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(hào)：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(guó)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(jī)工作原理、運(yùn)行方式并比較了世界和中國(guó)國(guó)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(shì)，展望了中國(guó)風(fēng)電事業(yè)的前景。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電國(guó)內(nèi)外運(yùn)行方式 并網(wǎng)發(fā)展隨著科技的不斷進(jìn)步，社會(huì)的不斷發(fā)展，能源問題將會(huì)成為未來人類必須解決的問題之 一，同時(shí)可再生能源結(jié)構(gòu)會(huì)成為未來能源的傾向之一?，F(xiàn)如今風(fēng)能作為一種無(wú)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(huì)成為未來最具潛力的新能源之一。一、風(fēng)力發(fā)

2、電機(jī)工作原理目前，在我國(guó)得到廣泛使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要是水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，水平軸式風(fēng)力發(fā) 電機(jī)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(jī)、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(jī)可由葉輪和發(fā)電機(jī)兩部分構(gòu)成，空氣流動(dòng)的動(dòng)能作用 在葉輪上，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。這樣就通過葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械 能，低速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪通過傳動(dòng)系統(tǒng)由增速齒輪箱增速，將動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)，然后由高速轉(zhuǎn) 動(dòng)的機(jī)械能經(jīng)過電機(jī)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(jī)通 常為27轉(zhuǎn)/分）變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（通常為1500轉(zhuǎn)/分）。同時(shí)也使得發(fā)

3、電機(jī)易于控制， 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的頻率和電壓輸出。整個(gè)機(jī)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(cè)得的風(fēng)向信號(hào)，由控制器控制偏航電機(jī)，驅(qū)動(dòng)與塔架上大齒輪嚙 合的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)艙始終對(duì)風(fēng)（注：一般600千瓦的風(fēng)機(jī)機(jī)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(shí)刻正對(duì)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(jī)的機(jī)艙轉(zhuǎn)盤底座上安裝了調(diào)向機(jī)構(gòu)，以便可以隨時(shí)根據(jù)需要 調(diào)整風(fēng)輪的轉(zhuǎn)向，使發(fā)電機(jī)可以正常的工作，為人們提供能量。對(duì)于調(diào)向系統(tǒng)而言，其必須 具有自動(dòng)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(shí)由于風(fēng)有大小之分，并且風(fēng)輪的直徑比較大，所以在運(yùn)行時(shí)，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速是比較低 的。為了使其滿足發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)才 可以正常發(fā)電。所以風(fēng)電場(chǎng)都是具有測(cè)風(fēng)裝置的，其裝置主要是風(fēng)速儀，同時(shí)每個(gè)風(fēng)力發(fā)電 機(jī)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(shí)候，可以在一定程度上降低 風(fēng)速使發(fā)電機(jī)可以正常的工作，而不致于被破壞。二、風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行

5、方式風(fēng)力發(fā)電通常有獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種運(yùn)行方式。1、獨(dú)立運(yùn)行方式獨(dú)立運(yùn)行方式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，又稱離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是把風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)組多采用這種運(yùn)行方式，可供邊遠(yuǎn)農(nóng)村、牧區(qū)、海島、氣象 臺(tái)站、導(dǎo)航燈塔、電視差轉(zhuǎn)臺(tái)、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(dú)立運(yùn) 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(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。 這種方式的缺點(diǎn)是在無(wú)風(fēng)期不能供電，為了克服這

6、一缺點(diǎn)，可配備少量蓄電池來保證不能斷 電的設(shè)備在無(wú)風(fēng)期間內(nèi)從蓄電池獲得電能。2、并網(wǎng)運(yùn)行方式采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)性而帶來的蓄 能問題的最穩(wěn)妥易行的運(yùn)行方式，同時(shí)可達(dá)到節(jié)約礦物燃料的目的。10kW以上直至MW級(jí)的 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組皆可采用這種運(yùn)行方式。并網(wǎng)運(yùn)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(jī)組的轉(zhuǎn)速不隨風(fēng)速波動(dòng)而變化，始終維持恒轉(zhuǎn)速運(yùn)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(jiǎn)單可靠的優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)風(fēng)能的利用不充分， 因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)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(jī)組的轉(zhuǎn)速

7、隨風(fēng)速的波動(dòng)作變速運(yùn)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(shí)現(xiàn)恒頻輸出的電力電子設(shè)備，同時(shí)還應(yīng)解決由于變 速運(yùn)行而在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)共振現(xiàn)象等問題。三、國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1、國(guó)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀：國(guó)際能源研究報(bào)告表明，如果各國(guó)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(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)，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(jī)容量達(dá)到40.00GW，2020年達(dá)到0.1TW，到 2010年德國(guó)新增500萬(wàn)千瓦，西班牙新增520萬(wàn)千瓦，年生產(chǎn)能力將達(dá)到800萬(wàn)千瓦

8、，可 滿足全國(guó)電力需求的10%。美國(guó)和加拿大是北美利用風(fēng)能最好的國(guó)家。在美國(guó)的50個(gè)州中， 大約有30個(gè)州已經(jīng)開始利用風(fēng)能資源。在1998-2004年期間，美國(guó)風(fēng)力發(fā)電的總裝機(jī)容量 已經(jīng)超過6740MW，可以滿足160萬(wàn)個(gè)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(jì)10年后它完全可以和清潔的燃煤電廠競(jìng)爭(zhēng)。風(fēng)電技術(shù)開發(fā)的趨勢(shì)是大容量和變轉(zhuǎn)速運(yùn)行。更大單機(jī)容量的機(jī)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(duì)系統(tǒng)的影響日益明顯。人們已經(jīng)開始利用天氣預(yù) 報(bào)的技術(shù)預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)功率輸出，以優(yōu)化運(yùn)行速度。由于600kW級(jí)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)成熟， 正在大批量

9、生產(chǎn)，2000kW級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不久將投入商業(yè)運(yùn)行，風(fēng)力發(fā)電的造價(jià)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(jìng)爭(zhēng)，這也 是其它新能源所無(wú)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(huì)越來越被更多的人認(rèn)識(shí)和 接受。這也是全世界很多國(guó)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(guó)家收益，如巴西、阿根廷、摩洛哥、埃及和哥斯達(dá)黎加等國(guó)是發(fā)展中 國(guó)

10、家風(fēng)力發(fā)電的佼佼者。中國(guó)、印度也在積極發(fā)展風(fēng)電。2、我國(guó)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀：我國(guó)幅員遼闊，陸疆總長(zhǎng)2萬(wàn)多千米，海岸線1.8萬(wàn)多千米，是一個(gè)風(fēng)力資源豐富的國(guó) 家，全國(guó)約有2/3的地帶為多風(fēng)帶。風(fēng)能總儲(chǔ)量為32.26億千瓦，實(shí)際可開發(fā)的風(fēng)能儲(chǔ)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(qiáng)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(guó)21個(gè)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(jī)16萬(wàn)臺(tái)，并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)24座，總裝機(jī)容量26萬(wàn)千瓦， 其中絕大多數(shù)機(jī)組是從丹麥、德國(guó)、美國(guó)、比利時(shí)、瑞典引進(jìn)的，最大單機(jī)容量為600kW。 毫無(wú)疑問，中國(guó)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(huì)缺乏競(jìng)爭(zhēng)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(jí)政府已對(duì)這些資源的開發(fā)給予了關(guān)注。目前，我國(guó)國(guó)產(chǎn)化機(jī)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(gòu)價(jià)格偏高，利潤(rùn)空間很小。因此，我國(guó) 的風(fēng)力發(fā)電裝備市場(chǎng)至今仍由國(guó)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組占據(jù)。這一現(xiàn)實(shí)要求我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制 造企業(yè)應(yīng)加快適合中國(guó)國(guó)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(jì)和制造技術(shù)，加大風(fēng)力發(fā)電裝備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。還應(yīng)注意穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，提高國(guó)產(chǎn)機(jī)組可 靠性，以取得風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)者的認(rèn)可，逐步加大市場(chǎng)份額。據(jù)相

12、關(guān)資料報(bào)道，到2020年，預(yù)計(jì)我國(guó)將新增發(fā)電能力500GW，其中121GW為可再生 能源。2010年以前，我國(guó)計(jì)劃新建20座風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，每座風(fēng)場(chǎng)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(dòng)因素，在20世紀(jì)70 年代，主要是為了減少對(duì)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(jìng)爭(zhēng)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(huì)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方向。目前，世界各國(guó)都通過立法或給予不同 的優(yōu)惠政策積極激勵(lì)、扶持和推進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。中國(guó)是風(fēng)能資源較豐富的國(guó)家，有悠久的開發(fā)利用風(fēng)能的歷史。近年來，在國(guó)家的鼓勵(lì) 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(shí)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(xiàng)目中，在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中，在國(guó)家“863”計(jì)劃中，都將風(fēng)力機(jī) 的研制列在其中。國(guó)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(guó)豐富 的風(fēng)力資源打下了良好的基礎(chǔ)。但是無(wú)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(guó)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(jī)組我國(guó)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(jī)組在解決有風(fēng)無(wú)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(guó)有很好的研制基礎(chǔ)和應(yīng)用推廣經(jīng)驗(yàn)，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(jī)組我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組絕大部分是從國(guó)外引進(jìn)或合作制造，國(guó)內(nèi)自行研究的機(jī) 組很少。因此，加速大型風(fēng)力機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化勢(shì)在必行。要組織國(guó)內(nèi)相關(guān)單位的技術(shù)攻關(guān)，同 時(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究工作。3、加快建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)踐表明，風(fēng)電場(chǎng)是大規(guī)模利用風(fēng)能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)化的最好方式。要制定適合國(guó)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(chǎng)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?duì)能源的不同需求做到新能源和可再生能源 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(diǎn)發(fā)展 風(fēng)力發(fā)電的同時(shí)，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(jì)，2011年我國(guó)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(gè)難題。一方面，風(fēng)電企業(yè)發(fā)展如火如荼，上百億千瓦時(shí)風(fēng)電電量無(wú)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(guó)2010年就已經(jīng)成長(zhǎng)為世界最大的風(fēng)電裝機(jī)國(guó)，但由于風(fēng)電并網(wǎng) 問題沒有得到徹底解決，使得中國(guó)一直無(wú)法成為最大的風(fēng)電利用國(guó)。中國(guó)可再生能源行業(yè)協(xié) 會(huì)的統(tǒng)計(jì)顯示，因電網(wǎng)建設(shè)跟不上，很多風(fēng)電場(chǎng)“窩電”現(xiàn)象嚴(yán)重，造成大量能源浪費(fèi)。2011 年去年全國(guó)有100億千瓦時(shí)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(huì)出現(xiàn)上千億瓦風(fēng)電電量被棄，是因?yàn)殡?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(dòng)性，電網(wǎng)需要 搭精力和財(cái)力去做很多前期工作?！贝送?，除了上述問題，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(gè)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(shí)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(duì)電網(wǎng)安 全運(yùn)營(yíng)帶來的沖擊較大，國(guó)家又沒有出臺(tái)相關(guān)的經(jīng)