江蘇大學(xué)新能源-風(fēng)力發(fā)電論文

1、新能源發(fā)電技術(shù)論文學(xué) 姓 學(xué)院：電氣信息工程名：號：日期：2013.10.19風(fēng)力發(fā)電論文摘要：隨著新能源日益受到人們的重視和有利的政策導(dǎo)向，中國風(fēng)力發(fā)電行業(yè)將獲得新的發(fā)展。文中介紹了風(fēng)力發(fā)電機工作原理、運行方式并比較了世界和中國國內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀， 分析了風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢，展望了中國風(fēng)電事業(yè)的前景。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電國內(nèi)外運行方式 并網(wǎng)發(fā)展隨著科技的不斷進(jìn)步，社會的不斷發(fā)展，能源問題將會成為未來人類必須解決的問題之 一，同時可再生能源結(jié)構(gòu)會成為未來能源的傾向之一?，F(xiàn)如今風(fēng)能作為一種無污染的可再生 能源備受人們的關(guān)注，在一定程度上，風(fēng)力發(fā)電將會成為未來最具潛力的新能源之一。一、風(fēng)力發(fā)

2、電機工作原理目前，在我國得到廣泛使用的風(fēng)力發(fā)電機主要是水平軸式風(fēng)力發(fā)電機，水平軸式風(fēng)力發(fā) 電機是目前技術(shù)最成熟、生產(chǎn)量最多的一種形式。它由葉輪、增速齒輪箱、發(fā)電機、偏航裝 置、控制系統(tǒng)、塔架等部件所組成。從大的結(jié)構(gòu)劃分來說，風(fēng)力發(fā)電機可由葉輪和發(fā)電機兩部分構(gòu)成，空氣流動的動能作用 在葉輪上，將動能轉(zhuǎn)換成機械能，從而推動葉輪旋轉(zhuǎn)。這樣就通過葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械 能，低速轉(zhuǎn)動的葉輪通過傳動系統(tǒng)由增速齒輪箱增速，將動力傳遞給發(fā)電機，然后由高速轉(zhuǎn) 動的機械能經(jīng)過電機轉(zhuǎn)變成電能。在這里齒輪箱可以將很低的葉輪轉(zhuǎn)速600千瓦的風(fēng)機通 常為27轉(zhuǎn)/分）變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機轉(zhuǎn)速（通常為1500轉(zhuǎn)/分）。同時也使得發(fā)

3、電機易于控制， 實現(xiàn)穩(wěn)定的頻率和電壓輸出。整個機艙由高大的塔架舉起，由于風(fēng)向經(jīng)常變化，為了有效地利用風(fēng)能，還安裝有迎風(fēng) 裝置，它根據(jù)風(fēng)向傳感器測得的風(fēng)向信號，由控制器控制偏航電機，驅(qū)動與塔架上大齒輪嚙 合的小齒輪轉(zhuǎn)動，使機艙始終對風(fēng)（注：一般600千瓦的風(fēng)機機艙總重20多噸），所以偏航 系統(tǒng)的作用就是可以使葉輪掃掠面積總是垂直于主風(fēng)向。由于風(fēng)方向的不定，所以風(fēng)輪必須時刻正對風(fēng)的方向，而大型的風(fēng)輪是不能由人力來控 制其轉(zhuǎn)向的，進(jìn)而在風(fēng)力發(fā)電機的機艙轉(zhuǎn)盤底座上安裝了調(diào)向機構(gòu)，以便可以隨時根據(jù)需要 調(diào)整風(fēng)輪的轉(zhuǎn)向，使發(fā)電機可以正常的工作，為人們提供能量。對于調(diào)向系統(tǒng)而言，其必須 具有自動解纜和扭纜的

4、保護(hù)裝置，以便可以更好地工作，不致在工作中出現(xiàn)問題。同時由于風(fēng)有大小之分，并且風(fēng)輪的直徑比較大，所以在運行時，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速是比較低 的。為了使其滿足發(fā)電機的轉(zhuǎn)速要求，技術(shù)人員便在低速的風(fēng)輪軸和高速的發(fā)電機軸之間安 裝了增速器，增速器的功能在于使轉(zhuǎn)速可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，這樣發(fā)電機才可以正常的工作。 需要注意的是并不是風(fēng)速越大越好，而是要將風(fēng)速控制在許可的范圍內(nèi)，這樣風(fēng)力發(fā)電機才 可以正常發(fā)電。所以風(fēng)電場都是具有測風(fēng)裝置的，其裝置主要是風(fēng)速儀，同時每個風(fēng)力發(fā)電 機還必須具備一套完整的調(diào)速裝置，其作用在于當(dāng)風(fēng)速過大的時候，可以在一定程度上降低 風(fēng)速使發(fā)電機可以正常的工作，而不致于被破壞。二、風(fēng)力發(fā)電運行

5、方式風(fēng)力發(fā)電通常有獨立運行和并網(wǎng)運行兩種運行方式。1、獨立運行方式獨立運行方式的風(fēng)力發(fā)電機組，又稱離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組，是把風(fēng)力發(fā)電機組輸出的電 能經(jīng)蓄電池蓄能，再供應(yīng)用戶使用。如用戶需要交流電，則需在蓄電池與用戶負(fù)荷之間加裝 逆變器。5kW以下的風(fēng)力發(fā)電機組多采用這種運行方式，可供邊遠(yuǎn)農(nóng)村、牧區(qū)、海島、氣象 臺站、導(dǎo)航燈塔、電視差轉(zhuǎn)臺、邊防哨所等電網(wǎng)覆蓋不到的地區(qū)利用。在容量較大的獨立運 行方式下，為了避免大量使用蓄電池，常采取由負(fù)荷控制器按負(fù)荷的優(yōu)先保證次序來直接控 制負(fù)荷的接通與斷開，以適應(yīng)風(fēng)速大小的變化，具有負(fù)荷調(diào)節(jié)的的獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。 這種方式的缺點是在無風(fēng)期不能供電，為了克服這

6、一缺點，可配備少量蓄電池來保證不能斷 電的設(shè)備在無風(fēng)期間內(nèi)從蓄電池獲得電能。2、并網(wǎng)運行方式采用風(fēng)力發(fā)電機組與電網(wǎng)連接，由電網(wǎng)輸送電能的方式，是克服風(fēng)的隨機性而帶來的蓄 能問題的最穩(wěn)妥易行的運行方式，同時可達(dá)到節(jié)約礦物燃料的目的。10kW以上直至MW級的 風(fēng)力發(fā)電機組皆可采用這種運行方式。并網(wǎng)運行又可分為兩種不同的方式:恒速恒頻方式， 即風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速不隨風(fēng)速波動而變化，始終維持恒轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，從而輸出恒定額定頻 率的交流電。這種方式目前已普遍采用，具有簡單可靠的優(yōu)點，但是對風(fēng)能的利用不充分， 因為風(fēng)力機只有在一定的葉尖速比的數(shù)值下才能達(dá)到最高的風(fēng)能利用率。變速恒頻方式， 即風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速

7、隨風(fēng)速的波動作變速運行，但仍輸出恒定頻率的交流電。這種方式可 提高風(fēng)能的利用率，但將導(dǎo)致必須增加實現(xiàn)恒頻輸出的電力電子設(shè)備，同時還應(yīng)解決由于變 速運行而在風(fēng)力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)共振現(xiàn)象等問題。三、國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1、國外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀：國際能源研究報告表明，如果各國采取有力措施，風(fēng)力發(fā)電到2010年可提供世界電力 需求的10%，創(chuàng)造170萬個就業(yè)機會，并在全球范圍內(nèi)減少100多億噸二氧化碳廢氣。風(fēng)能 將成為發(fā)展最快的能源，到2010年風(fēng)電總裝機容量達(dá)到40.00GW，2020年達(dá)到0.1TW，到 2010年德國新增500萬千瓦，西班牙新增520萬千瓦，年生產(chǎn)能力將達(dá)到800萬千瓦

8、，可 滿足全國電力需求的10%。美國和加拿大是北美利用風(fēng)能最好的國家。在美國的50個州中， 大約有30個州已經(jīng)開始利用風(fēng)能資源。在1998-2004年期間，美國風(fēng)力發(fā)電的總裝機容量 已經(jīng)超過6740MW，可以滿足160萬個中等家庭的日常用電需求。隨著技術(shù)的進(jìn)步和規(guī)模的 擴(kuò)大，風(fēng)電發(fā)電成本繼續(xù)下降，估計10年后它完全可以和清潔的燃煤電廠競爭。風(fēng)電技術(shù)開發(fā)的趨勢是大容量和變轉(zhuǎn)速運行。更大單機容量的機組仍在繼續(xù)研制。隨著 風(fēng)電容量在電力系統(tǒng)中的比例越來越大，對系統(tǒng)的影響日益明顯。人們已經(jīng)開始利用天氣預(yù) 報的技術(shù)預(yù)測風(fēng)電場功率輸出，以優(yōu)化運行速度。由于600kW級大型風(fēng)力發(fā)電機組技術(shù)成熟， 正在大批量

9、生產(chǎn)，2000kW級風(fēng)力發(fā)電機組不久將投入商業(yè)運行，風(fēng)力發(fā)電的造價由現(xiàn)在的 1000美元/kW有可能下降為600-800美元/kW，發(fā)電成本從現(xiàn)在的4-5美分/(kWh)，下降到 3-4美分/(kWh)，風(fēng)力發(fā)電規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益更加明顯，可以和火電、水電、核電相競爭，這也 是其它新能源所無法比擬的。由于風(fēng)力發(fā)電是可再生潔凈能源，其環(huán)境效益也十分明顯，隨 著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日益成熟，發(fā)電成本的進(jìn)一步降低，風(fēng)力發(fā)電會越來越被更多的人認(rèn)識和 接受。這也是全世界很多國家都熱衷風(fēng)力發(fā)電的主要原因。風(fēng)力發(fā)電的迅猛發(fā)展也使那些本 地能源短缺的發(fā)展中國家收益，如巴西、阿根廷、摩洛哥、埃及和哥斯達(dá)黎加等國是發(fā)展中 國

10、家風(fēng)力發(fā)電的佼佼者。中國、印度也在積極發(fā)展風(fēng)電。2、我國風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀：我國幅員遼闊，陸疆總長2萬多千米，海岸線1.8萬多千米，是一個風(fēng)力資源豐富的國 家，全國約有2/3的地帶為多風(fēng)帶。風(fēng)能總儲量為32.26億千瓦，實際可開發(fā)的風(fēng)能儲量為 2.53億千瓦，為可再生能源和新能源利用技術(shù)提供了強大的資源條件。兩大風(fēng)能地帶 西北、華北、東北和東南沿海為風(fēng)能資源豐富區(qū)，跨全國21個省、市、自治區(qū)。到1999 年底已開發(fā)微小戶用型風(fēng)力發(fā)電機16萬臺，并網(wǎng)型風(fēng)電場24座，總裝機容量26萬千瓦， 其中絕大多數(shù)機組是從丹麥、德國、美國、比利時、瑞典引進(jìn)的，最大單機容量為600kW。 毫無疑問，中國風(fēng)能等可再生能

11、源的利用受到一系列因素的限制，其中包括資金和技術(shù)資源 供應(yīng)的不足、政策的不相配套等。和常規(guī)資源相比，它會缺乏競爭力。但從可持續(xù)發(fā)展的目 的出發(fā)，從中央到地方的各級政府已對這些資源的開發(fā)給予了關(guān)注。目前，我國國產(chǎn)化機組 產(chǎn)量仍然偏小，遠(yuǎn)未達(dá)到規(guī)模效益，使得零部件采購價格偏高，利潤空間很小。因此，我國 的風(fēng)力發(fā)電裝備市場至今仍由國外風(fēng)力發(fā)電機組占據(jù)。這一現(xiàn)實要求我國的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制 造企業(yè)應(yīng)加快適合中國國情的新型風(fēng)力發(fā)電裝備的研制進(jìn)度。盡快提高大型風(fēng)力發(fā)電裝備的 設(shè)計和制造技術(shù)，加大風(fēng)力發(fā)電裝備國產(chǎn)化進(jìn)程。還應(yīng)注意穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，提高國產(chǎn)機組可 靠性，以取得風(fēng)電場建設(shè)者的認(rèn)可，逐步加大市場份額。據(jù)相

12、關(guān)資料報道，到2020年，預(yù)計我國將新增發(fā)電能力500GW，其中121GW為可再生 能源。2010年以前，我國計劃新建20座風(fēng)力發(fā)電場，每座風(fēng)場的發(fā)電能力達(dá)到100MW以上， 且達(dá)到4000MW的風(fēng)力發(fā)電總目標(biāo)，并要求風(fēng)力發(fā)電設(shè)備本土化。四、風(fēng)力發(fā)電的展望風(fēng)力發(fā)電將是21世界發(fā)展最快的一種可再生能源。其發(fā)展的驅(qū)動因素，在20世紀(jì)70 年代，主要是為了減少對外地能源的依賴；到了 20世紀(jì)90年代，主要是為了保護(hù)地球環(huán)境， 減排溫室氣體CO2,減少日益枯竭的化石燃料的消耗；到2010年左右，由于風(fēng)力發(fā)電技術(shù) 的進(jìn)一步提高，風(fēng)力發(fā)電將更有競爭性，在世界電力構(gòu)成中所占比重進(jìn)一步提高，其清潔性 和安全性

13、將更符合經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方向。目前，世界各國都通過立法或給予不同 的優(yōu)惠政策積極激勵、扶持和推進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。中國是風(fēng)能資源較豐富的國家，有悠久的開發(fā)利用風(fēng)能的歷史。近年來，在國家的鼓勵 和支持下，在部門的規(guī)劃和領(lǐng)導(dǎo)下，在地方的組織和落實下，取得了可喜的進(jìn)步。在“六五” 到“十五”期間的科技攻關(guān)項目中，在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中，在國家“863”計劃中，都將風(fēng)力機 的研制列在其中。國家制定了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃和優(yōu)惠政策，為大規(guī)模開發(fā)利用我國豐富 的風(fēng)力資源打下了良好的基礎(chǔ)。但是無論從發(fā)電能力的需求還是從環(huán)境保護(hù)的壓力來分析， 我國風(fēng)能開發(fā)利用還任重道遠(yuǎn)，應(yīng)在以下幾方面開展工作。1、繼續(xù)發(fā)展小型風(fēng)

14、力機組我國幅員遼闊，地域差別大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，一些邊遠(yuǎn)和海島地區(qū)的人民還沒有用上 電。小型風(fēng)力發(fā)電機組在解決有風(fēng)無電地區(qū)的生活用電方面是一條非常有效的方式，這方面 我國有很好的研制基礎(chǔ)和應(yīng)用推廣經(jīng)驗，應(yīng)繼續(xù)大力發(fā)展。2、加速發(fā)展大型風(fēng)力發(fā)電機組我國風(fēng)電場運行的風(fēng)力發(fā)電機組絕大部分是從國外引進(jìn)或合作制造，國內(nèi)自行研究的機 組很少。因此，加速大型風(fēng)力機組的國產(chǎn)化勢在必行。要組織國內(nèi)相關(guān)單位的技術(shù)攻關(guān)，同 時加強基礎(chǔ)研究工作。3、加快建設(shè)風(fēng)電場實踐表明，風(fēng)電場是大規(guī)模利用風(fēng)能，實現(xiàn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)化的最好方式。要制定適合國情的 優(yōu)惠政策和法規(guī)，各相關(guān)部門也應(yīng)大力扶持風(fēng)電場的建設(shè)。4、綜合利用新能源和可再生

15、能源風(fēng)能在眾多可再生資源中最有大規(guī)模發(fā)電前景，但也受到資源的限制，為更好的利用風(fēng) 能，應(yīng)與其他形式的新能源綜合利用，根據(jù)當(dāng)?shù)貙δ茉吹牟煌枨笞龅叫履茉春涂稍偕茉?與常規(guī)能源之間的綜合利用，如組成風(fēng)光混合系統(tǒng)；風(fēng)-油混合系統(tǒng)等。另外，在重點發(fā)展 風(fēng)力發(fā)電的同時，要注意解決風(fēng)能在提水、助航、制冷、制氫等方面的應(yīng)用問題。五、關(guān)于風(fēng)電并網(wǎng)難的一些探究與想法據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計，2011年我國部分省市風(fēng)電棄風(fēng)達(dá)20%左右，“三北”（東北、華 北和西北）一些風(fēng)資源豐富的地區(qū)或超過30%，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)近百億元。風(fēng)電并網(wǎng)一直是個難題。一方面，風(fēng)電企業(yè)發(fā)展如火如荼，上百億千瓦時風(fēng)電電量無用 武之地；另一方面

16、，電網(wǎng)消納風(fēng)電的積極性不高，最大原因在于被電網(wǎng)嫌棄。經(jīng)過這幾年發(fā)展，中國2010年就已經(jīng)成長為世界最大的風(fēng)電裝機國，但由于風(fēng)電并網(wǎng) 問題沒有得到徹底解決，使得中國一直無法成為最大的風(fēng)電利用國。中國可再生能源行業(yè)協(xié) 會的統(tǒng)計顯示，因電網(wǎng)建設(shè)跟不上，很多風(fēng)電場“窩電”現(xiàn)象嚴(yán)重，造成大量能源浪費。2011 年去年全國有100億千瓦時左右風(fēng)電電量被棄?！澳壳帮L(fēng)電入網(wǎng)在技術(shù)上已經(jīng)不是問題，之所以會出現(xiàn)上千億瓦風(fēng)電電量被棄，是因為電 網(wǎng)的調(diào)度問題，不愿意讓穩(wěn)定的火電給不穩(wěn)定的風(fēng)電讓路。由于風(fēng)電具有波動性，電網(wǎng)需要 搭精力和財力去做很多前期工作?！贝送猓松鲜鰡栴}，風(fēng)電企業(yè)本身發(fā)展過快也是造成風(fēng)電電量被棄的一個主要原因。 雖然風(fēng)電并網(wǎng)問題還未解決，但仍舊沒有擋住風(fēng)電企業(yè)“大躍進(jìn)式”的發(fā)展。實際上，風(fēng)電入網(wǎng)問題一直是制約風(fēng)電發(fā)展的一大問題。由于風(fēng)電的不穩(wěn)定性對電網(wǎng)安 全運營帶來的沖擊較大，國家又沒有出臺相關(guān)的經(jīng)