《风力发电》PPT课件.ppt
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1、风风 力力 发发 电电 技技 术术第一章第一章 风力发电技术风力发电技术1风风 力力 发发 电电 技技 术术风能和风力发电概述风能和风力发电概述二二本课程内容本课程内容三三背景介绍背景介绍一一2风风 力力 发发 电电 技技 术术第一节第一节 概述概述l风能是大气运动形成的风能是大气运动形成的一种能源形式,其能量一种能源形式,其能量来自于大气所吸收的太来自于大气所吸收的太阳能。阳能。l人类对风能的利用历史人类对风能的利用历史久远,早在公元久远,早在公元1010世纪,世纪,波斯就出现了水平转动波斯就出现了水平转动的风磨。的风磨。3风风 力力 发发 电电 技技 术术公公元元1212世世纪纪,欧欧洲洲
2、开开始始使使用用风风车车抽抽水水、碾碾磨磨谷谷物物,此此后后风风车车一一直直是是主主要要的动力机械之一。的动力机械之一。4风风 力力 发发 电电 技技 术术l我国开始利用风能作为动力我国开始利用风能作为动力大约在大约在13世纪中叶。世纪中叶。l现在所说的风能利用现在所说的风能利用主要是主要是指风力发电指风力发电。采用风力涡轮。采用风力涡轮机发电的设想始于机发电的设想始于1890年丹年丹麦的一项风力发电计划,到麦的一项风力发电计划,到1918年丹麦已经投入运行了年丹麦已经投入运行了120台风力发电机。台风力发电机。5风风 力力 发发 电电 技技 术术l风力发电走向规模化应用还是在风力发电走向规模
3、化应用还是在20世纪世纪90年代年代以后,风力发电的装机容量开始以每年平均以后,风力发电的装机容量开始以每年平均20%以上的速度增长,已成为世界上各种能源以上的速度增长,已成为世界上各种能源中增长最快的一种。中增长最快的一种。l据统计,据统计,2007年底,全球风力发电新增装机容年底,全球风力发电新增装机容量量19791MW,总装机容量达到,总装机容量达到94005MW,比,比2006年增加了年增加了27%,风力发电的总量已占全球,风力发电的总量已占全球电力消费总量的电力消费总量的1%以上。以上。6风风 力力 发发 电电 技技 术术l我国风能资源非常丰富。我国风能资源非常丰富。20062006
4、年国家气候中年国家气候中心研究结果表明,我国陆地心研究结果表明,我国陆地1010米高度层可开发米高度层可开发和利用的风能储量除青藏高原外总量约为和利用的风能储量除青藏高原外总量约为2525亿亿kWkW,海上可开发和利用的风能储量约为海上可开发和利用的风能储量约为7.57.5亿亿kWkW,共计约共计约32.532.5亿亿kWkW。l我国风电开发的空间十分巨大。目前,风力发我国风电开发的空间十分巨大。目前,风力发电只占在全国电力装机总容量的电只占在全国电力装机总容量的1.2%1.2%。而根据。而根据国家发改委的长期产业规划,国家发改委的长期产业规划,20202020年年1000010000万万kW
5、kW,占全国电力总装机的占全国电力总装机的2%2%。7风风 力力 发发 电电 技技 术术一、世界风能发电概述一、世界风能发电概述l20世纪末,由于能源危急和全球环境保护的影世纪末,由于能源危急和全球环境保护的影响,欧洲、美国及亚洲的印度、中国风力发电响,欧洲、美国及亚洲的印度、中国风力发电出现强劲势头,其中丹麦的风电量已经超过了出现强劲势头,其中丹麦的风电量已经超过了总发电量的总发电量的20%。l目前,目前,欧洲最大的风力发电国是德国,西班牙欧洲最大的风力发电国是德国,西班牙居第二。全球风力发电保持高速发展的势头,居第二。全球风力发电保持高速发展的势头,预计到预计到2010年,全球风力发电装机
6、总量可以达年,全球风力发电装机总量可以达到到160GW。8风风 力力 发发 电电 技技 术术l风力发电快速增长的原因在于两个方面:一是风力发电快速增长的原因在于两个方面:一是经济发展对电力需求的快速增长和可持续发展经济发展对电力需求的快速增长和可持续发展的要求;二是风力发电技术的不断进步,促进的要求;二是风力发电技术的不断进步,促进了发电价格不断降低。了发电价格不断降低。l风电价格不断降低的同时,化石燃料的价格呈风电价格不断降低的同时,化石燃料的价格呈总体上升趋势,加之环保和二氧化碳减排的要总体上升趋势,加之环保和二氧化碳减排的要求,化石燃料发电的价格总体是上涨的。因此求,化石燃料发电的价格总
7、体是上涨的。因此风力发电将称为风力发电将称为21世纪重要的能源形式之一。世纪重要的能源形式之一。9风风 力力 发发 电电 技技 术术l就风能资源的储量来说,地球上风力资源的利就风能资源的储量来说,地球上风力资源的利用才刚刚开始,发电技术的发展就是风力发电用才刚刚开始,发电技术的发展就是风力发电机技术的发展。机技术的发展。l目前,风力发电机在叶片材料、气体动力学特目前,风力发电机在叶片材料、气体动力学特性、控制方式等方面不断进步的同时,主要是性、控制方式等方面不断进步的同时,主要是向大型化的方向发展。向大型化的方向发展。l世界风能市场上风力发电机的主要供应商来自世界风能市场上风力发电机的主要供应
8、商来自欧洲和美国,其中丹麦一直居世界领先地位,欧洲和美国,其中丹麦一直居世界领先地位,占全部市场份额的占全部市场份额的60%以上。以上。10风风 力力 发发 电电 技技 术术l德国一直引领着世界风电市场的发展。德国德国一直引领着世界风电市场的发展。德国2006年底发电年底发电装机容量装机容量2194MW,是目前世界上发电装机容量最多和风,是目前世界上发电装机容量最多和风力发电机组技术最先进的国家。力发电机组技术最先进的国家。l德国风力发电的制造技术和生产规模都处于世界领先水平,德国风力发电的制造技术和生产规模都处于世界领先水平,目前世界上在运行的最大的商用风力发电机组就产自德国。目前世界上在运
9、行的最大的商用风力发电机组就产自德国。l德国德国Enercon E112型风力发电机最大输出功率达到型风力发电机最大输出功率达到6MW,风风力发电机全高力发电机全高186m,风轮直径为风轮直径为114m,切出风速为,切出风速为2834m/s,是目前世界上最大的风轮机。,是目前世界上最大的风轮机。11风风 力力 发发 电电 技技 术术l丹麦和西班牙丹麦和西班牙-紧随德国之后紧随德国之后 丹麦和西班牙的风电也在高速发展。西班牙丹麦和西班牙的风电也在高速发展。西班牙的的20062006年装机容量达到年装机容量达到11.6GW11.6GW,欲挑战德国争,欲挑战德国争夺欧洲之冠的地位。丹麦已经成功地用风
10、电来夺欧洲之冠的地位。丹麦已经成功地用风电来满足国内满足国内23%23%的电力需求,是世界上风电贡献的电力需求,是世界上风电贡献率最高的国家。丹麦在风电机组制造、风能资率最高的国家。丹麦在风电机组制造、风能资源评价和风电场接入电网等领域的技术均居世源评价和风电场接入电网等领域的技术均居世界领先地位。界领先地位。12风风 力力 发发 电电 技技 术术l美国的风力发电美国的风力发电l美国的风能资源丰富,据估算,如果全部开发美国三美国的风能资源丰富,据估算,如果全部开发美国三个州个州(得克萨斯州等得克萨斯州等)的风电就可以满足全美的电力需的风电就可以满足全美的电力需求。求。l在美国,风能发电已经很有
11、竞争力,其成本相等甚至在美国,风能发电已经很有竞争力,其成本相等甚至低于传统电力的平均价格。低于传统电力的平均价格。l目前,美国最大的风电场是位于德克萨斯州的马谷风目前,美国最大的风电场是位于德克萨斯州的马谷风能中心,该中心建有能中心,该中心建有 421台风力发电机组,装机容量达台风力发电机组,装机容量达到到735MW,于,于2006年年9月全部建成。月全部建成。l美国新建风电场普遍使用美国新建风电场普遍使用GE公司公司1.5MW风力发电机,风力发电机,其次是西门子公司的其次是西门子公司的 2.3MW风力发电机。风力发电机。13风风 力力 发发 电电 技技 术术l印度印度-发展中国家的先锋发展
12、中国家的先锋l从从20世纪世纪80年代起,印度就启动了风电项目。在年代起,印度就启动了风电项目。在20世纪世纪90年代后期印度风电市场一度低靡,但最近却开始复苏。截年代后期印度风电市场一度低靡,但最近却开始复苏。截至至2006年底,风电装机容量已达年底,风电装机容量已达6270MW,印度已经成为,印度已经成为全球第五大风电生产国。在过去几年,政府积极推动风电全球第五大风电生产国。在过去几年,政府积极推动风电产业的发展,鼓励大型私有和公有企业投资,并同时给予产业的发展,鼓励大型私有和公有企业投资,并同时给予当地制造基地同样的政策激励。当地制造基地同样的政策激励。l在印度,有的公司现在已经可以生产
13、在印度,有的公司现在已经可以生产70%的风电机组零件,的风电机组零件,不需要从主要的欧洲制造商进口,从而大大降低了风电机不需要从主要的欧洲制造商进口,从而大大降低了风电机组生产成本,并给当地创造出额外的就业机会。组生产成本,并给当地创造出额外的就业机会。印度还建印度还建立了两百多个风力监测站,为风能资源的开发利用提供基立了两百多个风力监测站,为风能资源的开发利用提供基础数据支持。础数据支持。14风风 力力 发发 电电 技技 术术二、我国风力发电概况二、我国风力发电概况l我国的风电事业起步较晚,在我国的风电事业起步较晚,在20世纪末,风力发电机世纪末,风力发电机组的制造还主要在于简单的小型家用风
14、力发电机组。组的制造还主要在于简单的小型家用风力发电机组。l进入进入21世纪以来,我国的风电装机容量开始快速增长,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年底,装机容量上升到将近260万万kW。l我国国土面积辽阔,风能资源丰富,目前风电装机容我国国土面积辽阔,风能资源丰富,目前风电装机容量还相对较低。量还相对较低。l规划预计到规划预计到2010年风电装机总容量达到年风电装机总容量达到2500万万kW,2020年风电装机总容量达到年风电装机总容量达到10000万万kW。15风风 力力 发发 电电 技技 术术l中国的风能资源主要集中在两个带状地区中国的风能资源主要
15、集中在两个带状地区,一条是一条是“三北三北(东北、华北、西北东北、华北、西北)地区丰富带地区丰富带”,其风能功率密度在其风能功率密度在200瓦瓦/平方米平方米300瓦瓦/平方米以上平方米以上,有的可达有的可达500瓦瓦/平方平方米以上米以上,如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰腾梁等腾梁等,这些地区每年可利用风能的小时数在这些地区每年可利用风能的小时数在5000小时以小时以上,有的可达上,有的可达7000小时以上。从新疆到东北小时以上。从新疆到东北,面积大、交面积大、交通方便、地势平通方便、地势平,风速随高度增加很快,三北地区风能在风速随高度增加
16、很快,三北地区风能在上百万千瓦的场地有四五个上百万千瓦的场地有四五个,这是欧洲没法比的。而这个这是欧洲没法比的。而这个地带的缺点是建网少地带的缺点是建网少,发出的电上不了网。发出的电上不了网。l一条是东部沿海风带,主要位于沿海几十公里的大陆海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。依靠大陆,电力联网困难,发展发电迫在眉睫。16风风 力力 发发 电电 技技 术术17风风 力力 发发 电电 技技 术术v中中国国现现代代风风电电技技术术的的开开发发利利用用
17、始始于于2020世世纪纪7070年年代代,0.10.115kW15kW离离网网型型风风力力发发电电机机组组开开始始试试验验、示示范范、应应用推广。用推广。v“六六五五”、“七七五五”、“八八五五”期期间间,国国家家和和地地方方政政府府把把22kW22kW、30kW30kW、55 55 kWkW、75kW75kW、120kW120kW、200kW 200kW 风风电电机机组组列列入入重重点点科科技技攻攻关关项项目目,但但由由于于诸诸多多原原因因,都未商业化运行。都未商业化运行。v规模化的风力发电场规模化的风力发电场8080年代后期投入运行。年代后期投入运行。18风风 力力 发发 电电 技技 术术
18、截至截至20062006年底,年底,我国除台湾外我国除台湾外累计安装风电累计安装风电机组机组33113311台,台,装机容量装机容量259.9259.9万万kW,kW,共共建设建设9191个风电个风电场,分布在场,分布在1616个省。个省。19风风 力力 发发 电电 技技 术术v“九五九五”期间,并网型风电机组得到快速发展。期间,并网型风电机组得到快速发展。定桨距失速型定桨距失速型200kW200kW、250kW250kW、300kW 300kW、600kW600kW风电风电机组;机组;变桨距双速型变桨距双速型600 kW600 kW风电机组;风电机组;中国一拖和西班牙中国一拖和西班牙Made
19、Made合资建立一拖美德风电设备合资建立一拖美德风电设备公司,生产公司,生产660kW660kW风电机组;风电机组;中国西航和德国中国西航和德国NordexNordex合作建立西安维德风电设备合作建立西安维德风电设备公司,生产公司,生产600kW600kW风电机组。风电机组。20风风 力力 发发 电电 技技 术术v“十五十五”期间,国家提出研制期间,国家提出研制“兆瓦级风电机组兆瓦级风电机组”的的攻关目标,有如下攻关目标,有如下3 3个课题:个课题:1.3MW 1.3MW 定桨距失速型风电机组定桨距失速型风电机组1MW 1MW 双馈型变速恒频风电机组双馈型变速恒频风电机组1.2MW 1.2MW
20、 直驱型变速恒频风电机组直驱型变速恒频风电机组21风风 力力 发发 电电 技技 术术v风风力力发发电电机机组组经经过过二二十十余余年年的的发发展展,容容量量从从十十千千瓦瓦级级增增大大到到兆兆瓦瓦级级,从从9090年年代代定定桨桨距距失失速速型型风风电电机机组组为为主主导导机机型型,向向变变速速变变距距型型风风电电机机组组为为主主流流机机型型的的方方向向发发展展,且且随随着着电电力力电电子子技技术术的的发发展展,变变速速恒恒频频的的风风力力发发电电技技术术已已经成了风力发电的大势所趋。经成了风力发电的大势所趋。v兆兆瓦瓦级级机机组组的的市市场场份份额额19971997年年及及以以前前还还不不到
21、到10%10%,20012001年则超过一半,年则超过一半,20022002年达到年达到62.1%62.1%。v风风电电装装机机容容量量约约以以平平均均每每年年增增幅幅30%30%的的速速度度在在增增长长,成成为增长速度最快的清洁能源。为增长速度最快的清洁能源。22风风 力力 发发 电电 技技 术术l新疆达坂城是我国最早建设规模化风电场的地区,于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。场,所有设备全部从丹麦引进。23风风 力力 发发 电电 技技 术术l广东省南澳岛风电广
22、东省南澳岛风电场是我国第一个海场是我国第一个海岛风电场。南澳岛岛风电场。南澳岛是广东唯一一个岛是广东唯一一个岛县,东南季风长,县,东南季风长,风力资源丰富,风风力资源丰富,风况属世界最佳之列。况属世界最佳之列。到到2005年底,装机年底,装机容量达到容量达到5.6万万kW,是亚洲最大的海,是亚洲最大的海岛风电场。岛风电场。24风风 力力 发发 电电 技技 术术l20072007年年6 6月,我国最大的月,我国最大的风电场是内蒙古的辉腾风电场是内蒙古的辉腾锡勒风电场,总装机容锡勒风电场,总装机容量量189MW189MW,为第,为第2929界奥运界奥运会输送绿色电力。同时会输送绿色电力。同时还有两
23、个风电项目在建,还有两个风电项目在建,到到20102010年将建成百万千年将建成百万千瓦级的风电场。瓦级的风电场。25风风 力力 发发 电电 技技 术术l官厅位于北京市官厅水库南岸,是北京主要的风口之一,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一期项目总装机容量49.5MW,2007年底竣工、并网发电,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。生产的电能直接输入北京电网,供给市民和奥运场馆使用。建设现场建设现场26风风 力力 发发 电电 技技 术术三、我国风力发电工业的现状三、我国风力发电工业的现状l我国在我国在20世纪世纪50年代开始
24、风力发电机的研制。目前大功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。率风力发电机组还依靠进口。l与国际水平相比,我国风力发电机的单机容量较小,关与国际水平相比,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。键部件需要进口,整机质量还有差距。l我国在海上发电的资源勘察、设备制造、施工安装工艺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。和运行管理方面还比较落后。27风风 力力 发发 电电 技技 术术l2007年,国内风力发电机组生产厂家通过引进技术、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,可以批量生产合资、合作方
25、式,可以批量生产600kW、660kW和和750kW的风力发电机组,同时也研发了兆瓦级风力发的风力发电机组,同时也研发了兆瓦级风力发电机组。电机组。l2006年年10月,我国首台自主研制的月,我国首台自主研制的1.5MW变速恒频风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,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。技术的空白。28风风 力力 发发 电电 技技 术术1.5MW1.5MW双馈
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