1、 风力发电技术讲座动力工程系动力工程系 宋长华宋长华 副教授副教授专题讲座专题讲座n1风力发电 -宋长华风电的优越性可归纳为下面六点：n 风能是一种无污染的可再生能源，它取之不尽，用之不竭，且没有常规能源（如煤电，油电）与核电会造成环境污染的问题。 n 风电技术日趋成熟（可再生能源利用中），产品质量可靠，可用率已达 95%以上，已是一种安全可靠的能源。n 风力发电的经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。n 风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比拟的。n
2、 投资规模灵活，有多少钱装多少机。在发电方式上还有多样化的特点，既可联网运行，也可和柴油发电机等级成互补系统或独立运行，这对于解决边远无电地区的用电问题提供了现实可能性。 n2风力发电 -宋长华一 风力发电现状一、风力发电发展简史n 起源： 世界上第 1台用于发电的风力机于 1891年在丹麦建成 。n 发展： 风电技术经过 20年的开发日臻成熟，商业化机组的单机容量从 55 kW增加到 1 650 kW，风电成本从 20美分 /（ kWh），持续下降到 5美分 /（ kWh），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。 n 目前风力机之最 为美国 CE公司的 “超级风力
3、机 ”，单机功率为 7.3MW，风车直径为 112m.n3风力发电 -宋长华世界风电现状n 全球风力发电能力在 2007年又增长 24，达到 5910万千瓦，比 10年前的不足 500万千瓦增长了 12倍。风能是世界上增长最快的能源，过去 10年间年平均增长率为 29。与之形成反差的是，同一期间每年煤电增长 2.5，核电增长 1.8，天然气发电增长 2.5，油发电增长1.7。n 德国是风力发电装机容量最大的国家，风力发电量 1840万千瓦，其电力的 6来自风电。西班牙位居第二，风电容量超过 1000万千瓦，其电力的 8来自风电。丹麦的风电容量为 310万千瓦，位居世界第五，可以满足其电力需求的
4、 20，是世界上风电份额最大的国家。丹麦的海上风电装置居世界领先地位，现有的装机容量为 40万千瓦。全球范围内， 2006年年底之前海上风电装机容量将超过 90万千瓦，全部在欧洲。 。n 世界能源委员会预计，全世界到 2020年风力发电装机容量可达 18亿47 亿 kw 。n 按照国外经济发达国家风电占国家电网总量的 10 计算，我国可开发风电容量将达到 0.253亿千瓦，每年可发电506亿千瓦小时 。 中国风电规模居世界第五位。按当前的发展速度，预计今年风力发电装机可以达到 1000万千瓦， 2010年有望达到2000万千瓦，届时，中国将成为世界最大的风力发展国家。 n4风力发电 -宋长华世
5、界风电发展预测n 世界风电在加速发展，装机容量每年以近30的速度递增。n 按照 德国 风电发展计划，到 2010年，风电电量将占总发电量的 12.5；到 2050年，将占到 50。n 丹麦 的风电电量 2003年占全国总发电量的18，规划到 2030年，风电将占总发电量的 50。n 西班牙、英国和法国也加快了风电的发展。 n5风力发电 -宋长华三、我国风电现状n 2007年全球新增风力发电装机容量为 20,073MW，增长 32.1，美国 (5,244MW)、西班牙 (3,522MW)及中国 (3,449MW)位居前三名， 2007年全球累计风力发电装机容量为 94,112MW，增长 26.8
6、，超出 GWEC之前预估的 22.6，其中中国 07年累计的风力发电装置容量已达 6,050MW（ 605万千瓦） ，挤下丹麦成为世界第五位风力发电国， n 中国 07年风力发电总装置容量及新增装置容量增幅分别高达 132.3及 156，增长幅度同居世界第一位，到 2010年，风力发电总装机容量达到 1000万千瓦 n6风力发电 -宋长华我国风电现状n 2007年中国除省外新增风电机组 3144台，装机容量 328.7万 kW。与 2006年当年新增装机 133.7万 kW相比， 2007年当年新增装机增长率为145.8%。 2007年中国除台湾省外累计风电机组6458台，装机容量 589.0
7、万 kW，风电场 158个。分布在 22个省（市、区、特别行政区），比前一年增加了北京、天津、山西、河南、湖北、湖南等六个省市。n 与 2006年累计装机 259.9万 kW相比， 2007年累计装机增长率为 126.6%。 2007年风电上网电量估计约 52亿 kWh。 7风力发电 -宋长华我国风电造价n 从统计数据看，全国风电上网电价比常规水电和火电厂高出许多，新疆常规火电上网平均电价在 0.25元 /千瓦时左右，而风电则平均达到 0.6元 /千瓦时以上。而风电利用小时数约在 2000至 3000小时左右，仅为火电的一半。n 另外，虽然 风电单位千瓦平均造价 已从 10000元降到8000
8、元 左右，但仍远高于火电的 4000元 /千瓦 造价，n 建设一座装机 10万千瓦的风电场，约需 8亿元以上，而建设同样规模的火电厂约为 4至 5亿元。n8风力发电 -宋长华四、主要风力发电国家发展现状(1)德国：n 装机容量到 1994年末就达 64 3万 kw，到 1997年未达 200万 kw以上，超过美国成为 世界第一风电大国；n 仅在 1999年 1年就新增 156 8万 kw，使风电总装机达到 444 5万 kw，发电量占全国的 4 5。n 到 2001年底，总装机容量达到 873万 kw，占世界风力发电总装机容量的 35。n 德国政府计划，到 2010年要使新能源占总装机容量的
9、10， 2050年时达到 50 。n9风力发电 -宋长华(2)美国n 到 1994年容量就达到 363万 kw，占当年世界风电总容量的 53，使 美国在 1997年前一直成为雄居世界第一的风电大国 。n 到 2001年底，美国风电总装机为 425万 kw，居世界第2位。n 近两年美国又开始重视风力发电的发展 ，加大支持力度，将旧机更新换代，并制定了雄心勃勃的技术研究发展计划，最终日标是要将风电电价降到 2.5美分 /wh。n 目前联邦政府规定，可再生能源每发 1kwh电可减 15美分的税。 1998年 6月，议会提出 “可再生能源有价证券法规 ”(RP5)，规定新能源必须在电力发电来源中占有一
10、定比例，使得风力发电在总发电量中所占比重有可能 从 1998乍的 2提高到 2010年的 5.5。n10风力发电 -宋长华(3)丹麦n 丹麦是世界上最大的风力发电机组生产国 ，产量占世界 60以上。在其出口产业中占第二位。n1999年丹麦风电总装机达 174万 kW，其发电量巳占全国总量的 10：n2030年将达 550万 kw，发电量将占全国近 50，其中海上风电场装机将达 400万 kw。n 丹麦政府计划，未来新能源 (主要是风电和生物质能 )将提供 75以上的能源供应，燃煤发电将逐渐淘汰。n11风力发电 -宋长华二、我国风电场介绍（ 图 1、 图 2、 图 3）1、广东省南澳风电场 （图
11、）n 已安装风力机 132台 ,总装机容量达 5.7万千瓦 ,年发电量达 1.4亿千瓦时 ,成为亚洲海岛最大的风力发电场，n 目前，总装机容量达 7.55万千瓦的两个大型风电项目正在建设中，投资 22亿多元的 3个海上风电场项目已投入前期工作。n 南澳地处台湾海峡西南端喇叭口，风力资源丰富，风电场年平均风速达 8.54米 /秒，年有效风速时数超过7000小时，有效风能密度达 1011瓦 /平方米，风况属世界最佳之列，是我国少有的可以大规模开发风力发电场的地域之一。 介绍n12风力发电 -宋长华中国风电场分布n13风力发电 -宋长华2、达坂城风电场 n 新疆天风发电股份有限公司成立于 2003年
12、，由三家风力发电企业（新疆天风发电股份有限公司，新疆达坂城风力发电有限责任公司，新疆风力发电厂）重组而成，由国电龙源集团控股。n 至 2006底，公司有风力机组 253台，其中国产机组40台，国外机组主要是从荷兰、丹麦等进口。 装机总容量 150MW， 是中国最大的风力发电企业。n 单机容量有 300、 500、 600、 750KW，塔高为 30、35、 40、 50， 65米不等，最高年发电量为 1.65亿千瓦时，单位千瓦造价平均约为 9300元 /千瓦。 14风力发电 -宋长华达坂城风电场 n 公司所处的达坂城地区，位于天山中部的一个山区盆地中，该盆地在中天山和东天山之间的谷地，海拔高度
13、在 1100-1200米之间，n 西北起于乌鲁木齐南郊，东南至达坂城山口，东西长约 80 公里 ，南北宽约 15 -20 公里 ，是新疆南北疆的气流通道，常年盛行东南风和西北风，n 年均风速大于 8米 /秒，年有效风速大于 7500小时， 30米高度年平均风速约 8.2m /s ，可安装风力发电机的面积在 1000 平方公里以上，n 年风能蕴藏量 250 亿千瓦 时，可装机容量为 2000MW以上 ，属于新疆九大风区中面积最小但开发条件最好的一个风区。 n15风力发电 -宋长华3、辉腾锡勒风电场 n 辉腾锡勒风电场是 1995年成立的风电企业。场址位于内蒙中旗，海拔 20102131m，风速
14、7.4 8.2m/s。规划容量 120万千瓦，年发电量 33亿千瓦时。n 现装机 72台，总容量 42700kW。n 股东：龙源电力集团公司 (50%)n 介绍16风力发电 -宋长华重庆风电n 武隆四眼坪风力发电场建设部正式与武隆供电公司签订施工用电合同，我市首座风力发电场建设正式启动开建。该发电场规划场区面积约 6.6平方公里，高程约1460 1663米。工程估算总投资 5.3亿元，电站总装机容量 49.3兆瓦，单机容量 850千瓦，共装机 58台。建成后，平均每年可以向重庆提供约 0.9亿度电量。四眼坪风力发电场位于武隆县和顺乡弹子山上，风电场风功率密度等级达到 3级标准，在内陆省份是不可
15、多得的理想风场。作为重庆市第一座风力发电场，武隆四眼坪风力发电机组预计 2009年建成并网发电。 n 我市还将在巫溪、巫山、奉节、云阳选址，建设首批 8座风力发电场，利用山区风率频繁的特点，进行风力发电。 8座风电场将在 5年内全部建成，产生的电能将纳入全国电网。n17风力发电 -宋长华世界风力发电发展趁势n 风力发电技术目前还在不断发展，主要体现在单机容量不断增大上 。目前主流风力发电机组的功率，己上升到 600750kw ， Mw级的机组也已成批生产， 2Mw级的机组己在试验生产。n 风力发电场未来的发展趋向 将集中在：n （ 1）提高机群安装场地选择的准确性；（ 2）改进机群布局的合理件
16、；（ 3）提高运行的可靠性、稳定性，实现运行的最佳控制；（ 4）进一步降低设备投资及发电成本；（ 5）总装机容量在 1MW以上的风力发电场将占据主导地位，风力发电场内的风力发电机组单机容量将主要是百千瓦以上至兆瓦级的。n18风力发电 -宋长华我国 “十五 ”期间风力发电的发展目标n “十五 ”期间，我国计划新增风电容量 119.2万千瓦 。其中达坂城及阿拉山口地区新增 9.87万千瓦，内蒙古辉腾锡勒及赤峰地区新增 13.85万千瓦，吉林通榆地区新增 9.28万千瓦，黑龙江富锦及木兰地区新增 6.18万千瓦，河北张北、黄骅及承德地区新增 9.18万千瓦，江苏如东和启东地区新增 9万千瓦，辽宁营口
17、、大连、沈阳等地新增 9.76万千瓦，广东南澳、惠来和湛江等地新增 9.04万千瓦，上海崇明和南汇等地新增8万千瓦，其余省份 “十五 ”期间合计新增 35.04万千瓦。“十五 ”期间，风力发电发展重点是 ： 一是 新建设 10万千瓦风电场约 3 5座（包括海上风电场），并取得规模效益；二是 鼓励有风能资源但还未建设一座风电场地区的电力企业或非电力企业开发风电项目，尤其在经济发达地区，风电上网电价也较容易分摊，更需加快速度开发风电，为今后电源建设中风力发电占一定比例的配额制打好基础。 n19风力发电 -宋长华三、 风与风力资源一、风的产生与特性n 产生： 风是地球外表大气层由于太阳的热辐射而引起
18、的空气流动；大气压差是风产生的根本原因。n 特性： 周期性 、 多样性 、复杂性n20风力发电 -宋长华风的能量与测量1、产生能量的基本要素： 风具有一定的质量和速度。2、风能的一些主要特性参数： 如风能、风能密度、风速与风级、风向与风频以及风的测量等。1）风能： 空气运动产生的动能称为 “风能 ”。2）风能密度 ： 单位时间内通过单位截面积的风能。3）风速与风级： 风速就是空气在单位时间内移动的距离，国际上的单位是米秒 (m/s)或千米小时 (km h)。 分 13级4）风向与风频： 通常把风吹来的地平方向定为风的方向，即 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
19、向出现总次数的百分比，5）风的测量： 风的测量仪器主要有 风向器 、 杯形风速器 和三杯轻便风向风速表 等。n21风力发电 -宋长华风力资源n 据理论计算，太阳辐射到地球的热能中约有 2被转变成风能，全球大气中总的风能量约为 10 14MW，其中蕴藏的可被开发利用的风能约有 3.510 9MW，这比世界上可利用的水能大 10倍。（一）世界风力资源分布n 根据世界能源理事会的有关资料，地球表面有 27的地区年平均风速高于 5m s(距地而 10m高 )。如将这些地方用作风力发电场，则每 km2的风力发电能力最大值可达 8Mw，总装机容量可达 24x1013w。n 据分析，实际上陆地面积中风力大于
20、 5m s 的地区，其中仅 4有可能安装风力发电机组。n22风力发电 -宋长华世界风能资源评估n23风力发电 -宋长华中国风力资源n 中国风能资源十分丰富，全国风能储量约 4.8 310 9MW ，可开发利用的风能资源总量达 2.53亿 kw。n 在中国，风能资源主要分布在新疆、内蒙古等北部地区和东部至南部沿海地带及岛屿。1、风能最佳区： (1)东南沿海、山东半岛、辽东半岛以及海上岛屿。 (2)内蒙古、甘肃北部。 (3)黑龙江南部、吉林东部。2、 风能较佳区： (1)西藏高原中北部。（ 2）三北北部。 (3)东南沿海 (离海岸线 2050kM)3、风能可利用区： (1)两广沿海。 (2)大小兴
21、安岭山区。 3)东从辽河平原向西，过华北太平原经西北到最西端，左侧绕西藏高原边缘部分，右侧从华北向南面淮讨、长江到南岭。n24风力发电 -宋长华风能的利用n 按照不同的需要，风能可以被转化成其他不同形式的能量，如机械能、电能、热能等，以实现 提水灌溉 、 发电 、供热、风帆助航等 功能。 21世纪风能利用的主要领域是 风力发电 。n25风力发电 -宋长华风电造价n 目前风电场造价成本约为 8000 9000元 /KW，机组（设备）占 75%左右，基础设施占 20%，其它占 5%。风能利用小时数在 2700 3200小时，其风电成本约 0.45 0.6元 /千瓦时，另外风电场运行成本费用很低，一
22、旦建成风电场就是一源源不断的出钱机器（注：一般风电场机组寿命 25年）。 n 国家政策重点扶持发展新能源和洁净能源。据有关消息，大于 1000KW风电机组进口免征进口关税；风力发电减半征收增值税，优先无条件上网，上网电价优惠等政策都有利和加快风电的发展。 n26风力发电 -宋长华水平轴风力发电机组成n 目前商用大型风力发电机组一般为水平轴风力发电机，它由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片（目前商业机组一般为 23 个叶片）装在轮毂上所组成，低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机。上述这些
23、部件都安装在机舱平面上，整个机舱由高大的搭架举起，由于风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有迎风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿轮转动，使机舱始终对风。 n27风力发电 -宋长华四、风力发电设备一、组成： 风力发电机组包括两大部分； 一部分是 风力机 ，由它将风能转换为机械能； 另一部分是 发电机 ，由它将机械能转换为电能。二、分类：1） 根据它收集风能的结构形式及在空间的布置，可分为水平轴式或垂直轴式。2） 从塔架位置上，分为上风式和下风式；3） 还可以按桨叶数量，分为单叶片、双叶片、三叶片、四叶片和多叶片式。4） 从桨叶和形式上分
24、，有螺旋桨式、 H型、 S型等；5） 按桨叶的工作原理分，则有升力型和阻力型的区别。6）以风力机的容量分，则有微型 (1kW以下 )、 小型 (110kW) 、中型 (10100kW) 和大型 (100kw以上 )机。n28风力发电 -宋长华1、水平轴力风机特点： 风力机的风轮轴与地面呈水平状态，称水平轴风力机。组成： 它一般内 风轮增速器 、 调速器 、 调向装置 、发电机和 塔架 等部件组成，大中型风力机还有 自动控制系统 。 图应用： 这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦，是日前最具有灾际开发价值的风力机：n 类型：有 传统风车 、 低速风力机 及 高速风力机 等 3大类型。n29风力发电 -宋长华风力机的主要技术指标参数 风轮直径，通常风力机的功率越大，直径越大； 叶片数目，高速发电用风力机为 24 片，低速风力机大干 4片； 叶片材料，现代常采用高强度低密度的复合材料； 风能利用系数，一般为 0.150.5 之间； 启动风速，一般为 35m/s; 停机风速，通常为 1535m s; 输出功率，现代风力机一般为几百干瓦 几兆瓦； 发电机，分为直流发电机和交流发电机； 另外还有塔架高度等等。n30风力发电 -宋长华
