单位面积的风能W＝1/2ρv3有效风能密度：指风机可利用的风速范围内的风能密度（对应的风速范围大约是3～25m/s)。第一章：风力发电基本知识华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电基本知识3.风速等级与风速频率风力等级风速（m/s）风力等级风速（m/s）00.0～0.2920.8～24.410.3～1.51024.5～28.421.6～3.31128.5～32.633.4～5.41232.7～36.945.5～7.91337.0～41.458.0～10.71441.5～46.1610.8～13.81546.2～50.9713.9～17.11651.0～56.0817.2～20.71756.1～61.2华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电基本知识风速频率是指一定时间内某风速时数占各风速出现总时数的百分比。利用风速频率分布可以计算出某一地区单位面积上全年的风能。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电基本知识4.风向与风向频率通常把风吹来的地平方向定为风的方向，在陆地上一般用16个方位来表示不同的风向。风频是指风向的频率，即在一定时间内某风向出现的次数占各风向出现次数的百分比。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电基本知识5.风的测量初步选定风电场之后，要进行1～2年的测风。测风的主要目的是正确估计该地区可利用风能的大小,为装备风力机提供风能依据。风的测量主要包括风向测量和风速测量两项.测风高度一般为10m、30m、50m、70m。从测量数据中整理出每分钟（或每小时）的平均风速和最多风向，并选取日最大风速（10min平均）和极大风速（瞬时）以及对应的风向和出现的时间。对影响风机出力和安全其它气象数据（如气温、空气密度、湿度、太阳辐射、雨、冰雹、冰雪）以及特殊气象情况（如台风、雷电、沙暴、盐雾、冰冻期等）有测量和统计。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电基本知识6.风的利用华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电基本知识（二）风力资源太阳辐射到地球的热能中有约2％被转变成风能，全球大气中总的风能量约为1014MW。其中可被开发利用的风能理论值约有3.5×109MW，比世界上可利用的水能大10倍，相当于1000－10000座100万瓦量级的原子能发电站。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电基本知识·陆上约有2.53亿千瓦(年电量5000亿千瓦时)·海上约有7.5亿千瓦·合计约10亿千瓦据中国气象科学院预测，我国经济可开发风能资源为：华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电基本知识我国风能资源可分为四大区域：东部沿海及岛屿地区、三北（东北、华北、西北）地区、内陆局部地区和海上风能区。我国的风能资源分布华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电基本知识省区风能储量省区风能储量省区风能储量内蒙6,177.5山东393.6湖北192.7西藏3,993.0山西387.1广西168.1新疆3,433.0河南367.5浙江163.5青海2,421.4云南366.6宁夏148.4黑龙江1,722.8江西292.9福建137.2甘肃1,143.0安徽250.5贵州100.6吉林637.5湖南246.5台湾104.8河北611.9江苏237.6海南64.0辽宁605.8陕西234.2四川435.8广东195.0全国合计25,300.0华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电基本知识三.风力机的类型与原理（一）风力机的类型1、分类方法：•按风轮轴线的方向可分为水平轴式和垂直轴式•按风轮的位置可分为上风式和下风式•按叶片的数目可分为单片式、双片式、三片式、四片式和多片式•按叶片的型式分为螺旋桨型、H型和S型等•按风能转换的原理可分为升力型和阻力型。按叶片与轮毂的连接分为定桨型和变桨型。风力发电所采用的风力机，水平轴式的占绝大多数，达98％以上。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电基本知识2、水平轴风力机华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电基本知识3、垂直轴风力机风轮轴垂直的风力机称为垂直轴风机。这类风力透平的形式也很多，如S型、H型、Ф型等。虽然目前还没有大量商品化，但它有许多特点，如不需要塔架、发电机可安装在地面上、维修方便