新能源发电及并网技术风电、光伏、核电

P1新能源发电及并网技术TechnologyofNewEnergyandParallelingoperationP2直流输电技术介绍风力发电及并网技术光伏发电及并网技术核电技术简单介绍1234P3123未来风电技术发展的展望风力发电并网中的关键技术现代风力发电技术的发展概述风力发电及并网技术风力发电的基本原理及结构4P4中国是一个能源资源相对贫乏的国家，人均占有能源资源仅相当于世界平均数的一半。主要化石资源占世界资源的比例和排名煤11.6%第3位石油1.7%第11位天然气1.0%第18位中国的能源状况P5我国化石能源的结构：石油、天然气资源数量明显低于世界平均水平,资源构成以劣质能源为主。世界化石能源结构天然气20%石油20%煤炭60%石油煤炭天然气中国化石能源结构天然气4%石油5%煤炭91%石油煤炭天然气中国的能源状况P62009电源装机容量电量(GW)(%)(TWh)(%)煤电65275%298782%水电19723%51314%核电9.11.0%701.9%风电263.0%260.7%合计874100%3664100%我国电源装机及发电情况P71、风力发电的基本原理及结构P81.风力发电的基本原理及结构工作原理风以一定的速度和攻角流过桨叶，使风轮获得旋转力矩而转动，风轮通过主轴联接齿轮箱，经齿轮箱增速后带动发电机发电1.1风力发电机组的基本原理及结构P91.风力发电的基本原理及结构1.2风力机的类型P101.风力发电的基本原理及结构1.2风力机的类型P111.风力发电的基本原理及结构风力机基础理论贝茨（Betz）理论假定风轮是理想的，没有轮毂，叶片无穷多，并且对通过风轮的气流没有阻力。纯粹的能量转换器。根据该理论可以计算风轮获取的风能和功率。叶素理论把叶片分割成无限多个微元，每个微元都是叶片的一部分，每个微元的长度无限小。用于分析微元的空气动力学特征。动量理论应用该理论去研究风力发电机组各部件的运动规律及运动状态的理论。P121.风力发电的基本原理及结构P131.风力发电的基本原理及结构P141.风力发电的基本原理及结构风力发电系统的基本结构和工作原理离网型并网型P151.风力发电的基本原理及结构恒速恒频风力发电系统P161.风力发电的基本原理及结构变速恒频风力发电系统P171.风力发电的基本原理及结构变速恒频风力发电系统P18G128-4.5MW半直驱2008年底Gamesa在西班牙CabezoNegro安装了半直驱的G128--4.5MW风电机组.风轮直径128米，机头重量250吨传动系统采用紧凑型设计，包含主轴（双轴承）、两级齿轮箱(1:37)和永磁同步发电机；多变量控制系统：减少叶片振动和载荷。P19P20P21P22P232、现代风力发电技术的发展概述P24P25P26P27P28我国陆地10米高度年平均风功率密度分布图（W/m2）P29我国电能输送流向图P30千万千瓦级风电基地跨区域输电方案P313、风力发电并网中的关键技术问题P32大规模风电接入电网的影响对调峰调频能力的影响对无功功率平衡与电压水平的影响风电对电网的影响对电能质量的影响对稳定性的影响P3308162432404856647280889610411212012813614410002000300040005000600070008000时间（h）功率（MW）负荷曲线风电功率曲线等效负荷曲线风电并网存在的相关问题1、并网运行问题（1）调峰问题风电出力具有随机性、间歇性，反调节特性明显，增加系统调峰难度。负荷曲线风电出力曲线P340816243240485664728088961041121201281361440200040006000800010000时间（h）功率（MW）等效负荷曲线风电出力曲线负荷曲线增加旋转备用容量带来不利影响P35（2）电压控制问题我国风电接入地区大多处于电网末端，风电功率的大幅度变化，导致电网运行电压调整十分困难，影响系统电压稳定。2102152202252302357:407:457:507:558:008:058:108:158:208:25时间kV白城变220kVII母线电压幅值(ab)大安变220kV主母线电压幅值(ab)镇赉变220kV主母线电压幅值(ab)洮南变220kV主母线电压幅值(ab)同发风场220kV东母线电压幅值(ab)长山电厂220kV北母线电压幅值(ab)由于风电出力快速增长，导致白城电网同发风电场母线电压最低下降到213kV，并大幅波动。P36（3）安全稳定问题风电大规模并网后，电网稳定运行的风险增加。系统潮流多变，断面运行控制困难；系统惯量下降，动态稳定水平降低；故障后风电无法重新建立机端电压，导致电压失稳；风电机组没有低电压穿越能力，在系统扰动造成电压的瞬间跌落时，风机自行脱网对系统造成冲击。P37（4）电能质量问题风电出力的随机波动会引起电压波动和闪变，风机中的电力电子设备会给电网带来一定的谐波污染，导致电能质量下降。风电场多次发生电压波动和电压闪变超标现象。风电场出力大幅波动，引起附近35千伏母线电压越限。P38P39风电穿透功率小于5%时，风电对电网调度的影响不明显，此时可配置风电功率预测系统及资源实时监测系统风电穿透功率5%-10%，明显感受到风电出力对发电计划的影响，此时可配置风电调度日前计划系统风电穿透功率10-15%，可能出现限风电现象，此时可配置日内滚动计划系统风电穿透功率超过15%，将对调度运行产生极大压力，应具备完整的风电调度支持系统P40预测系统结构P4141短期预测预测时间尺度：0-48小时，时间分辨率：15分钟主要用于：合理安排常规机组发电计划，解决电网调峰问题。P42预测时间尺度：0-4小时、15分钟滚动预测，时间分辨率：15分钟主要用于：实时调度，解决电网调频问题。超短期预测P43我国当前新能源接入系统技术上存在的主要问题:由于电源结构而导致的调峰能力问题。电网资源配置能力难以满足千万千瓦风电基地远距离电力外送问题。风电机组并网电气性能问题。新能源发电功率预测及调度决策支撑系统问题。技术标准与检测认证体系问题。配电网建设适应新能源发电分布式接入问题。P444、未来风电技术发展的展望P45（1）风电发展缺乏系统整体规划。风电发展目标十分宏伟，但对风电与其它电源、风电与电网的协调发展问题研究不够，有待结合电力系统的整体规划，进行深入研究。风电发展规划问题P46（2）目前规定5万千瓦以下的风电场由地方政府审批，由此带来风电项目拆批现象严重根据相关统计结果：2008年，全国共核准风电场199个，装机容量1167万千瓦；其中装机容量为4.95万千瓦的风电场139个，占70%，装机容量688万千瓦，占60%。风电发展规划问题P47千万千瓦级风电基地规划10GWsizeWindPowerBasePlanning甘肃酒泉吉林西部江苏沿海河北新疆哈密蒙东蒙西P48七大风电基地2020年的风电装机将达到1.3亿千瓦，2030年将达到1.9亿千瓦。此外，山东也提出规划建设沿海千万千瓦级风电基地（已获批）。21911080141331992081213210753988208018133199273527292218050010001500200025003000350040004500甘肃新疆河北蒙西蒙东吉林江苏2020年2030年单位：万千瓦P49优势：•风能资源稳定丰富•不占用土地空间技术难题：•海上风资源评估，气象参数难测定•海上风电机组设计注重可靠性•海上风电送出问题•海上风电面临台风危害P50风电技术研究、设计咨询和服务业相继发展为求风电技术创新，一批国家高等研究单位如中国科学院、中国电科院，学府如清华大学，华北电力大学等和各大型企业的研发机构对风电技术包括理论研究和风电机组气动、结构、传动、控制、材料以及风电场的并网特性等方面，开始进行全面深入研究，以期有所大突破；顺应风电发展的需求，我国已水规院、电规院，东北、华北西北、华东、中南以及各省级国家大型有关电力的设计咨询机构全面进军风电设计领域，承担风电场设计的重大任务；与此同时，风电行业的学术组织、协会组织，信息、中介、认证、试验以及专业运行、维修等风电服务机构也相继建立并发挥越来越重要的作用。P51风电机组及风电场并网测试P52Windpowerplantperformance–solutions风电场的性能——解决方案Powerquality电能质量Faultride-through*故障穿越Reactivepowerrange无功功率范围Voltagestability电压稳定性Fastvoltagecontrol快速电压控制Transientstability暂态稳定性Powerramprate功率变化率Powerderating降负荷Frequencysupport频率支持Inertialresponse**惯性响应Powersystemdamping电力系统阻尼Planned计划中Firmcapacity稳定可靠容量P53风电机组及风电场并网测试1、《山东电网风电调度管理规定》（试行）2、《山东电网新建风电场并网验收流程》3、《山东电网风电场并网验收测试规程》（试行）P54123未来光伏发电技术的发展前景国内外光伏发电的发展概况光伏发电原理及基本知识光伏发电及并网技术P551、光伏发电原理及基本知识P56太阳能电池光伏效应光生伏特效应简称光伏效应，指光照使pn结产生电位差的现象。P57太阳能应用：光伏光热光热发电Wp（峰瓦）：指太阳电池组件，在标准测试条件下（1000W/m2的太阳光照射、AM1.5、25℃）的额定最大输出功率。P58光伏电池的I-V曲线P59辐照度：太阳光在单位面积上照射的能量。MJ/M2转换效率：把太阳能转化为电能的百分比。单晶18%，多晶16%，薄膜6%倾角：与地面夹角峰值日照时数:太阳辐射能量的有效时间段平均日照天数：每年太阳辐射能量的有效天数P60峰值日照时数P61例如：年太阳辐射总量约5103MJ/平方米，可换算出每天平均峰值日照时间为4.52h，平均日照天数约308天。1Wp年可发电量为4.52*308=1.39kWh，7MWp光伏电站年发电量约975万度电。P62中国的五类区域：1、西藏新疆2、西北东北华北西南部分（包括东营滨州）3、华东中南（山东大部）4、华南5、四川重庆贵州跟：辐照度、峰值日照时数、平均日照天数有关P63太阳电池和太阳电池组件P64组件结构P65电池结构P66支架种类：固定式平单轴单轴跟踪跟踪式斜单轴双轴跟踪P67固定式太阳高度角和方位角不变P68双轴太阳能追日系统太阳电池组件始终垂直太阳光线，与固定式相比可提高40%发电量P69平单轴太阳能追日系统太阳电池组件始终垂直太阳高度角，与固式式相比可提高25%发电量适用于赤道地区P70斜单轴太阳能追日系统太阳电池组件始终垂直太阳方位角，与固定式相比可提高25%的发电量P71P72建筑物安装P73不同位置发电效率P74P75P76P77P78P79逆变器P80逆变器MPPT跟踪由于太阳电池收到光强以及环境等外界因数的影响，其输出功率随光照强度的增加而增加，减小而减小。逆变器MPPT跟踪技术充分的利用太阳电池，使之运行在最大功率点。当环境发生变化时，太阳电池的功率发生变化，逆变器的输出功率也发生变化。P81温度特性：随着温度降低，转换效率变高P82光伏产业链光伏产业链P83光伏太阳能发展的技术优势☼光伏发电是光子与电子的直接转换，纯物理过程不排放任何有害物质，对环境友好；☼可与建筑物结合，节省土地资源；☼在地面建设不影响生态；☼光伏发电性能稳定可靠，维护成本低，使用寿命长（25年以上）。P84光伏产业链材料资源优势：硅元素在地球中的含量丰富（在地球中的丰度为25.8%，排第二），无毒，性能稳定。能量回报率高：能源回收期目前2年左右，未来可以降低到1年左右，寿命30年以上，属于高能量回报率发电放电方式。P85光伏产业链太阳能发电与用电负荷高峰时间基