风力发电PPT

内蒙古科技大学风力发电系统培训讲义提纲内容1.风力发电的背景3.风能资源评估4.风电场的开发利用2.风能开发利用的发展状况5.风力发电空气动力学基本原理1.1现有能源综合评价•煤、石油、天然气是当今世界主要能源–稀缺性和不可再生性–燃料型能源产生有害气体排放，危害健康、导致全球变暖。–寻找新的、清洁的、无污染、可再生的替代性能源是当今人类面临的重要问题。•水电、核电是现阶段低碳能源首选–发电成本与火电接近–稳定性优于风电、光电–水电开发总量有限、影响自然环境–核电有泄漏危险中国与世界能源消费结构对比关系我国一次商品能源消费世界一次商品能源消费中国与国际能源可采储比较•探明总资源量8230亿吨标准煤，探明剩余可采总储量1390亿吨标准煤；•剩余可采储量的保证程度煤炭81年、石油15年、天然气30年,铀50年；•以煤为主，缺乏石油、天然气资源，水能较丰富；•人均能源资源量低于世界平均水平。1.2风力发电开发的意义1、提供国民经济所需能源统计表明2020年，国内所需能源缺口约4亿吨标准煤，减轻进口依赖必须调整能源结构。2、减少温室气体排放我国电能结构中75%的属于煤电，排放污染严重。3、提高能源利用效率风力发电基本不存在环境、资源等社会因素。4、增加就业，减轻社会负担相同容量的风电与煤电相比，可以增加约27%的就业机会。1.3风力发电的特点•风能将成为21世纪的主要能源–由太阳能转化而来，地球表面温差引起空气流动，具有一定动能；–是清洁的、无污染的、取之不尽用之不竭的可再生能源；–是目前可再生能源中技术最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式；–具有间歇性，难以预测性等特点。•风能的利用方式–发电、助航、提水灌溉、制热供暖等–转化为电能是风能主要利用方式•利用风轮收集风能，将其转变为旋转的机械能；•通过发电机将风轮收集的机械能转变成电能；•远距离输送电能。1.3风力发电的特点1.4风力发电机组的分类•风力发电系统的分类——风轮轴向1.4风力发电机组的分类•风力发电系统的分类——叶片数量1.4风力发电机组的分类•风力发电系统的分类——按功率调节方式–定桨距风机：桨叶与轮毂固定连接，桨叶的迎风角度不随风速而变化。依靠桨叶的气动特性自动失速，即当风速大于额定风速时依靠叶片的失速特性保持输入功率基本恒定。–变桨距调节：风速低于额定风速时，保证叶片在最佳攻角状态，以获得最大风能；当风速超过额定风速后，变桨系统减小叶片攻角，保证输出功率在额定范围内。–主动失速调节：风速低于额定风速时，控制系统根据风速分几级控制，控制精度低于变桨距控制；当风速超过额定风速后，变桨系统通过增加叶片攻角，使叶片“失速”，限制风轮吸收功率增加。1.4风力发电机组的分类IGGridCompensationGearboxPsDFIGACDCDCACGridFilterConverterGearboxPssPssPsPMSGGridFilterPsACDCDCACConverter(a)固定转速的异步发电机组(c)永磁直驱同步发电机组(b)双馈异步发电机组风力发电系统的分类——按发电机驱动方式形式2009年风机装机容量最多的10个国家2009年世界前十位风电机组供应商在市场中所占份额风电机组制造公司名称（国家）2009年新增装机容量（MW）2009年市场新增装机容量占有率（%）1VESTAS（丹麦）476612.52GEwind(美国)474112.43华锐风电(中国)35109.24ENERCON(德国)32218.55金风科技(中国)27277.26GAMESA(西班牙）25466.77东方气轮机(中国)24756.58SUZLON（印度）24216.49西门子（丹麦）22655.910REPOWER(德国）12973.4其它703318.5合计3700297•风能是大气运动形成的一种能源形式，其能量来自于大气所吸收的太阳能。•人类对风能的利用历史久远，早在公元10世纪，波斯就出现了水平转动的风磨。2.1风能利用历史公元12世纪，欧洲开始使用风车抽水、碾磨谷物，此后风车一直是主要的动力机械之一。•我国开始利用风能作为动力大约在13世纪中叶。•现在所说的风能利用主要是指风力发电。•采用风力涡轮机发电的设想始于1890年丹麦的一项风力发电计划，到1918年丹麦已经投入运行了120台风力发电机。Repower5MW，叶轮直径126米，轮毂高度100-120米，目前已经在爱尔兰和比利时海上安装运行世界上第一个海上风电场位于丹麦南部的洛兰岛以北海域，1991年修建发电技术发展趋势：大容量的海上风机2.2我国风力发电概况•我国的风电事业起步较晚，在20世纪末，风力发电机组的制造还主要在于简单的小型家用风力发电机组。•进入21世纪以来，我国的风电装机容量开始快速增长，2006年底，装机容量上升到将近260万kW。•我国国土面积辽阔，风能资源丰富，目前风电装机容量还相对较低。•规划预计到2010年风电装机总容量达到2500万kW,2020年风电装机总容量达到10000万kW。中国现代风电技术的开发利用始于20世纪70年代，0.1～15kW离网型风力发电机组开始试验、示范、应用推广。“六五”、“七五”、“八五”期间，国家和地方政府把22kW、30kW、55kW、75kW、120kW、200kW风电机组列入重点科技攻关项目，但由于诸多原因，都未商业化运行。“九五”期间，并网型风电机组得到快速发展。定桨距失速型200kW、250kW、300kW、600kW风电机组；变桨距双速型600kW风电机组；2.2我国风力发电概况“十五”期间，国家提出研制“兆瓦级风电机组”的攻关目标，有如下3个课题：1.3MW定桨距失速型风电机组1MW双馈型变速恒频风电机组1.2MW直驱型变速恒频风电机组风力发电机组经过二十余年的发展，容量从十千瓦级增大到兆瓦级，从90年代定桨距失速型风电机组为主导机型，向变速变距型风电机组为主流机型的方向发展，且随着电力电子技术的发展，变速恒频的风力发电技术已经成了风力发电的大势所趋。兆瓦级机组的市场份额1997年及以前还不到10%，2001年则超过一半，2002年达到62.1%。风电装机容量约以平均每年增幅30%的速度在增长，成为增长速度最快的清洁能源。新疆达坂城是我国最早建设规模化风电场的地区，于1989年建成的达坂城风电一场是我国第一个风能发电场，所有设备全部从丹麦引进。广东省南澳岛风电场是我国第一个海岛风电场。南澳岛是广东唯一一个岛县，东南季风长，风力资源丰富，风况属世界最佳之列。到2005年底，装机容量达到5.6万kW，是亚洲最大的海岛风电场。2007年6月，我国最大的风电场是内蒙古的辉腾锡勒风电场，总装机容量189MW，为第29界奥运会输送绿色电力。同时还有两个风电项目在建，到2010年将建成百万千瓦级的风电场。官厅位于北京市官厅水库南岸，是北京主要的风口之一，一期项目总装机容量49.5MW，2007年底竣工、并网发电，生产的电能直接输入北京电网，供给市民和奥运场馆使用。2.3我国风力发电工业的现状•我国在20世纪50年代开始风力发电机的研制。目前大功率风力发电机组还依靠进口。•与国际水平相比，我国风力发电机的单机容量较小，关键部件需要进口，整机质量还有差距。•我国在海上发电的资源勘察、设备制造、施工安装工艺和运行管理方面还比较落后。•2007年，国内风力发电机组生产厂家通过引进技术、合资、合作方式，可以批量生产600kW、660kW和750kW的风力发电机组，同时也研发了兆瓦级风力发电机组。•2006年10月，我国首台自主研制的1.5MW变速恒频风力发电机组在沈阳华创风能有限公司正式出厂。对于我国实现大型风力发电机组的国产化具有重要意义，1.5MW变速恒频风力发电机组的研制填补了我国该项技术的空白。截至2006年底，我国除台湾外累计安装风电机组3311台，装机容量259.9万kW,共建设91个风电场，分布在16个省。2.4我国风力发电设备分布图2.5中国风能资源丰富•陆地约有2.53亿千瓦•年电量5000亿千瓦时•海上初步估计可开发约7.5亿千瓦,合计约10亿千瓦•其中内蒙和新疆占中国风资源的约70－80％。国家气象局依据分布在中国各地10米高气象测风仪数据统计：风能的好坏（用风能密度W评估）能的好坏（用风能密度W评估）•风能密度100W/m2–poor•风能密约400W/m2–good•风能密700W/m2–great2.5中国风能资源丰富中国风资源分布六个省区的七个千万千瓦级风电基地Tibet西藏Northwestpowergrid西北电网CentralChinapowergrid华中电网Taiwan台湾SouthChinapowergrid南方电网千万千瓦风电基地NorthChinapowergrid华北电网EastChinapowergrid华东电网Northeastpowergrid东北电网蒙东+蒙西5780吉林2200、甘肃1270、河北1200、新疆1080、江苏1000总装机容量达到12630万千瓦风电上网电量约2810亿千瓦时•中国的风能资源主要集中在两个带状地区，一条是“三北(东北、华北、西北)地区丰富带”，其风能功率密度在200瓦/平方米～300瓦/平方米以上,有的可达500瓦/平方米以上,如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒,这些地区每年可利用风能的小时数在5000小时以上，有的可达7000小时以上。从新疆到东北，面积大、交通方便、地势平,风速随高度增加很快，三北地区风能在上百万千瓦的场地有四五个，这是欧洲没法比的。而这个地带的缺点是建网少，发出的电上不了网。•一条是东部沿海风带，主要位于沿海几十公里的大陆海岸和海道，其风能资源比三北风带还好，海道煤和石油依靠大陆，电力联网困难，发展发电迫在眉睫。2014年中国新增装机容量统计•据中国风能协会初步统计，2014年中国风电新增装机容量2335.05万千瓦，同比增长45.1%，累计装机容量1.1476339亿千瓦，同比新增25.5.%；•2014年风电新增出厂吊装容量创造了新的历史记录。风电整机企业装机方面，金风科技以443.4万千瓦新增装机容量稳居行业第一，第二名联合动力新增260.05万千瓦，第三名明阳风电新增205.8万千瓦。2004-2014年间风机容量统计全国电网互联东北电网华北电网西北电网华东电网南方电网华中电网台湾电网西藏电网我国电网的基本情况华北南方东北西藏台湾西北华中上海华东金沙江下游水电负荷中心新疆煤电基地四川水电西藏水电我国一次能源与用电需求分布极不均衡电力流主要由西北、西南煤电、水电基地流向东部受端中心，输电距离长、输送容量大多个大型受端中心已经形成未来随着能源开发西移和北移速度加快，大型能源基地与能源消费地之间的输送距离越来越远，能源输送的规模越来越大负荷中心2.7风力发电的优缺点风力发电的优点•风能是可再生能源形式，有利于可持续发展;•有利于环境保护;•随着风电技术的日趋成熟，风电成本越来越低，可以和其他能源形式相竞争。风力发电的缺点•间接的不可再生能源利用和污染物排放。机组生产过程中造成的污染物的排放是风电的间接污染物排放。•风电可能对鸟类造成伤害•噪声问题•对无线电通信的干扰•安全问题，叶片折断伤人等3.1风能资源概述风是由于太阳对地球不同地方的辐射强度不一样形成的温差和压差而产生，风是太阳能的一种表现形式。另外，大范围的大气循环也在受地球自转的影响。风是空气的流动现象。气象学中指空气相对于地面的水平运动。风是一个矢量，用风向和风速表示。风向:指的来向。我国风向观测用十六个方位表示，实际测风报告中还常用0-360°范围内的数字表示风向。1、风的形成3.1风能资源概述2、风速定义:单位时间内空气移动的距离。气象上对风速还作以下定义：（1）平均风速，相应于有限时段，通常指二分钟或十分钟的平均情况。（2）瞬时风速，相应于无限小的时段。（3）最大风速，指在给定的时间段或某个期间里面，平均风速中的最大值。（4）极大风速