《可再生能源發(fā)電技術(shù)》全書教學(xué)課件

可再生能源發(fā)電技術(shù)第一講綜述要點能源的概念能源的利用歷史能源的品質(zhì)可再生能源發(fā)展的必要性我國能源利用現(xiàn)狀本課程主要內(nèi)容簡介主要參考文獻(xiàn)及考核方式——資源——在一定時期和地點，在一定條件下具有開發(fā)價值、能夠滿足或提高人類當(dāng)前和未來生存和生活狀況的自然因素和條件，稱為自然資源，有時簡稱資源包括氣候資源、水資源、礦物資源、生物資源、能源，等等——能源——能源就是能夠向人類提供某種形式能量（光、熱、動力等）的自然資源，包括所有的燃料、流水、陽光、地?zé)?、風(fēng)等通過適當(dāng)轉(zhuǎn)換手段可使其為人類生產(chǎn)和生活提供所需的能量例如煤和石油等化石能源燃燒時提供熱能，流水和風(fēng)力可以提供機(jī)械能，太陽的輻射可轉(zhuǎn)化為熱能或電能

1能源的概念能源種類很多，通常按其形態(tài)特征或轉(zhuǎn)換與應(yīng)用的層次分類

(1)一次能源和二次能源（按形成條件）以天然形態(tài)存在于在自然界中，可直接取得而不需改變其基本形態(tài)的能源，稱為一次能源。是自然界中現(xiàn)成存在的天然能源。如煤炭、石油、天然氣、水能，及太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、生物質(zhì)能、核能等。有些能源通常需要經(jīng)過加工進(jìn)行直接或間接的轉(zhuǎn)換才能使用。由一次能源經(jīng)加工轉(zhuǎn)換而獲得的另一種形態(tài)的能源，稱為二次能源。如電力、煤氣、沼氣、酒精、汽油、柴油、焦炭，以及蒸汽、氫能等。電能是最重要的二次能源。能源的分類一次能源的來源自然界中一次能源的初始來源，大致有三種情況：①來自地球以外天體（主要是太陽）的能量，例如能以光和熱的形式直接利用的太陽能，以化石或生物體等物質(zhì)形式存儲的能量，以風(fēng)、水流、波浪等形式體現(xiàn)的能量②來自地球內(nèi)部的能源，主要是核能（原子能）和地?zé)崮堍鄣厍蚺c其他天體相互作用產(chǎn)生的能量，例如月亮、太陽引力變化形成的海洋潮汐能(2)常規(guī)能源與新能源（按發(fā)展應(yīng)用狀況）常規(guī)能源：在當(dāng)前的技術(shù)水平和利用條件下，已廣泛應(yīng)用了較長時間的能源現(xiàn)階段主要是指煤炭、石油、天然氣、水能、核（裂變）能特點：使用較普遍，技術(shù)較成熟。新能源：由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)或能源品質(zhì)等因素而未能大規(guī)模使用的能源如太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)?、生物質(zhì)、氫能、核（聚變）能等特點：已經(jīng)開始或即將被人們推廣利用，但目前還沒有被大規(guī)模使用，有的甚至還處于研發(fā)或試用階段常規(guī)能源和新能源的分類是相對的，不同歷史時期會變化，這取決于應(yīng)用歷史和使用規(guī)模。例如在1950年代，核(裂變)能屬于新能源，現(xiàn)在已經(jīng)成為常規(guī)能源。有些能源雖然應(yīng)用的歷史很長，但正經(jīng)歷著利用方式的變革，而那些較有發(fā)展前途的新型應(yīng)用方式尚不成熟或規(guī)模還小，也被歸為新能源，例如太陽能、風(fēng)能。在中國，新能源指除常規(guī)化石能源和大中型水力發(fā)電、核裂變發(fā)電之外的一次能源。(3)非再生能源和可再生能源（按循環(huán)恢復(fù)能力）非再生能源，也叫不可再生能源，用完后不可重新生成（至少在短期內(nèi)無法恢復(fù)），總有枯竭的一天如化石燃料和核燃料均為非再生能源。按照現(xiàn)有的探明儲量和開采程度，地球上的化石燃料最多還可使用幾百年可再生能源，可以循環(huán)使用，能夠有規(guī)律地不斷得到補(bǔ)充，沒有使用期限，也不會因長期使用而減少。如太陽能、水能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能，均為可再生能源。(4)含能體能源和過程性能源(按能源存在和轉(zhuǎn)移形式)含能體能源是指包含著能量的物質(zhì)或?qū)嶓w例如化石燃料、核燃料、生物質(zhì)、地?zé)崴偷責(zé)嵴羝?，等等特點：可以直接儲存和運(yùn)輸過程性能源是指隨著物質(zhì)運(yùn)動而產(chǎn)生、并且僅以運(yùn)動過程的形式存在的能源如風(fēng)、水、海潮、波浪、地?zé)岬忍攸c：無法直接儲存和運(yùn)輸(5)清潔能源和非清潔能源(按環(huán)境污染程度)清潔能源是指對環(huán)境沒有污染或污染較小的能源，有時也叫綠色能源。如太陽能，風(fēng)能，海洋能，垃圾發(fā)電，沼氣等。非清潔能源是指可能對環(huán)境造成較大污染的能源，例如煤炭等化石燃料。清潔與非清潔能源的劃分也是相對的。可再生能源《中華人民共和國可再生能源法》2006年1月1日起施行（2005年2月28日第十屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第十四次會議通過，2009年修訂）目的是促進(jìn)可再生能源的開發(fā)利用，增加能源供應(yīng)，改善能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全，保護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。國家將可再生能源的開發(fā)利用列為能源發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域，建議將可再生能源知識和技術(shù)納入普通教育、職業(yè)教育課程。中國可再生能源學(xué)會（原中國太陽能學(xué)會，1979年9月6日在西安市成立）可再生能源是指風(fēng)能、太陽能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等非化石能源?能源利用的歷史人類認(rèn)識和征服自然依靠能源，分5個發(fā)展階段。(1)天然能源的原始利用（又稱薪柴時代）幾十萬年以前人類學(xué)會了用火，在漫長的歲月里，一直以柴草為生活能量的主要來源，燃火用于燒飯、取暖和照明。后來逐漸學(xué)會將畜力、風(fēng)力、水力等自然動力用于生產(chǎn)和交通運(yùn)輸這種初級形式的能源利用直到19世紀(jì)中期都沒有太大突破。在1860年的世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，薪柴和農(nóng)作物秸稈仍占能源消費(fèi)總量的73.8%。(2)煤炭（煤炭時代）2000多年以前人類就知道煤炭可以作為燃料。14世紀(jì)的中國、17世紀(jì)的英國采煤業(yè)都已相當(dāng)發(fā)達(dá)，但煤炭長期未能在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。18世紀(jì)70年代，英國的瓦特發(fā)明以煤炭作燃料的蒸汽機(jī)。蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用使煤炭迅速成為第二代主體能源。煤炭在世界一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占的比重，從1860年的25％，上升到1920年的62％。(3)石油（石油時代）人類很早就發(fā)現(xiàn)了石油，直到19世紀(jì)，石油工業(yè)才逐漸興起。1859年，美國賓夕法尼亞州打出了世界上第一口油井，是現(xiàn)代石油工業(yè)的開端。（蘇聯(lián)和中國有不同的說法）1886年德國人本茨和戴姆勒研制出以汽油為燃料、由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的汽車（德國奔馳），進(jìn)入大規(guī)模使用石油的汽車時代。（1905年，美國福特）石油和天然氣逐漸取代煤炭，在世界能源消費(fèi)構(gòu)成中占據(jù)主要地位。1965年，在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，石油首次超過煤炭占居首位，成為第三代主體能源。到1979年，石油所占的比重達(dá)到54%，相當(dāng)于煤炭的三倍。(4)電力1881年，美國建成世界上第一個發(fā)電站，同時還研制出電燈等實用的用電設(shè)備（愛迪生）以后，電力的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，發(fā)展規(guī)模也越來越大，人類社會逐步進(jìn)入電氣化時代石油、煤炭、天然氣等化石燃料被轉(zhuǎn)換成更加便于輸送和利用的電能，進(jìn)一步推動工業(yè)革命，帶來了巨大的技術(shù)進(jìn)步電能使用起來方便清潔、易于輸送、易轉(zhuǎn)化成其它型式的能量，成為現(xiàn)代生產(chǎn)不可或缺的動力，與現(xiàn)代生活也密不可分。(5)核能和可再生能源1942年美國建立世界上第一座核反應(yīng)堆（費(fèi)米）1954年前蘇聯(lián)建成世界第一座發(fā)電的反應(yīng)堆（庫爾恰托夫支持修建的奧布靈斯克核電站）并正式啟用。1956年美國的核電站投入運(yùn)行核能利用迅速發(fā)展起來，在世界能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要位置。到20世紀(jì)90年代，核能發(fā)電所提供的電力占全世界發(fā)電總量的17%左右進(jìn)入21世紀(jì)以來，太陽能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能等可再生新能源發(fā)展很快，并且逐漸走向成熟和規(guī)?；嫉谋戎匾灿型蠓忍岣?，為人類解決能源和環(huán)保問題開辟了新的天地各種能源均有優(yōu)點，也各有不足。如何進(jìn)行評價和比較？(1)能流密度即在單位空間或單位面積內(nèi)，能夠從某種能源獲得的功率化石燃料與核燃料的能流密度大，各種可再生能源的能流密度一般都比較小能量密度太小，則不利于開發(fā)利用，因為經(jīng)濟(jì)性太差3能源的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)煤各種燃料的熱值是不同的，在統(tǒng)計能源的生產(chǎn)和消費(fèi)，特別在計算能耗指標(biāo)時，常定義一種假想的標(biāo)準(zhǔn)燃料，即標(biāo)準(zhǔn)煤。標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為2.9×104kJ/kg。各種燃料均可按平均發(fā)熱量折算成標(biāo)準(zhǔn)煤。(2)開發(fā)費(fèi)用和設(shè)備造價化石能源與核燃料，探、采、加工、運(yùn)輸，需投入大量人力、物力，發(fā)電設(shè)備單位容量的初期投資較小。可再生能源，開發(fā)費(fèi)用主要是開發(fā)能源的一次性投資，設(shè)備造價比較高，而運(yùn)營費(fèi)用很低。(3)存儲的可能性與供能的連續(xù)性化石燃料都比較容易存儲，也便于連續(xù)供應(yīng)。太陽能、風(fēng)能等可再生能源則不易保存。能量供應(yīng)也可能有波動性和間斷性。(4)運(yùn)輸費(fèi)用與損耗運(yùn)輸過程本身也要投資并消耗能源，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)某杀竞蛽p耗會影響能源的使用。太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮茈y以運(yùn)輸?；剂峡梢赃\(yùn)輸，但要考慮運(yùn)輸?shù)某杀竞秃哪堋?5)對環(huán)境的影響化石燃料燃燒過程中會排放CO2等溫室氣體，甚至還有一些有毒的或腐蝕性物質(zhì)，對環(huán)境影響較大。核燃料有放射性污染及廢料處理的問題?？稍偕茉创蠖鄬Νh(huán)境的影響較小。(6)蘊(yùn)藏量化石燃料等非再生能源，蘊(yùn)藏量是有限的，總有用完的時候。太陽能、風(fēng)能等可再生能源，可以循環(huán)使用，不斷的得到補(bǔ)充，即使每年更新的數(shù)量有限，長期來看，也是無窮無盡的。(7)能源品位能源品味反映的是能源利用的方便程度。一般來說，二次能源要比一次能源品味高。能直接變成機(jī)械能和電能的能源（如水力和風(fēng)能），要比那些必須先經(jīng)過熱利用環(huán)節(jié)的能源（如化石燃料）的品位高。4發(fā)展可再生能源的必要性現(xiàn)代能源現(xiàn)狀現(xiàn)代能源三大支柱：煤炭、石油和天然氣石油和天然氣的形成和開采“生于水際砂石，與泉水相雜，惘惘而出”北宋沈括《夢溪筆談》根據(jù)BP世界能源統(tǒng)計，全球化石燃料可用情況如下：40.6年164年65.1年1636億噸

179.8萬億方9091億噸

儲量儲采比能源形勢：化石燃料面臨枯竭危險《BP世界能源統(tǒng)計2006》石油天然氣煤碳化石燃料儲量比儲采比石油2.3％20.1/40.6年天然氣0.9%49.3/65.1年煤炭11.6%114.5/164年

我國的形勢更為嚴(yán)峻：人均能源擁有量僅為世界平均值的一半，化石燃料的儲采比低于世界平均值；但工業(yè)能耗又高于工業(yè)發(fā)達(dá)國家，主要能源消耗已經(jīng)名列世界前茅（煤炭第一，石油第二）?！?006中國能源發(fā)展報告》世界人均的能量消耗則不斷上升，在過去一世紀(jì)中總能耗增長到25.8倍！

1kg標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱值=29308kJ

年份總?cè)丝谌司芎?億）[t標(biāo)準(zhǔn)煤/(人.年)]

190015.710.493195025.011.026

200060.503.300

探明的化石燃料藏量有限，而工業(yè)與生活所需數(shù)值不斷增長，這是世界能源所面臨的主要問題。

國際上出現(xiàn)三次石油危機(jī)化石能源的消費(fèi)帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題當(dāng)前，威脅人類生存的十大環(huán)境問題是：（1）全球氣候變暖；（2）臭氧層的耗損與破壞；（3）生物多樣性減少；（4）酸雨蔓延；（5）森林銳減；（6）土地荒漠化；（7）大氣污染；（8）水污染；（9）海洋污染；（10）危險性廢物越境轉(zhuǎn)移化石能源利用的環(huán)境影響

酸雨煤和石油的燃燒排放出二氧化硫或氮氧化物煙氣與天上的水蒸氣相遇，就會形成硫酸和硝酸小滴，使雨水酸化，這時落到地面的雨水就成了酸雨。酸雨的危害有：1)

腐蝕建筑物和工業(yè)設(shè)備；2)

破壞露天的文物古跡；3)

損壞植物葉面，導(dǎo)致森林死亡；4)

使湖泊中魚蝦死亡；5)

破壞土壤成分，使農(nóng)作物減產(chǎn)甚至死亡；6)

飲用酸化造成的地下水，對人體有害。（1）北美死湖事件，美國受酸雨影響的水域達(dá)3.6萬平方公里，加拿大受酸雨影響的水域5.2萬平方公里，大量湖泊酸化，甚至成為死湖。湖中無魚，湖濱樹木枯萎。（2）西德森林枯死病事件，有80多萬公頃森林被毀。每年有數(shù)萬兒童感染特殊的喉炎癥。1002001750180018501900195019900煤→CO2石油→CO2天然氣→CO2CO2(billiontons/year)RapidGlobalWarmingItisanimportantissue

toreducefossilfuelconsumption化石燃料排放的CO21750180018501900195019900280340300320CO2(ppm)inAir360工業(yè)革命

大氣

CO2Temperaturevariation（℃）bythermometerfromtreerings，coral，???Averagetemp.in1961～1990過去1000年北半環(huán)平均氣溫變化工業(yè)革命

100012001400160018002000

Source；IPCC#3ReportYear0.00.5-0.5-1.0

溫室效應(yīng)（花房效應(yīng)）加拿大冰山區(qū)域不斷縮小－K.Suzuki34氣溫上升、冰川熔化、海平面上升，太平洋島國圖瓦盧舉國遷移Arctic

1979-2003

大氣污染（1）英國倫敦毒霧事件，1952，1956,1957,1962年連續(xù)發(fā)生12次，死亡近4萬人，直到1965年后才消失；（2）美國洛杉磯毒煙事件，1943，1952,1955年多次反生光化學(xué)煙霧事件，使人出現(xiàn)眼睛痛、頭痛、呼吸困難等癥狀，直到70年代后期才消失；（3）2013年上半年，全國中東部發(fā)生嚴(yán)重的霧霾和污染天氣……如果人類都按照美國人的方式生活…60億人口需要4.3個地球!能源開采、運(yùn)輸和加工過程中存在不良影響，如煤炭開采會有人員傷亡和土地塌陷。核能的利用存在核安全和核廢料問題。（如前蘇聯(lián)切爾諾貝利1986.4.26和日本福島2011.3）世界范圍內(nèi)的核能利用，將產(chǎn)生成千上萬噸的核廢料。如果不能妥善處理，放射性的危害或風(fēng)險將持續(xù)幾百年。

其它影響可持續(xù)發(fā)展社會環(huán)境經(jīng)濟(jì)聯(lián)合國世界環(huán)境與發(fā)展委員會提出了可持續(xù)發(fā)展概念。就是“滿足當(dāng)代人的需求，又不損害子孫后代滿足其需求能力的發(fā)展”?？沙掷m(xù)的解決方案更加廣泛地使用可再生能源進(jìn)一步提高能源效率減少排放資料來源:《中國光伏發(fā)展報告2007》能源結(jié)構(gòu)預(yù)測The21stcenturywillbeelectric…andintelligent03691215195020002050電能GDPEnergyIndex(1=1950)未來的智能電力可控精確靈活干凈快速安全電力是高品位的終端能源水能風(fēng)能地?zé)岢毕筒ɡ颂柲芑四苌镔|(zhì)能電力農(nóng)業(yè)文明工業(yè)文明信息化低碳化（1）能源生產(chǎn)和消費(fèi)（增長率大，世界第一）5我國能源利用現(xiàn)狀2005年能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)石油天然氣煤炭水電核電世界36.8%23.7%27.2%6.2%6.1%中國22.3%2.5%69.0%5.4%0.8%我國能源需求估計2020年22～29億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，2050年33~47億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。未來50年內(nèi)能源需求總量將會增長到現(xiàn)在的3倍煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)占世界比重的1/3強(qiáng)，世界第一

石油生產(chǎn)低于消費(fèi)，對外依存度高，接近50%環(huán)境約束與能源需求的矛盾日益加大（2）能源利用效率低能源開發(fā)利用設(shè)備和技術(shù)落后，能源利用效率低，浪費(fèi)嚴(yán)重我國能源終端利用效率僅為33％，比發(fā)達(dá)國家低約10～20%單位產(chǎn)品的能耗平均比發(fā)達(dá)國家高約40%能源消費(fèi)強(qiáng)度（單位GDP耗能）高，是美國的4倍，日英德法等國的8倍（我國人口占20.43%，GDP占4.03%）人均能源消費(fèi)低，是美國的1/8，日本的1/4（3）能源品種以煤為主，污染嚴(yán)重典型的能源消費(fèi)型污染——煤炭消費(fèi)型污染城市空氣污染、酸雨、溫室氣體排放（4）可再生能源發(fā)展面臨的幾個問題經(jīng)濟(jì)效益：成本高，效率低，需要依靠科技創(chuàng)新和科技進(jìn)步持續(xù)可靠性：克服能源間歇性、不連續(xù)性的影響局限性：最佳容量研究，分布式發(fā)電與聯(lián)網(wǎng)輸電環(huán)境及生態(tài)：調(diào)整結(jié)構(gòu)，合理替代；節(jié)約優(yōu)先，環(huán)境友好管理體制和機(jī)制：加快科技生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，健全相關(guān)法律法規(guī)，有序有利健康發(fā)展風(fēng)力發(fā)電勢頭正勁，科技進(jìn)步和成熟，成本快速下降光伏發(fā)電超常規(guī)發(fā)展，與風(fēng)電一起年增長率高達(dá)30%生物質(zhì)發(fā)電困難重重可再生能源的發(fā)展可再生能源是多種能源的統(tǒng)稱，本課程將逐一對目前正大力發(fā)展和探索的發(fā)電技術(shù)進(jìn)行介紹，內(nèi)容如下：水力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)太陽能利用及發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)能利用及發(fā)電技術(shù)地?zé)崮芾眉鞍l(fā)電技術(shù)海洋能多種發(fā)電技術(shù)氫能與燃料電池發(fā)電技術(shù)6本課程的內(nèi)容常見的能量形式有機(jī)械能、熱能、電能、化學(xué)能、原子能等機(jī)械能：包括與位置相關(guān)的勢能和與運(yùn)動相關(guān)的動能，以這種能量形式出現(xiàn)的是水能、風(fēng)能、波浪能等熱能：與分子熱運(yùn)動有關(guān)的能量，也是人類常利用的能量形式，化石能源的利用都是先將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，以這種能量型式出現(xiàn)的有太陽輻射熱能、地?zé)崮艿入娔埽姶艌瞿埽弘姾闪鲃雍头e累相關(guān)的一種能量，是高品質(zhì)的二次能源，是當(dāng)前利用的最主要的能源型式，可以由各種能量轉(zhuǎn)換而來。化學(xué)能：存在于物質(zhì)各組分之間連接鍵內(nèi)的一種能量，是在發(fā)生每種化學(xué)反應(yīng)時形成和釋放的，以這種型式存在的有很多一次能源：煤炭、石油、天然氣、生物質(zhì)等原子能：原子核質(zhì)量發(fā)生變化時釋放的能量，分衰變、裂變和聚變，目前核能的利用主要是裂變能源的型式及轉(zhuǎn)換燃料燃燒是獲取熱能的最主要方式。所謂燃料，就是能在空氣中容易燃燒并釋放出大量熱能的氣體、液體或固體物質(zhì)，是能在經(jīng)濟(jì)上值得利用其發(fā)熱量的物質(zhì)的總稱。燃料按形態(tài)分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料。天然的固體燃料有煤炭和木材；人工的固體燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭應(yīng)用最為普遍，是我國最基本的能源。天然的液體燃料有石油（原油）；人工的液體燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。天然的氣體燃料有天然氣，人工的氣體燃料則有焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、水煤氣和液化石油氣等?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能液體燃料固體燃料氣體燃料燃燒燃燒設(shè)備鍋爐工業(yè)爐窯化學(xué)能

熱能熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能通常需要一種介質(zhì)，成為工質(zhì)，推動旋轉(zhuǎn)機(jī)械從而轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能以水及其蒸汽作為工質(zhì)，蒸汽輪機(jī)直接以燃燒后的高溫混合氣體作為工質(zhì)的，燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)等熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能蒸汽輪機(jī)壓縮室燃燒室渦輪機(jī)燃?xì)馄啓C(jī)應(yīng)用廣泛內(nèi)燃機(jī)電能能夠方便地以高轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換成其它形式的能量，因此電能是非常有用的一種能量形式。電能可以通過多種途徑生產(chǎn)，最主要的途徑是通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能直接轉(zhuǎn)換成電能。將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機(jī)都是同步發(fā)電機(jī)?？梢暂敵鼋涣麟娀蛑绷麟?。根據(jù)動力機(jī)械的特點，同步發(fā)電機(jī)有立式和臥式兩種。由汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)多為臥式。另外，可在燃料電池和蓄電池中由化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能；在太陽能電池中由輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能。磁流體發(fā)電、熱電偶溫差發(fā)電可將熱能直接轉(zhuǎn)變成電能。機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能發(fā)電機(jī)發(fā)電廠是實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的場所，將其它型式的一次能源轉(zhuǎn)換為電能。傳統(tǒng)發(fā)電廠按其所用一次能源的不同，可分為水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠和核能發(fā)電廠。隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)能發(fā)電廠、生物質(zhì)能發(fā)電廠、太陽能發(fā)電廠、海洋能發(fā)電廠等多種發(fā)電形式和技術(shù)。發(fā)電廠水電站是將水能轉(zhuǎn)變成電能的工廠，其能量轉(zhuǎn)換的基本過程是：水能→機(jī)械能→電能。按利用能源的種類，水電站可分為：（1）將河川中水能轉(zhuǎn)換成電能的常規(guī)水電站，也是通常所說的水電站，按集中落差的方法它又有三種基本形式，即堤壩式、引水式和混合式；（2）調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)峰谷負(fù)荷的抽水蓄能式水電站；（3）利用海洋能中的水流的機(jī)械能進(jìn)行發(fā)電的水電站，即潮汐電站、波浪能電站、海流能電站。60水力發(fā)電廠火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣或其他燃料的化學(xué)能生產(chǎn)電能的工廠。我國電源構(gòu)成是以火電為主，至2004年底，全國總裝機(jī)容量為44070萬kW，火電裝機(jī)容量為32490萬kW,占我國發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?3.7%?；痣姀S按使用燃料的不同可分為燃煤、燃油和燃?xì)獾葞最愲姀S。我國的煤炭資源比較豐富，燃煤火電廠是我國目前電能生產(chǎn)的主要方式。62火力發(fā)電廠核電廠是利用核裂變能轉(zhuǎn)化為熱能，再按火電廠的發(fā)電方式，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，它的原子核反應(yīng)堆相當(dāng)于鍋爐。核反應(yīng)堆中，除裝有核燃料外，還以重水或高壓水作為慢化劑和冷卻劑，所以，反應(yīng)堆又可分為重水堆、壓水堆等。核反應(yīng)堆內(nèi)，鈾-235在中子撞擊下，使原子核發(fā)生裂變，產(chǎn)生的巨大能量主要以熱能形式被高壓水帶至蒸汽發(fā)生器，在此產(chǎn)生蒸汽，送至汽輪發(fā)電機(jī)組。

1kg鈾-235所發(fā)出的電力約等于2700t標(biāo)準(zhǔn)煤所發(fā)出的電力。64核能發(fā)電廠

風(fēng)能就是指流動的空氣所具有的能量，是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的。風(fēng)能是一種干凈的自然能源、可再生能源，同時風(fēng)能的儲量十分豐富。據(jù)估算，全球大氣中總的風(fēng)能量約為1017kW，其中可被開發(fā)利用的風(fēng)能約為2×1010kW，比世界上可利用的水能大10倍。因此，風(fēng)能的開發(fā)利用具有非常廣闊的前景。66風(fēng)力發(fā)電廠將吸收的太陽輻射熱能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電技術(shù)稱太陽能熱發(fā)電技術(shù)，它包括兩大類型：一是利用太陽熱能直接發(fā)電（光伏發(fā)電技術(shù)）；二是太陽熱能間接發(fā)電，就是利用光—熱—電轉(zhuǎn)換，即通常所說的太陽能熱發(fā)電。68太陽能發(fā)電廠生物質(zhì)能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。生物質(zhì)能是由太陽能轉(zhuǎn)化而來，是可再生能源。生物質(zhì)能發(fā)電廠的種類較多，規(guī)模大小受生物質(zhì)能資源的制約，主要有：垃圾焚燒發(fā)電廠、沼氣發(fā)電廠、木煤氣發(fā)電廠、薪柴發(fā)電廠、蔗渣發(fā)電廠等。70生物質(zhì)能發(fā)電廠地球本身就是一個巨大的熱庫，其內(nèi)部蘊(yùn)藏的熱能即“地?zé)崮堋保侨≈槐M的可再生能源。在未來一段時期內(nèi)能夠經(jīng)濟(jì)、合理地利用的地?zé)崮芊Q為地?zé)豳Y源，目前人類只是開發(fā)利用了其中的極少一部分。地?zé)豳Y源可分為五種類型：（1）蒸汽型地?zé)豳Y源。（2）熱水型地?zé)豳Y源。（3）地壓型地?zé)豳Y源。（4）干熱巖型地?zé)豳Y源。（5）巖漿型地?zé)豳Y源。72地?zé)岚l(fā)電廠我國的一次能源結(jié)構(gòu)決定了我國發(fā)電必然以煤電為主的基本格局，這是長期難以改變的。由于火電給環(huán)境帶來很大壓力，必須加大水電開發(fā)力度，使火電、水電、核電都得到不同程度的發(fā)展，并通過開發(fā)新能源和可再生能源，在滿足電力需求和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，盡可能減少石油、煤炭等不可再生能源的使用。74（1）尹忠東、朱永強(qiáng)主編，《可再生能源發(fā)電技術(shù)》，中國水利水電出版社，2010（2）邢運(yùn)民、陶永紅主編，《現(xiàn)代能源與發(fā)電技術(shù)》，西安電子科技大學(xué)出版社，2007（3）王長貴、崔容強(qiáng)等主編，《新能源發(fā)電技術(shù)》，中國電力出版社，2003（4）中國可再生能源網(wǎng)：（5）中國新能源與可再生能源網(wǎng)（6）百度、google、維基百科（wikipedia）主要參考資料

課堂考勤10%

課程展示或論文20%

考試70%7課程考核方法

課件下載地址：kzsny@，密碼123456注意不要更改密碼，論文發(fā)到我郵箱lukeping@8思考題1、能源是什么？常規(guī)能源有哪些？試說明其應(yīng)如何利用？2、新能源和可再生能源有哪些？試說明應(yīng)如何利用?3、我國能源結(jié)構(gòu)是怎樣的？存在哪些問題？如何實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展?4、電能有哪些優(yōu)點？傳統(tǒng)發(fā)電廠可以分為哪幾類?可再生能源發(fā)電技術(shù)第二講水力發(fā)電要點水能資源概述水力發(fā)電基本原理水電站的基本類型水電站的組成建筑物水電站廠房的分類和組成水電站動力設(shè)備水能利用歷史悠久，運(yùn)用廣泛（動力）地球上有14億km3水，97.4%為鹽水（海洋），2.6%為淡水其中淡水中有3/4以冰的形式存在，余下的大部分為地下水和土壤水。僅有0.02%存在河流和湖泊中。1水能資源太陽輻射能的22%為水循環(huán)提供動力80%降雨回到海洋，20%到陸地水從陸地上流回海洋具有能量（機(jī)械能）水循環(huán)世界1/6的水資源在中國，其理論蘊(yùn)藏量為6.94億kW其中技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量5.42億kW，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)裝機(jī)容量4.02億kW,占全世界可開發(fā)水能資源總量的17.8%，居世界第一位2004年底發(fā)電總裝機(jī)容量突破4億kW。2004年9月26日，水電開發(fā)總裝機(jī)容量已突破1億kW，躍居世界第一。2009年水電總裝機(jī)達(dá)1.9億kW，2010年電力總裝機(jī)9億kW。2012年水電總裝機(jī)2.49億kW，電力總裝機(jī)11.4億kW。水電比重維持在22%左右而以技術(shù)可開發(fā)水電裝機(jī)容量5.42億kW為基數(shù)，中國目前水電資源開發(fā)程度不足50%（42.4%）中國水能資源資源總量豐富，但人均資源量較低；大電站裝機(jī)容量比重大，中小電站數(shù)量多，分布廣泛以電量計，人均資源量只有世界平均值的70%左右水電資源分布不均，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不匹配，需要西電東送

水電資源量的78%集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對滯后的西部地區(qū)，而經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口集中的東部沿海11省市，僅占6%，用電量卻占全國的51%江河來水量年內(nèi)年際變化大，水電開發(fā)利用的難度較大，需要建設(shè)水庫進(jìn)行調(diào)節(jié)年徑流最大與最小量的比值，長江、珠江、松花江為2～3倍，淮河達(dá)15倍，海河更達(dá)20倍之多集中在大江大河，便于戰(zhàn)略性集中開發(fā)，但開發(fā)利用不足截至2012年底，全國水電開發(fā)量占可開發(fā)量的45.9%，低于國際上發(fā)達(dá)國家平均60~80%以上的開發(fā)程度我國水資源4大特點

水系名稱水能蘊(yùn)藏量（億千瓦）比例全國6.94100%長江2.7840%黃河0.436%珠江0.325%雅魯藏布江及西藏其它河流1.6024%我國水能資源分布地區(qū)水能蘊(yùn)藏量（億千瓦）可開發(fā)容量（億千瓦）比例華北0.120.0691.2%東北0.120.1202.0%華東0.300.1793.6%中南0.640.67415.5%西南4.732.32367.8%西北0.840.4199.9%全國6.763.79100%水電是清潔、廉價、可再生的綠色能源，當(dāng)前唯一具備大規(guī)模開發(fā)條件的可再生能源。對水資源豐富的國家，開發(fā)水電是首選，發(fā)達(dá)國家的水電開發(fā)程度都很高24個國家依靠水電提供90%以上的電力，如巴西、挪威55個國家依靠水電提供50%以上的電力，如加拿大、瑞士、瑞典62個國家依靠水電提供40%以上的電力，如南美大部分國家發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)可開發(fā)水電資源已經(jīng)基本開發(fā)完畢，平均開發(fā)程度在60%以上，如美國82%，日本84%，法國100%，意大利95%，加拿大65%目前的重點是更新改造，加大泄洪保安全、運(yùn)行調(diào)度，生態(tài)保護(hù)和修復(fù)世界水電開發(fā)情況水電大國水電消費(fèi)變化截斷巫山云雨，高峽出平湖☆三峽水利樞紐☆

三峽水利樞紐的位置：三峽水利樞紐是建立在三峽地區(qū)（西陵峽中部）的綜合利用水利樞紐。壩址距離宜昌市區(qū)40km，距離葛洲壩水利樞紐38km?！钊龒{水利樞紐☆☆三峽水利樞紐☆1、工程規(guī)模大:三大主體建筑物（攔河壩、水力發(fā)電廠、航運(yùn)建筑物）都有世界規(guī)模。被公認(rèn)為世界超級工程。2、效益顯著：

三峽工程具有綜合效益（防洪、發(fā)電、航運(yùn)、南水北調(diào)等）；效益顯著，是治理長江和開發(fā)長江的主體工程。3、技術(shù)復(fù)雜：如長江截流、高邊坡穩(wěn)定、砼溫度控制、高強(qiáng)度砼生產(chǎn)、大型水輪發(fā)電機(jī)組的制造安裝等都是世界水平?！钊龒{水利樞紐☆主要任務(wù)

長江防洪☆三峽水利樞紐☆

大壩泄洪☆三峽水利樞紐☆世界規(guī)模的船閘☆三峽水利樞紐☆最大效益水力發(fā)電三峽水電站大壩頂部高程185m，蓄水高程175m，水庫長600余km，總投資954.6億元，裝機(jī)32臺單機(jī)容量70萬kW機(jī)組（其中左岸14臺，右岸12臺，右岸地下6臺），另有廠備小水電站2臺單機(jī)容量5萬kW機(jī)組?？傃b機(jī)容量2250萬kW，年發(fā)電量980億kWh。

三峽電廠內(nèi)部☆三峽水利樞紐☆---長江流域規(guī)劃及三峽工程經(jīng)濟(jì)效益三峽左岸電廠內(nèi)部

三峽電廠夜景☆三峽水利樞紐☆---長江流域規(guī)劃及三峽工程經(jīng)濟(jì)效益

三峽電廠中央控制室☆三峽水利樞紐☆----存在的問題

1、水庫搬遷問題，工程成敗的關(guān)鍵，提出開發(fā)性移民新思路“建設(shè)一座電站，帶動一方經(jīng)濟(jì)，改善一片環(huán)境，造福一批移民”2、生態(tài)環(huán)境問題，稀有動植物保護(hù)，清潔水源的保護(hù)3、對自然景觀和人文景觀的影響4、泥沙問題，蓄清排渾5、人防問題6、誘發(fā)地震問題7、水庫岸坡穩(wěn)定問題☆三峽水利樞紐☆----存在的問題

光葉水青罔黃桷樹及其樹種化石稀有植物保護(hù)☆三峽水利樞紐☆----存在的問題庫區(qū)清理漂浮物☆三峽水利樞紐☆----存在的問題

文物保護(hù)挖掘☆三峽水利樞紐☆----存在的問題

新灘滑坡水頭H:上下游水位差流量Q:水輪機(jī)引用流量出力N=9.81QHη(kW),η是水輪機(jī)的效率2水力發(fā)電基本原理兩個基本要素水電站建筑物：Q,H水輪機(jī)：N=9.81QHη，水能->旋轉(zhuǎn)機(jī)械能發(fā)電機(jī):旋轉(zhuǎn)機(jī)械能->電能1－水庫；2－進(jìn)水建筑物；3－引水隧洞；4－調(diào)壓室；5－壓力鋼管；6－發(fā)電機(jī)；7－水輪機(jī)；8－主閥；9－尾水渠水輪發(fā)電機(jī)組水電站系統(tǒng)系統(tǒng)圖水力發(fā)電的生產(chǎn)過程☆水力發(fā)電的優(yōu)點☆Hydropowerisfuelledbywater,soitisacleanandrenewablefuelsource.Hydropowerisgenerallyavailableasneeded;theflowofwaterthroughtheturbinescanbecontrolledtoproduceelectricityondemand,bestforthepeakdemand.Hydroelectricprojectshavealongusefullifeextendingover50years.Andthecostofgeneration,operationandmaintenanceoverlifetimeislow,andefficiencyishigh.Storagebasedhydroschemesoftenprovideattendantbenefitsofirrigation,floodcontrol,drinkingwatersupply,navigation,recreation,tourism,piscicultureetc.Thelocationinremoteregionsleadstothedevelopmentofbackwardareainland.按集中落差形成水頭的措施分為壩式水電站：用壩集中落差河床式：廠房也起擋水作用引水式水電站：用引水道集中水頭混合式水電站：同時采用筑壩和有壓引水道共同集中落差另外特殊水電站抽水蓄能電站：大規(guī)模儲蓄能量，抽水-發(fā)電潮汐電站：利用潮汐能發(fā)電3水電站基本類型水電站的基本類型-壩式壩后式水電站廠壩分縫,廠房不起擋水作用壩后式水電站1－水輪機(jī)；2－導(dǎo)流墻；3－主閥；4－廠房；5－閘門；6－攔河壩；7－溢流壩；8－攔污柵；9－壓力管道重力壩三峽水電站剖面圖總裝機(jī)2250萬kW潘家口水電廠，1臺15萬kW常規(guī)機(jī)組，3臺9萬kW抽水蓄能機(jī)組。位于河北省遷西縣灤河干流伊泰普水電站是目前世界第二大水電站，由巴西與巴拉圭共建，發(fā)電機(jī)組和發(fā)電量由兩國均分。裝有20臺70萬kW的水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)1400萬kW。伊泰普水電站位于巴西與巴拉圭之間的界河——巴拉那河（世界第五大河，年徑流量7250億立方米）上，伊瓜蘇市北12公里處。水電站的基本類型-河床式河床式水電站1－橋式吊車；2－主廠房；3－發(fā)電機(jī)；4－水輪機(jī)；5－蝸殼；6－尾水管；7－水電站廠房；8－尾水導(dǎo)墻；9－閘門；10－工作橋；11－溢流壩；12－攔河壩；13－閘墩河床式水電站廠房是擋水建筑物一部分河床式水電站壩后式水電站葛洲壩水電站最大水頭27m，最小水頭8.3m，設(shè)計水頭18.6m,2×17萬kW和19×12.5萬kW,共裝機(jī)21臺，總271.5萬千瓦，年平均發(fā)電量為141億度位于湖北宜昌市浙江桐廬富春江水電站，裝有4臺6萬kW和1臺5.72萬kW的水輪發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)29.72萬kW。上游是新安江水電站廣西橫縣郁江上的西津水電站，總裝機(jī)23.44萬kW，其中2臺單機(jī)容量為6萬kW，2臺單機(jī)容量為5.72kW。電站保證出力4.65萬kW，多年平均發(fā)電量為109.91kWh，兼有灌溉和航運(yùn)功能。湖北宜都清江高壩洲水電站，裝有3臺8.4萬kW的軸流式機(jī)組，總裝機(jī)25.2萬kW，年發(fā)電量8.98億kWh。水電站的基本類型-引水式無壓引水式水電站1－攔河壩；2－溢流壩；3－進(jìn)水閘；4－引水渠道；5－壓力前池；6－日調(diào)節(jié)池；7－壓力鋼管；8－廠房；9－泄水道；10－開關(guān)站；11－尾水渠無壓引水式水電站無壓引水式水電站有壓引水式水電站水電站的基本類型-引水式有壓引水道式西南地區(qū)大型水電站大多是引水式水電站水電站的基本類型-混合式同時采用筑壩和有壓引水道共同集中落差的開發(fā)方式稱為混合式開發(fā)。壩集中一部分落差后，再通過有壓引水道集中壩后河段上另一部分落差，形成了電站的總水頭混合式水電站和引水式水電站之間沒有明確的分界線，在工程實際中常將具有一定長度引水建筑物的混合式水電站統(tǒng)稱為引水式水電站，而較少采用混合式水電站這個名稱混合式水電站示意圖1－水庫；2－引水隧洞；3－壓力管道；4－廠房拱壩土石壩水電站的基本類型-抽水蓄能電站以一定水量作為能量載體，通過能量轉(zhuǎn)換向電力系統(tǒng)提供電能的一種特殊形式的水力發(fā)電站。抽水蓄能電站兼?zhèn)涑樗桶l(fā)電兩類設(shè)施。電力系統(tǒng)負(fù)荷低谷或豐水期，吸收低谷電能，將電能以位能型式儲存起來；電力系統(tǒng)負(fù)荷高峰或枯水期，將位能轉(zhuǎn)化為電能，向系統(tǒng)提供峰荷電能。作用：保證系統(tǒng)穩(wěn)定安全；調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用等；特點：水頭高、容量大、多為地下式、雙向水流；在負(fù)荷中心附近。抽水蓄能電站示意圖廣州抽水蓄能電站8×30萬KW廣州抽水蓄能電站8×30萬KW天荒坪抽水蓄能電站6×30萬KW羊卓雍湖抽水蓄能電站4×2.25萬KW,840m水頭水電站的基本類型-潮汐電站利用潮汐能發(fā)電多修建于海灣其工作原理是修建海堤，將海灣與海洋隔開，并設(shè)泄水閘和電站廠房，然后利用潮汐漲落時海水位的升降，使海水流經(jīng)水輪機(jī)，通過水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機(jī)組發(fā)電。漲潮時外海水位高于內(nèi)庫水位，形成水頭，這時引海水入灣發(fā)電；退潮時外海水位下降，低于內(nèi)庫水位，可放庫中的水入海發(fā)電。海潮每晝夜?jié)q落兩次，因此海灣每晝夜充水和放水也是兩次。潮汐水電站可利用的水頭為潮差的一部分，水頭較小，但引用的海水流量可以很大，是一種低水頭大流量的水電站潮汐水電站布置示意圖1－擋水壩；2－電站廠房法國朗斯電站波浪能發(fā)電洋流發(fā)電擋水建筑物用以攔截河流，集中落差，形成水庫的攔河壩、閘或河床式水電站的廠房等水工建筑物。如混凝土重力壩、拱壩、土石壩、堆石壩及攔河閘等。泄水建筑物用以宣泄洪水，供下游用水，放空水庫的建筑物。如開敞式河岸溢洪道、溢流壩、泄洪洞及放水底孔等。4水電站的組成建筑物進(jìn)水建筑物用以從河道或水庫按發(fā)電要求引進(jìn)發(fā)電流量的引水道首部建筑物。如有壓、無壓進(jìn)水口等。引水建筑物用以集中水頭，輸送流量到水輪發(fā)電機(jī)組或?qū)l(fā)電后的水排往下游河道的建筑物。如渠道、隧洞、壓力管道、尾水渠等。平水建筑物用以平穩(wěn)由于水電站負(fù)荷變化在引水或尾水系統(tǒng)中引起的流量及壓力的變化，保證水電站調(diào)節(jié)穩(wěn)定的建筑物。如有壓引水式水電站的調(diào)壓塔或調(diào)壓井，無壓引水式水電站渠道末端的壓力前池。廠區(qū)樞紐建筑物水電站廠區(qū)樞紐建筑物主要是指水電站的主廠房、副廠房、變壓器場、高壓開關(guān)站、交通道路及尾水渠等建筑物。這些建筑物一般集中布置在同一局部區(qū)域內(nèi)形成廠區(qū)。廠區(qū)是發(fā)電、變電、配電的中心，是電能生產(chǎn)的中樞進(jìn)水建筑物攔污柵兩道閘門通氣孔及充水閥引水建筑物壓力管道廠區(qū)樞紐建筑物主廠房副廠房主變室開關(guān)室(站)進(jìn)水建筑物攔污柵閘門兩道通氣孔及充水閥引水建筑物壓力引水道引水建筑物高壓管道引水建筑物尾水道廠區(qū)樞紐建筑物主廠房副廠房主變室開關(guān)室(站)平水建筑物調(diào)壓室進(jìn)水口隧洞調(diào)壓室地面式廠房壩后式廠房壩內(nèi)式廠房河床式廠房岸邊式廠房引水式廠房地下式廠房引水地下式壩旁地下式廠區(qū)樞紐5水電站廠房的分類和組成水電站廠房的5大系統(tǒng)（1）水流設(shè)備系統(tǒng)是指將水能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的水輪機(jī)及其進(jìn)出水設(shè)備系統(tǒng)，包括壓力管道、主閥（如蝴蝶閥）、水輪機(jī)引水室（如蝸殼）、水輪機(jī)、尾水管及尾水閘門等。（2）電流設(shè)備系統(tǒng)是指水電站進(jìn)行發(fā)電、變電、配電的電氣一次回路系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)及其主引出線、發(fā)電機(jī)母線、發(fā)電機(jī)中性點引出線、發(fā)電機(jī)電壓配電裝置（戶內(nèi)開關(guān)室）、主變壓器、高壓配電裝置（戶外開關(guān)站）及各種電纜等。（3）電氣控制設(shè)備系統(tǒng)是指操作、控制水電站運(yùn)行的電氣二次回路設(shè)備系統(tǒng)，包括機(jī)旁盤、勵磁設(shè)備、中央控制室的各種電氣設(shè)備，各種控制、監(jiān)測及操作設(shè)備等。這些控制及操作設(shè)備如各種互感器、表計、繼電器、控制電纜、自動及遠(yuǎn)動裝置、通訊及調(diào)度設(shè)備等直流系統(tǒng)。（4）機(jī)械控制設(shè)備系統(tǒng)是指操作、控制廠房內(nèi)水力機(jī)械的一系列設(shè)備系統(tǒng)，包括水輪機(jī)的調(diào)速設(shè)備（如接力器及操作柜）、事故閥門的控制設(shè)備，以及主閥、減壓閥、進(jìn)水口攔污柵和各種閘門的操作控制設(shè)備等。（5）輔助設(shè)備系統(tǒng)是指水電站安裝、檢修、維護(hù)、運(yùn)行所必需的各種電氣及機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)。包括廠用電系統(tǒng)（廠用變壓器、廠用配電裝置、直流電系統(tǒng)等）；油系統(tǒng)（透平油和絕緣油的存放、處理及流通設(shè)備等）；氣系統(tǒng)（高壓和低壓空氣壓縮機(jī)、貯氣筒、輸氣管及閥門等）；水系統(tǒng)（技術(shù)供水、生活供水、消防供水等供水系統(tǒng)以及滲漏和檢修排水等排水系統(tǒng)等）；起重設(shè)備（廠房內(nèi)外的橋式及門式起重機(jī)、各種閘門的啟閉機(jī)等）水電站的主廠房安裝場安裝、檢修機(jī)組段水輪發(fā)電機(jī)組上游副廠房主變室,GIS室副廠房主廠房6水輪發(fā)電機(jī)組-水電站心臟發(fā)電機(jī)水輪機(jī)蝸殼:引水導(dǎo)葉:調(diào)節(jié)流量轉(zhuǎn)輪:能量轉(zhuǎn)換尾水管:泄水

水輪機(jī)按工作原理可分為反擊式水輪機(jī)和沖擊式水輪機(jī)兩大類。

沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪受到水流的沖擊而旋轉(zhuǎn)，工作過程中水流的壓力不變，主要是動能的轉(zhuǎn)換；

反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪在水中受到水流的反作用力而旋轉(zhuǎn)，工作過程中水流的壓力能和動能均有改變，但主要是壓力能的轉(zhuǎn)換。水輪機(jī)的分類沖擊式示意圖反擊式示意圖根據(jù)水流特征、轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)特征和工作方式分類反擊式混流式軸流式斜流式貫流式軸流定槳式軸流轉(zhuǎn)槳式?jīng)_擊式水斗式（切擊式）斜擊式雙擊式可逆式混流式軸流式斜流式貫流式水輪機(jī)的分類高水頭混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪低水頭混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪混流式水輪機(jī)低水頭軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪高水頭軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪軸流式水輪機(jī)沖擊式實物圖1貫流式水輪機(jī)沖擊式水輪機(jī)斜流式式水輪機(jī)水輪發(fā)電機(jī)組總體結(jié)構(gòu)圖同步發(fā)電機(jī)交流電的產(chǎn)生交流電源頻率的測量

水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將決定發(fā)出的交流電的頻率，為保證這個頻率的穩(wěn)定，就必須穩(wěn)定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。為了穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，可采用閉環(huán)控制的方式對原動機(jī)（水輪機(jī)）轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，即將發(fā)出的交流電的頻率信號采樣，并將其反饋到控制水輪機(jī)導(dǎo)葉開合角度的控制系統(tǒng)中，去控制水輪機(jī)的輸出功率，通過反饋控制原理，就可以讓發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定了。

同步發(fā)電機(jī)機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子吊裝7思考題1、簡述水力發(fā)電基本原理2、水電站的組成建筑物3、水電站廠房的基本類型4、水輪機(jī)基本類型可再生能源發(fā)電技術(shù)第三講風(fēng)力發(fā)電要點風(fēng)能的利用風(fēng)力機(jī)的工作原理風(fēng)力資源評估風(fēng)力發(fā)電設(shè)備風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及裝置風(fēng)電場發(fā)展與規(guī)劃自制風(fēng)力發(fā)電機(jī)過程簡介歷史悠久，磨坊或提水太陽輻射到地球的熱能中約有2％被轉(zhuǎn)變成風(fēng)能全球風(fēng)能蘊(yùn)藏量約2.74×109MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107MW，比水能大10倍。1風(fēng)能的利用利用風(fēng)能的歷史我國是世界上最早利用風(fēng)能的國家之一，公元前數(shù)世紀(jì)我國人民就利用風(fēng)力碾米，提水，磨面，用風(fēng)帆推動船舶前進(jìn)。在國外，公元前2世紀(jì)，古波斯人就利用垂直軸風(fēng)車碾米；10世紀(jì)伊斯蘭人用風(fēng)車提水，11世紀(jì)風(fēng)車在中東獲得廣泛應(yīng)用；13世紀(jì)風(fēng)車傳至歐洲；14世紀(jì)成為歐洲不可缺少的原動機(jī)；到了18世紀(jì)，在北美洲風(fēng)力機(jī)被用于灌溉和驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。從1920年起，人們開始利用風(fēng)力機(jī)大規(guī)模發(fā)電。什么是風(fēng)能？風(fēng)能就是空氣流動產(chǎn)生的動能。風(fēng)能的大小取決于風(fēng)速和空氣的密度。風(fēng)能是由太陽輻射轉(zhuǎn)化而來的，風(fēng)能大約占太陽提供總能量的1%-2%。還有一部分被地球上的植物轉(zhuǎn)化為生物能。被轉(zhuǎn)化的風(fēng)能總量是生物能的50-100倍太陽能輻射是動力，赤道吸熱，兩級放熱，產(chǎn)生不均勻壓力驅(qū)動熱能交換，風(fēng)循環(huán)地球自轉(zhuǎn)影響、地形和建筑物的影響改變方向風(fēng)的形成地球大氣環(huán)流陸海風(fēng)形成山谷風(fēng)形成風(fēng)向指風(fēng)吹來的方向，如果風(fēng)是從西面吹來的，則稱為西風(fēng)。觀測陸地上的風(fēng)向，一般分16個方位（海上的風(fēng)向常采用32個方位），以正北為零，順時針每轉(zhuǎn)過22.5度為一個方位。

某風(fēng)向頻率=某風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)/風(fēng)向的總觀測次數(shù)×100%在一定的時間范圍內(nèi)，某風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)占各風(fēng)向出現(xiàn)總次數(shù)的百分比，稱作此風(fēng)向的風(fēng)向頻率，即風(fēng)速風(fēng)在單位時間內(nèi)所流過的距離稱為風(fēng)速。①瞬時風(fēng)速與平均風(fēng)速②起動風(fēng)速、切除風(fēng)速、有效風(fēng)速起動風(fēng)速是指能夠使風(fēng)力機(jī)開始轉(zhuǎn)動工作的風(fēng)速。切除風(fēng)速也稱上限風(fēng)速，大于這個風(fēng)速時，會導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)損壞。國內(nèi)風(fēng)力機(jī)常以3m/s為起動風(fēng)速，20m/s為切除風(fēng)速，把3-20m/s的風(fēng)速稱為有效風(fēng)速，據(jù)此值算出的風(fēng)能為有效風(fēng)能。③風(fēng)速頻率與風(fēng)速變幅在一定時間內(nèi)，相同風(fēng)速出現(xiàn)的時數(shù)占測量總時數(shù)的百分比，稱作該風(fēng)速頻率，即某風(fēng)速頻率=某風(fēng)速出現(xiàn)的時數(shù)/觀測風(fēng)速總時數(shù)×100%風(fēng)力等級表

注：本表所列風(fēng)速是指平地上離地10米處的風(fēng)速值風(fēng)能空氣流動形成的動能稱為風(fēng)能。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)換形式。風(fēng)具有的動能計算公式如下：已知空氣密度、斷面積、風(fēng)速及持續(xù)時間，流過的風(fēng)所具有的動能為：風(fēng)能功率和風(fēng)能密度在1s內(nèi)通過面積為A的空氣所具有的動能，稱為風(fēng)所具有的功率，以P表示風(fēng)能功率，則：含義：①風(fēng)能與空氣的密度成正比；②風(fēng)能與通過的面積成正比；③風(fēng)能與風(fēng)速的立方成正比。在1s內(nèi)通過1m2面積的風(fēng)所具有的動能，稱為風(fēng)能密度，以E0表示，則有效風(fēng)能對于風(fēng)力機(jī)的有效風(fēng)速為3~20m/s，一年內(nèi)通過1m2面積的有效風(fēng)能W1（Wh/m2）為：則有效風(fēng)能密度E（W/m2）為：風(fēng)能玫瑰圖

它是將各方位風(fēng)向頻率與相應(yīng)風(fēng)向的平均風(fēng)速立方數(shù)的乘積，按一定比例尺作出線段，分別繪制在16個方位上，再將線段端點連接起來，根據(jù)風(fēng)能玫瑰圖可以看出哪個方向的風(fēng)具有能量的優(yōu)勢。風(fēng)頻分布測風(fēng)儀和風(fēng)向標(biāo)全球風(fēng)電發(fā)展勢頭良好，截止到2011年底，全球風(fēng)電總裝機(jī)為2.38億kW，其中拉丁美洲、亞洲、非洲發(fā)展迅速，如中國、印度、巴西、墨西哥、南非等；歐洲發(fā)展相對平穩(wěn)，亮點在海上風(fēng)電，2011年新增100萬kW海上風(fēng)電，90%在歐洲，10%在亞洲，歐洲海上風(fēng)電總裝機(jī)381萬kW，主要位于北海、波羅的海、英吉利海峽（英國、德國、丹麥、葡萄牙、羅馬尼亞、波蘭、土耳其）2風(fēng)能發(fā)電利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源：GWEC，GlobleWindReport2011中國風(fēng)電裝機(jī)容量世界第一，截止到2013年6月，中國風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到67.49GW，占世界的1/4。2012年并網(wǎng)容量是60.83GW，其中內(nèi)蒙最大，其次是河北、甘肅、遼寧等。2009年以前，風(fēng)電規(guī)模小，主要是提升風(fēng)電技術(shù)水平和裝備制造能力；2009年開始，風(fēng)電裝備制造能力領(lǐng)先世界，具備開發(fā)千萬kW級大型風(fēng)電場的能力。中國風(fēng)電市場現(xiàn)狀（1）經(jīng)過5-6年的高速發(fā)展之后，風(fēng)電企業(yè)發(fā)展速度下降，效益下滑；（2）并網(wǎng)難和消納難的問題日益突出；（3）風(fēng)電裝備的質(zhì)量問題凸顯。必須過渡到穩(wěn)步發(fā)展時期，從重規(guī)模轉(zhuǎn)變到重效益，從重速度轉(zhuǎn)變到重質(zhì)量，從重裝機(jī)轉(zhuǎn)變到重電量。（華銳風(fēng)電、金屬科技、東方電氣、國電聯(lián)動）2012年中國風(fēng)電累計裝機(jī)排名前20的機(jī)組制造商阻力和升力風(fēng)就是流動的空氣，一塊薄平板放在流動的空氣中會受到氣流對它的作用力，這個力可分解為阻力與升力。圖F是平板受到的作用力，F(xiàn)D為阻力，F(xiàn)L為升力。阻力與氣流方向平行，升力與氣流方向垂直3風(fēng)力機(jī)工作原理按照風(fēng)能利用的方法可將風(fēng)力機(jī)分為阻力型風(fēng)力機(jī)和升力型風(fēng)力機(jī)。阻力型風(fēng)力機(jī)靠迎風(fēng)橫放的流面上的風(fēng)阻力作為驅(qū)動，最佳功率系數(shù)只有0.16，如荷蘭的風(fēng)車，轉(zhuǎn)速一般很?。ň€速度小于風(fēng)速）。按照風(fēng)能利用的方法可將風(fēng)力機(jī)分為阻力型風(fēng)力機(jī)和升力型風(fēng)力機(jī)。升力型風(fēng)力機(jī)主要靠空氣通過風(fēng)機(jī)的葉片后產(chǎn)生的升力拖動風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)動，理論最佳功率系數(shù)為0.593，葉片為翼形（線速度大于風(fēng)速）。翼型及其受力在與飛行器設(shè)計有關(guān)的空氣動力學(xué)中，升力是促使飛行器飛離地面的力，因而被稱為升力（由伯努利效應(yīng)產(chǎn)生）。當(dāng)攻角為0o時，升力最小。當(dāng)氣流方向與物體表面垂直時，物體受到的阻力最大。風(fēng)力機(jī)工作原理風(fēng)能利用系數(shù)風(fēng)力機(jī)能夠從風(fēng)中吸取的能量，與風(fēng)輪掃過面積內(nèi)的全部風(fēng)能(未受風(fēng)輪干擾時)之比，稱為風(fēng)能利用系數(shù)。根據(jù)Betz理論，風(fēng)能利用系數(shù)有理論最大值為0.593。風(fēng)能利用系數(shù)主要取決于風(fēng)輪葉片的設(shè)計（如攻角、槳距、翼型）以及制造水平，還和轉(zhuǎn)速有關(guān)。高性能的螺旋槳式風(fēng)力機(jī)，Cp值一般在0.45左右。葉尖速比葉片尖端旋轉(zhuǎn)速率與上游未受干擾的風(fēng)速之比，稱葉尖速比，常用字母λ來表示。風(fēng)能利用系數(shù)Cp與葉尖速比有關(guān)。當(dāng)取特定值時Cp值最大，稱之為最佳葉尖速比。定槳距風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié)風(fēng)輪葉片的槳距角固定不變，利用葉片的失速特性調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)的輸出功率。在額定風(fēng)速以下，吸收的能量隨流速上升而增加；當(dāng)超過額定風(fēng)速后，葉片翼型功角發(fā)生變化，葉片后側(cè)的氣流分離產(chǎn)生湍流，葉片效率急劇下降，輸出功率不隨風(fēng)速上升而增加。定槳距風(fēng)力機(jī)的風(fēng)功率捕獲控制完全依靠葉片的氣動性能，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低、同時具有較好的安全系數(shù)。缺點是難以對風(fēng)功率的捕獲進(jìn)行精確的控制。變槳距風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)槳距角改變?nèi)~片攻角，以改變?nèi)~片的風(fēng)能捕獲能力。低于額定風(fēng)速時，保持槳距角恒定，通過調(diào)速控制使風(fēng)力機(jī)運(yùn)行于最佳葉尖速，維持風(fēng)力機(jī)組在最佳效率下運(yùn)行。高于額定風(fēng)速時，調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)槳距角，使風(fēng)輪葉片的失速效應(yīng)加深，從而限制風(fēng)能的捕獲。變槳距功率調(diào)節(jié)可在高于額定風(fēng)速時保持穩(wěn)定的功率輸出，并且機(jī)組結(jié)構(gòu)受力相對較小。缺點是控制系統(tǒng)復(fù)雜，價格較高，容易損壞。吸收風(fēng)能，承受推力單位面積風(fēng)中的能量，與風(fēng)速的3次方成正比風(fēng)機(jī)吸收的能量（功率）風(fēng)力機(jī)工作原理風(fēng)力機(jī)尾流4世界風(fēng)力資源評估實際上陸地面積中風(fēng)力大于5m/s的地區(qū)，其中僅4％有可能安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。我國風(fēng)力資源豐富：陸上加海上總量約有7億至12億千瓦。主要分布：沿海及其島嶼地區(qū)風(fēng)能豐富帶：山東，江蘇，浙江，福建等；北部地區(qū)風(fēng)能帶：東三省，河北，寧夏，內(nèi)蒙，甘肅。我國風(fēng)能特點：1.風(fēng)能資源季節(jié)分布與水能資源的季節(jié)分布互補(bǔ)；2.風(fēng)力資源地理分布與電力負(fù)荷地理分布不匹配。我國風(fēng)力資源2022/10/21205中國有效風(fēng)功率密度分布圖.jpg風(fēng)能不存在環(huán)境污染的問題平均每安裝一臺1MW的風(fēng)力機(jī)每年可以減排2000t二氧化碳，10t二氧化硫和6t二氧化氮風(fēng)電技術(shù)日趨成熟，經(jīng)濟(jì)性日益提高，成本逐漸降低風(fēng)電場建設(shè)工期短，建設(shè)靈活，可以建立在交通不便的邊遠(yuǎn)地區(qū)和沿海島嶼風(fēng)能是一種綠色能源風(fēng)力發(fā)電特點及優(yōu)勢一種安全可靠的發(fā)電方式，隨著大型機(jī)組的技術(shù)成熟和產(chǎn)品商品化的進(jìn)程，風(fēng)力發(fā)電成本降低風(fēng)力發(fā)電不消耗資源、不污染環(huán)境，具有廣闊的發(fā)展前景建設(shè)周期一般很短，一臺風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸安裝時間不超過三個月，萬千瓦級風(fēng)電場建設(shè)期不到一年，而且即時投產(chǎn)裝機(jī)規(guī)模靈活，可根據(jù)資金多少來確定運(yùn)行簡單，可完全做到無人值守實際占地少，機(jī)組與監(jiān)控、變電等建筑僅占風(fēng)電場約1％的土地，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用對土地要求低，在山丘、海邊、河堤、荒漠等地形條件下均可建設(shè)在發(fā)電方式上還有多樣化的特點，既可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，也可和柴油發(fā)電機(jī)等級成互補(bǔ)系統(tǒng)或獨立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括兩大部分：

一部分是風(fēng)力機(jī)，由它將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；

另一部分是發(fā)電機(jī)，由它將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。5風(fēng)力發(fā)電設(shè)備風(fēng)力發(fā)電機(jī)按結(jié)構(gòu)形式及空間布置，可分為水平軸式或垂直軸式風(fēng)力發(fā)電設(shè)備特點：風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪軸與地面呈水平狀態(tài)，稱水平軸風(fēng)力機(jī)。組成：它一般內(nèi)風(fēng)輪增速器、調(diào)速器、調(diào)向裝置、發(fā)電機(jī)和塔架等部件組成，大中型風(fēng)力機(jī)還有自動控制系統(tǒng)。應(yīng)用：功率從幾十千瓦到數(shù)兆瓦，是日前最具有實際開發(fā)價值的風(fēng)力機(jī)。類型：有傳統(tǒng)風(fēng)車、低速風(fēng)力機(jī)及高速風(fēng)力機(jī)等3大類型?？蓞⒁娝捷S風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī)葉輪型式垂直軸風(fēng)力機(jī)特點：凡風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與地面呈垂直狀態(tài)的風(fēng)力機(jī)叫垂直抽風(fēng)力機(jī)形式有：如s型、H型、Ф型等。應(yīng)用：目前垂直軸風(fēng)力機(jī)尚未大量商品化，但是它有許多特點，如不需大型塔架、發(fā)電機(jī)可安裝在地面上、維修方便及葉片制造簡便等，研究日趨增多，各種形式不斷出現(xiàn)。各種形式的垂直軸風(fēng)力機(jī)。目前最新研究成果顯示其綜合效率可能高于水平軸，從而重新得到關(guān)注。垂直軸風(fēng)力機(jī)葉輪型式垂直軸風(fēng)力機(jī)葉輪型式(一)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)組成風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)械、電氣及控制設(shè)備的組合通常包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、變速器(小、微容量及特殊類型的也有不包括變速器的)及有關(guān)控制器和儲能裝置。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及裝置（二）調(diào)向機(jī)構(gòu)作用：用來調(diào)整風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與空氣流動方向相對位置的機(jī)構(gòu)。因為當(dāng)風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與氣流方向垂直時，也即是迎著風(fēng)向時，風(fēng)力機(jī)從流動的空氣中獲取的能量最大，因而風(fēng)力機(jī)的輸出功率最大，所以調(diào)向機(jī)構(gòu)又稱為迎風(fēng)機(jī)構(gòu)(國外通稱偏航系統(tǒng))。類型：小型水平軸風(fēng)力機(jī)常用的調(diào)向機(jī)構(gòu)有尾舵和尾車；風(fēng)電場中并網(wǎng)運(yùn)行的中大型風(fēng)力機(jī)則采用由伺服電動機(jī)。（三）發(fā)電機(jī)微型及容量在10kW以下的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，采用永磁式或自勵式交流發(fā)電機(jī)，經(jīng)整流后向負(fù)載供電及向蓄電池充電容量在l00kW以上的并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，則應(yīng)用同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)恒速恒頻的鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī)、變速恒頻的雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī)、變速變頻的直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)（四）升速齒輪箱作用：是將風(fēng)力機(jī)軸上的低速旋轉(zhuǎn)輸入轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)輸出，以便與發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的轉(zhuǎn)速相匹配(五)塔架水平抽風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要通過塔架將其置于空中，以捕捉更多的風(fēng)能。類型：即由鋼板制成的錐形筒狀塔架和由角鋼制成的桁架式塔架(六)控制系統(tǒng)組成：100kW以上的中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及1MW以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組皆配有由微機(jī)或可編程控制器(PLC)組成的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)控制、自檢和顯示功能控制系統(tǒng)主要功能：①按預(yù)先設(shè)定的風(fēng)速值(一般為3—4m／s)自動啟動風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并通過軟啟動裝置將異步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)②借助各種傳感器自動檢測風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)，包括風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)溫升、發(fā)電機(jī)輸出功率、功率因數(shù)、電壓、電流等以從齒輪箱軸承的油溫、液壓系統(tǒng)的油壓等③當(dāng)風(fēng)速大干最大運(yùn)行速度(一般設(shè)定為25m/s)時實現(xiàn)自動停機(jī)④故障保護(hù)⑤通過調(diào)制解調(diào)器與電話線連接水平軸中大風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本結(jié)構(gòu)獨立運(yùn)行獨立運(yùn)行小風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)組成風(fēng)力發(fā)電機(jī)、整流器、調(diào)節(jié)器、蓄電池、熱電阻、用戶獨立運(yùn)行的風(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，如需要交流電，則要加逆變器儲能系統(tǒng)：蓄電池儲能、抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、電解水制氫儲能等柴油發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行、大陽能光伏發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行（1）切換運(yùn)行，即有風(fēng)時由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組供電，有太陽光時由太陽能電池方陣供電，系統(tǒng)效率較低（2）同時運(yùn)行，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與太陽能電池方陣同時向蓄電池組充電，系統(tǒng)效率高作用：采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接，由電網(wǎng)輸送電能的方式應(yīng)用：10kW以上直至MW級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組皆可采用這種方式并網(wǎng)運(yùn)行又可分為兩種不同的方式：①恒速桓頻方式，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速不隨風(fēng)速的波動而變化，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，具有簡單可靠的優(yōu)點，但是對風(fēng)能的利用不充分。②變速恒頻方式，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的波動作變速運(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(yùn)行而在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組文撐結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)共振現(xiàn)象等問題。并網(wǎng)運(yùn)行截止2012年，世界上最大的風(fēng)力機(jī)直徑達(dá)到150m，容量為6MW，由德國西門子公司開發(fā)，在丹麥生產(chǎn)，安裝在英國海岸。英國Arup公司也設(shè)計了一種建于海面上的新型發(fā)電機(jī)，容量10MW。設(shè)計中的風(fēng)力機(jī)扇葉長達(dá)275m德國西門子公司開發(fā)，容量為6MW，直徑150m，纖維玻璃鋼葉片25t一片。風(fēng)電系統(tǒng)圖6風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電場是日前世界上風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行方式的基本形式。在風(fēng)能資源良好的地區(qū)，將幾十臺、幾百臺或幾千臺單機(jī)容量從數(shù)十kw、數(shù)百kw直至MW級以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按一定的陣列布局方式成群安裝而組成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)群體．稱為風(fēng)力發(fā)電場，簡稱風(fēng)電場。風(fēng)力發(fā)電場屬于大規(guī)模利用風(fēng)能的方式，其發(fā)出的電能全部經(jīng)變電設(shè)備送往大電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電場的選址1、考慮因素：風(fēng)電場場址選擇的最主要的因素是風(fēng)能資源、環(huán)境影響、道路交通及電網(wǎng)條件等許多出素。2、主要依據(jù)：風(fēng)力資源風(fēng)塔建設(shè)條件氣象數(shù)據(jù)地形地貌對居民影響風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排布作用：合理地選擇機(jī)組的排列方式，以減少機(jī)組之間的相互影響，風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的排列應(yīng)以風(fēng)電場內(nèi)可獲得最大的發(fā)電量來考慮。影響因素：主要受風(fēng)能分布、風(fēng)場地形和土地征用的影響。機(jī)組排列的最主要原則：是充分利用風(fēng)能資源，最大程度利用風(fēng)能。風(fēng)力發(fā)電場的經(jīng)濟(jì)效益評估風(fēng)電場容量系數(shù)即發(fā)電成本，是衡量風(fēng)力發(fā)電場經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量系數(shù)的計算方法為：風(fēng)能資源特性(主要是風(fēng)速頻率分布)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備的投資費(fèi)用、風(fēng)電場建設(shè)工程費(fèi)用、風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、建場投資回收方式及期限(指投資貸款利率、設(shè)備規(guī)定使用壽命及所要求的固定回收率等)某些部件進(jìn)口關(guān)稅、設(shè)備增值稅和設(shè)備保險所付出的費(fèi)用等。風(fēng)電場每kWh電能的發(fā)電成本的影響因素風(fēng)力發(fā)電場的安裝和調(diào)試風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行安裝方式靈活，既可以單機(jī)運(yùn)行，也可以組成風(fēng)力發(fā)電場機(jī)群運(yùn)行，采用何種運(yùn)行方式主要決定于風(fēng)場的建設(shè)條件；機(jī)組安裝簡單，單機(jī)安裝調(diào)試僅需5～7天的時間。主要工作包括：機(jī)組基礎(chǔ)建設(shè)（基礎(chǔ)鋼筋敷設(shè)、敷設(shè)接地網(wǎng)、混凝土澆筑和混凝土搗震）主要部件吊裝內(nèi)部線路連接機(jī)組系統(tǒng)調(diào)試我國風(fēng)電造價從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，全國風(fēng)電上網(wǎng)電價比常規(guī)水電和火電廠高出許多，新疆常規(guī)火電上網(wǎng)平均電價在0.25元/千瓦時左右，而風(fēng)電則平均達(dá)到0.6元/千瓦時以上。而風(fēng)電利用小時數(shù)約在2000至3000小時左右，僅為火電的一半。雖然風(fēng)電單位千瓦平均造價已從10000元降到8000元左右，但仍遠(yuǎn)高于火電的4000元/千瓦造價。建設(shè)一座裝機(jī)10萬千瓦的風(fēng)電場，約需8億元以上，而建設(shè)同樣規(guī)模的火電廠約為4至5億元。中國已建和在建風(fēng)電分布圖新能源發(fā)電技術(shù)----宋長華237風(fēng)電場3激勵風(fēng)電發(fā)展的政策2009年8月1日起按照風(fēng)能資源分地區(qū)制定了風(fēng)電的上網(wǎng)標(biāo)桿電價，對于經(jīng)營期（至少20年）是固定的，比特許權(quán)項目中標(biāo)電價有較大提高，相同價格數(shù)字也比按項目審批的電價有所提高，投資者可以自己判斷風(fēng)電項目的效益。風(fēng)電上網(wǎng)標(biāo)桿電價按地級市行政邊界分地區(qū)定為0.51、0.54、0.58和0.61元/kWh。為了補(bǔ)償風(fēng)電與火電之間的差價等用途，繼2006年在用戶消費(fèi)電價中征收每千瓦時1厘錢的可再生能源附加以后，2008年又加征了每千瓦時1厘錢。2009年11月20日將可再生能源電價附加標(biāo)準(zhǔn)提高到每千瓦時4厘錢。千萬千瓦風(fēng)電基地規(guī)劃建設(shè)千萬千瓦級風(fēng)電基地思路的提出和實施，落實了“建設(shè)大基地，融入大電網(wǎng)”的發(fā)展方針，保證“3%電量目標(biāo)”的實現(xiàn)。在中國北部區(qū)域，風(fēng)能資源非常豐富，土地遼闊，但是電力負(fù)荷小，電網(wǎng)薄弱，不能按照歐洲“分散上網(wǎng)，就地銷納”的模式發(fā)展，只能是“大規(guī)模-高集中-高電壓-遠(yuǎn)距離輸送”的模式，對電網(wǎng)企業(yè)是很大的挑戰(zhàn)，千萬千瓦風(fēng)電基地規(guī)劃在千萬千瓦級風(fēng)電基地規(guī)劃編制過程中，就要統(tǒng)籌考慮風(fēng)能資源、發(fā)電、輸電和負(fù)荷各個方面的問題。國家電網(wǎng)公司已于2008年3月開工建設(shè)蘭州-酒泉-瓜州的750千伏超高壓輸變電工程項目，千萬千瓦級風(fēng)電基地生產(chǎn)的大量清潔電能將通過這一輸電通道送往東部地區(qū)的電力負(fù)荷中心。千萬千瓦級風(fēng)電基地的規(guī)劃，將保證2020年1億千瓦風(fēng)電基地生產(chǎn)的2000億千瓦時電能輸出和銷納。Locationsof10GWsizewindpowerbase千萬千瓦風(fēng)電基地規(guī)劃甘肅酒泉地區(qū)第一個啟動的千萬千瓦風(fēng)電基地規(guī)劃，規(guī)劃建設(shè)9個風(fēng)電場，到2015年裝機(jī)容量1270萬千瓦，已進(jìn)入實施階段。2008年8月完成了380萬千瓦規(guī)模的風(fēng)電設(shè)備招標(biāo)工作，加上原來已建和在建風(fēng)電場項目，規(guī)模超過500萬千瓦。西北電網(wǎng)公司正在將750千伏超高壓線路延伸到酒泉風(fēng)電基地。按照年等效滿負(fù)荷小時數(shù)為2200來估算，2015年風(fēng)電上網(wǎng)電量約280億千瓦時。千萬千瓦風(fēng)電基地規(guī)劃新疆哈密地區(qū)風(fēng)能資源豐富、場址平坦，規(guī)劃在哈密東南部、三塘湖和淖毛湖3個區(qū)域建設(shè)風(fēng)電場，2020年達(dá)到1080萬千瓦。接入規(guī)劃建設(shè)的750kV變電所。需要開展接入系統(tǒng)輸電規(guī)劃、電力電量消納研究，調(diào)峰電源建設(shè)及抽水蓄能研究。按照年等效滿負(fù)荷小時數(shù)為2200來估算,2020年風(fēng)電上網(wǎng)電量約260億千瓦時。千萬千瓦風(fēng)電基地規(guī)劃河北省風(fēng)能資源豐富的地區(qū)，主要分布在張家口、承德地地區(qū)及東部沿海，包括潮間帶和近海。規(guī)劃2020年達(dá)到1200萬千瓦。位于京津唐電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的風(fēng)電場主要接入500kV電網(wǎng)運(yùn)行,沿海地區(qū)的風(fēng)電場并入地區(qū)220kV或110kV電網(wǎng)運(yùn)行。按照年等效滿負(fù)荷小時數(shù)為2200來估算,2020年風(fēng)電上網(wǎng)電量約264億千瓦時。千萬千瓦風(fēng)電基地規(guī)劃吉林西部風(fēng)能資源豐富的地區(qū)，主要在松源和白城等市，規(guī)劃到2020年達(dá)到2300萬千瓦。規(guī)劃擬新建10個500kV升壓站，將風(fēng)電送入吉林省和東北電網(wǎng)。按照年等效滿負(fù)荷小時數(shù)為2200來估算,2020年風(fēng)電上網(wǎng)電量約506億千瓦時。千萬千瓦風(fēng)電基地規(guī)劃內(nèi)蒙古自治區(qū)面積遼闊，