新能源發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3目錄能源的概念、分類與利用歷史能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電形式第一部分：緒論華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3能源的概念能源的分類能源利用歷史Ⅰ:

能源的概念、分類與利用歷史華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3一.能源的概念Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史

資源能源華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分類與利用歷史——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前和未來生存和生活狀況的自然因素和條件，

稱為資源。包括氣候資源、水資源、礦物資源、生物資源、能源，等等?！茉础茉淳褪悄軌蛳蛉祟愄峁┠撤N形式能量的自然資源及其轉(zhuǎn)換物，即能量的源泉，包括所有的燃料、流水、陽光、地熱、風等，通過適當?shù)霓D(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，流水和風力可以提供機械能，太陽的輻射可轉(zhuǎn)化為熱能或電能。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分類與利用歷史——能源的屬性——(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?；剂吓c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)濟性太差。標準煤：各種燃料的熱值是不同的，在統(tǒng)計能源的生產(chǎn)和消費時，常定義一種假想的標準燃料，即標準煤。標準煤的熱值為2.9×104kJ/kg。各種燃料均可按平均發(fā)熱量折算成標準煤。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史——能源的屬性——(2)開發(fā)費用和設備造價化石能源與核燃料，探、采、加工、運輸，需投入大量人力、物力。發(fā)電設備單位容量的初期投資較小。可再生能源，開發(fā)費用主要是開發(fā)能源的一次性投資，設備造價比較高；而運營費用很低。(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。太陽能、風能等可再生能源則不易保存，

能量供應也可能有波動性和間斷性。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分類與利用歷史——能源的屬性——(4)運輸費用與損耗運輸過程本身也要投資并消耗能源，遠距離運輸?shù)某杀竞蛽p耗會影響能源的使用。太陽能、風能、地熱能難以運輸。化石燃料可以運輸，但要考慮運輸?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。可再生能源大多對環(huán)境的影響較小。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分類與利用歷史——能源的屬性——(6)蘊藏量化石燃料等非再生能源，蘊藏量是有限的，總有用完的時候。太陽能、風能等可再生能源，可以循環(huán)使用，不斷的得到補充，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。能直接變成機械能和電能的能源（如水力和風能），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。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3二.能源的分類Ⅰ:

能源的概念、分類與利用歷史能源種類很多，通常按其形態(tài)特征或轉(zhuǎn)換與應用的層次等標準分類，具有多種分類方法華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:1.1能源的概念、分類與利用歷史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。簡單說，一次能源就是自然界中現(xiàn)成存在的天然能源。如煤炭、石油，及風能、地熱能等。為了滿足生產(chǎn)和生活的需要，有些能源通常需要經(jīng)過加工進行直接或間接的轉(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。如沼氣、酒精、汽油，以及蒸汽、氫能等。電能是最重要的二次能源。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史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、水流、波浪等形式體現(xiàn)的能量；②來自地球內(nèi)部的能源，主要是核能和地熱能；③地球與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。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史2.常規(guī)能源與新能源（按發(fā)展應用狀況）常規(guī)能源是指在當前的技術(shù)水平和利用條件下，已被人們廣泛應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。這類能源，使用較普遍，技術(shù)較成熟。新能源是指由于技術(shù)、經(jīng)濟或能源品質(zhì)等因素而未能大規(guī)模使用的能源，如太陽能、風能、海洋能、地熱、生物質(zhì)、氫能等。這類能源，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。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史常規(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)在有些國家已把它被歸為常規(guī)能源。有些能源雖然應用的歷史很長，但正經(jīng)歷著利用方式的變革，而那些較有發(fā)展前途的新型應用方式尚不成熟或規(guī)模還小，也被歸為新能源。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。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史新能源及主要特征新能源：技術(shù)上可行；經(jīng)濟上合理；環(huán)境和社會可以接受；能確保供應和替代常規(guī)化石能源的可持續(xù)發(fā)展能源體系。包含兩方面：新能源體系：可再生能源(風能、太陽能、生物質(zhì)能、水能、海洋能)和地熱能、氫能、核能新能源利用技術(shù)：高效利用能源、資源綜合利用、替代能源、節(jié)能等新技術(shù)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史“新”與“舊”的區(qū)別“新”與傳統(tǒng)的“舊”能源利用方式和能源系統(tǒng)相對立?！芭f”：以化石燃料為主的傳統(tǒng)能源利用形態(tài)；只強調(diào)轉(zhuǎn)換端效率，不注重能源需求側(cè)的綜合效率；只強調(diào)經(jīng)濟效益，不注重資源、環(huán)境代價的傳統(tǒng)理念。“新”：①高效利用能源；②資源綜合利用；③可再生能源；④替代能源；⑤節(jié)能。

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史3.非再生能源和可再生能源（按循環(huán)恢復能力）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），總有枯竭的一天。如化石燃料和核燃料均為非再生能源。據(jù)估計，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、風能、海洋能、地熱能和生物質(zhì)能，均為可再生能源。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史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)、地熱水和地熱蒸汽，等等。這類能源可以直接儲存和運輸。過程性能源是指隨著物質(zhì)運動而產(chǎn)生、并且僅以運動過程的形式存在的能源。如風、水、海潮、波浪、地熱等。這類能源無法直接儲存和運輸。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史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。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史一次能源可再生能源非再生能源來自地球以外天體的能量來自地球內(nèi)部的能量來自地球與其他天體相互作用產(chǎn)生的能量二次能源華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分類與利用歷史三.能源的利用歷史人類利用能源的歷史，也就是人類認識和征服自然的歷史華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史柴草時期煤炭時期石油時期常規(guī)能源向新能源的過渡華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史1.天然能源的原始利用幾十萬年以前人類學會了用火，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。后來逐漸學會將畜力、風力、水力等自然動力用于生產(chǎn)和交通運輸。這種初級形式的能源利用直到19世紀中期都沒有太大突破。在1860年的世界能源消費結(jié)構(gòu)中，薪柴和農(nóng)作物秸稈仍占能源消費總量的73.8%。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史2.煤炭2000多年以前人類就知道煤炭可以作為燃料。14世紀的中國、17世紀的英國采煤業(yè)都已相當發(fā)達，但煤炭長期未能在世界能源消費結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導地位。18世紀70年代，英國的瓦特發(fā)明以煤炭作燃料的蒸汽機。蒸汽機的廣泛應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結(jié)構(gòu)中所占的比重，從1860年的25％，上升到1920年的62％。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史3.石油人類很早就發(fā)現(xiàn)了石油，《漢書》、《夢溪筆談》有描述。直到19世紀，石油工業(yè)才逐漸興起。1854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。1886年德國人本茨和戴姆勒研制出第一輛以汽油為燃料、由內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車，進入大規(guī)模使用石油的汽車時代。石油和天然氣逐漸取代煤炭，在世界能源消費構(gòu)成中占據(jù)主要地位。1965年，在世界能源消費結(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，石油所占的比重達到54%，相當于煤炭的三倍。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分類與利用歷史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備。從此以后，電力的應用領(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，進一步推動工業(yè)革命，帶來了巨大的技術(shù)進步。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史5.核能和可再生能源1942年美國建立世界上第一座核反應堆，1954年前蘇聯(lián)建成世界第一座發(fā)電的反應堆并正式啟用，1956年美國的核電站投入運行，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。進入21世紀以來，太陽能、風能、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)模化，所占的比重也有望大幅度提高，為人類解決能源和環(huán)保問題開辟了新的天地。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分類與利用歷史熱能（最成熟的利用方式）電能（最廣泛的利用方式）氫能（最期待的利用方式）華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略常規(guī)能源對環(huán)境的影響我國的能源格局與結(jié)構(gòu)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略一.常規(guī)能源對環(huán)境的影響大氣污染、酸雨、溫室效應…，常規(guī)能源對環(huán)境具有多方面的巨大影響。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略一.常規(guī)能源對環(huán)境的影響1.大氣污染化石燃料的利用過程會產(chǎn)生CO、SO2、NOx等有害氣體，不僅能導致生態(tài)系統(tǒng)的破壞，還會直接損害人體健康。在很多國家和地區(qū)，因大氣污染造成的直接和間接損失已經(jīng)相當嚴重。2.酸雨SO2、NOx等污染物，經(jīng)大氣傳輸，在一定條件下形成酸雨，危害農(nóng)作物和森林生態(tài)系統(tǒng)，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，腐蝕材料，造成重大經(jīng)濟損失。酸雨還導致地區(qū)氣候改變。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略一.常規(guī)能源對環(huán)境的影響3.溫室效應大氣中CO2的濃度增加，地表平均溫度將上升，尤其在極地，結(jié)果可能導致海平面上升，將給許多國家造成嚴重的經(jīng)濟和社會影響。由于大量化石能源的燃燒，大氣中CO2濃度不斷增加。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略一.常規(guī)能源對環(huán)境的影響4.其它影響若再考慮能源開采、運輸和加工過程中的不良影響，

則造成損失將更為嚴重。如煤炭開采會有人員傷亡和土地塌陷。核能的利用雖然不會產(chǎn)生上述污染物，但存在核廢料問題。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，放射性的危害或風險將持續(xù)幾百年。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略二.我國的能源格局與結(jié)構(gòu)煤多油少、效率低下、污染嚴重、人均能源嚴重不足是我國能源格局的基本特點華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略二.我國的能源格局與結(jié)構(gòu)

1.煤多油少

我國是世界上最大煤炭生產(chǎn)和消費國，占世界煤產(chǎn)量的1/4。煤多油少是中國能源儲存結(jié)構(gòu)的基本特點，這種結(jié)構(gòu)到今后20年，甚至到本世紀中葉，我以煤為主的能源結(jié)構(gòu)將不會改變。在能源生產(chǎn)與消費中，以煤炭為主要能源直接進行燃燒，因燃燒工藝落后，燃燒不充分，造成環(huán)境污染嚴重、效率低下、浪費驚人。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略二.我國的能源格局與結(jié)構(gòu)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略二.我國的能源格局與結(jié)構(gòu)中國與世界一次能源消費結(jié)構(gòu)比較（2004年）

（美國數(shù)據(jù)為2001年）華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3年份占能源消費總量的比重/%煤炭石油天然氣水電、核電、風電198072.220.73.14198575.817.12.24.9199076.216.62.15.1199574.617.51.86.1200067.823.22.46.7200166.722.92.67.9200266.323.42.67.7200368.422.22.66.820046822.32.67.1200569.1212.87.1200669.420.437.2中國一次能源消費結(jié)構(gòu)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略二.我國的能源格局與結(jié)構(gòu)

2.石油安全預計到2020年我國石油的對外依存程度將達到60%。我國的能源安全尤其是石油安全問題日趨嚴峻。

3.煤煙型污染嚴重煤煙型污染給生態(tài)環(huán)境帶來嚴重的問題，占大氣污染的70%以上。新能源開發(fā)與替代、煤炭燃燒污染控制技術(shù)、煤炭深度加工技術(shù)、先進火力發(fā)電技術(shù)必須推廣、重視。

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4.人均能源資源不足

中國是一個能源大國，在能源結(jié)構(gòu)中煤炭儲量最為豐富，僅次于俄羅斯、美國。但是，中國又是一個能源貧國，中國的人均能源資源占有量為全世界人均水平的1/2，僅為美國人均水平的1/10。

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略三.可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略發(fā)展新能源是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基本要求和關(guān)鍵內(nèi)容。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略三.可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略1.可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出世界人口從1900年到目前，凈增加了2倍多，而能源消耗增加了16倍，說明人類對能源的依賴越來越強烈。目前化石能源在世界能源消費結(jié)構(gòu)中所占的比重仍然很高。如果沒有新的替代能源充分發(fā)展，按目前的消耗情況估算，

21世紀人類又將面臨著新的能源危機。另一方面，人類大量使用化石燃料，環(huán)境污染日益嚴重，生態(tài)平衡慘遭破壞，直接危及人類的生存和發(fā)展。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略三.可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合國世界環(huán)境與發(fā)展委員會完成調(diào)查報告《我們共同的未來》，提出了可持續(xù)發(fā)展概念。這一概念及其構(gòu)想在1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會上得到世界一百多個國家的認同。可持續(xù)發(fā)展就是“滿足當代人的需求，又不損害子孫后代滿足其需求能力的發(fā)展”。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略三.可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略2.新能源戰(zhàn)略與政策美國：2007年，布什總統(tǒng)簽署新的能源法案，資助可再生能源的

研究和開發(fā)。2009年，奧巴馬政府提出能源新政，大力發(fā)展清潔能源，

每年撥款……，鼓勵可再生能源利用。歐洲：1997年可再生能源發(fā)展白皮書。2000年能源安全綠皮書。2003生物液體燃料發(fā)展規(guī)劃，2005年生物質(zhì)能發(fā)展行動計劃。2006

建立歐洲可持續(xù)、可競爭、安全的能源戰(zhàn)略綠皮書。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略三.可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略2.新能源戰(zhàn)略與政策1995年《電力法》明確宣布，國家鼓勵和支持利用可再生能源和清潔能源來發(fā)電。強調(diào)指出，農(nóng)村利用太陽能、風能、地熱能、生物質(zhì)能和其他能源進行農(nóng)村電力建設，增加農(nóng)村電力供應，將得到國家的支持和鼓勵。1997年《節(jié)約能源法》再次肯定了新能源對于節(jié)能減排、改善環(huán)境的重要戰(zhàn)略作用和地位。一些地方政府也制定并出臺了關(guān)于新能源和可再生能源的法律、法規(guī)和條例。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略三.可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略2.新能源戰(zhàn)略與政策

在2006年初，我國正式頒布了《可再生能源法》，即將陸續(xù)出臺一系列鼓勵政策與配套措施。這標志著可再生能源的利用已進入法制化、規(guī)范化和可持續(xù)發(fā)展的新階段，并將迸發(fā)超前的活力，為中國能源事業(yè)的發(fā)展、為國民經(jīng)濟與社會事業(yè)的繁榮再添輝煌。未來，我國將以水電、沼氣發(fā)電、秸桿發(fā)電、太陽能供熱等常規(guī)清潔能源轉(zhuǎn)換成熟技術(shù)和風電、光伏發(fā)電、燃料電池、微燃機組熱——電聯(lián)產(chǎn)分布供電等具有大規(guī)模發(fā)展?jié)摿Φ男录夹g(shù)為重點。

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略三.可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略2.新能源戰(zhàn)略與政策國家中長期發(fā)展規(guī)劃，特別提到風電等可再生能源：通過大規(guī)模開發(fā)，促進技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)設備制造國產(chǎn)化，盡快使風電具有市場競爭力；在沿海地區(qū)和“三北”地區(qū)建設大型和特大型風電場,在其他地區(qū)，因地制宜發(fā)展中小型風電場。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅱ:能源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略2009年《新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃(草案)》提出新能源發(fā)電2020年的裝機目標：風電……億千瓦，太陽能發(fā)電……萬千瓦。胡錦濤總書記“大力推進節(jié)能減排，積極開發(fā)新能源，這是貫徹落實科學發(fā)展觀、促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重大舉措”。溫家寶總理在人大十一屆三次政府工作報告中明確指出：“要積極應對氣候變化。大力開發(fā)低碳技術(shù)，推廣高效節(jié)能技術(shù)，積極發(fā)展新能源和可再生能源，加強智能電網(wǎng)建設”。三.可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略2.新能源戰(zhàn)略與政策華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢概述風電光伏生物質(zhì)發(fā)電海洋能發(fā)電地熱發(fā)電華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢一.概述2010年可再生能源發(fā)電裝機大約占2010年歐盟電力新增裝機的41%，占總計55363MW的新增電力裝機中的22645MW。根據(jù)美國WorldwatchInstitute發(fā)布的《2010-2011年世界核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況報告》，2010年可再生能源技術(shù)總投資達到2430億美元。2010年，全球累計可再生能源裝機達381吉瓦，其中風力發(fā)電193吉瓦、生物質(zhì)能發(fā)電和垃圾發(fā)電65吉瓦、太陽能發(fā)電43吉瓦等，超過核電375吉瓦的總裝機規(guī)模。在可再生能源蓬勃發(fā)展的當口，突發(fā)了福島核泄漏事故，而且目前危機尚在繼續(xù)。這一事件無疑令可再生能源發(fā)展動力更足，速度更快，遠超核電。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢2007年初，歐盟提出的發(fā)展目標要求到2020年，可再生能源消費占到全部能源消費的20％，可再生能源發(fā)電量占到全部發(fā)電量的30％。美國、日本、澳大利亞、印度、巴西等國也制定了明確的可再生能源發(fā)展目標，引導可再生能源的發(fā)展。國家發(fā)改委已制定公布的2020可再生能源目標規(guī)定，可再生能源發(fā)電到2015年占電力總消費的比例為11.4%，到2020年還將提高至15%。最近20多年來，大多數(shù)可再生能源技術(shù)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模、經(jīng)濟性和市場化程度逐年提高，預計在2010－2020年間，大多數(shù)可再生能源技術(shù)可具有市場競爭力，在2020年以后將會有更快的發(fā)展，并逐步成為主導能源。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢根據(jù)《新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，預計到2020年，中國新能源發(fā)電裝機2.9億千瓦，約占總裝機的17％。其中，核電裝機將達到7000萬千瓦，風電裝機接近1.5億千瓦，太陽能發(fā)電裝機將達到2000萬千瓦（即20GW），生物質(zhì)能發(fā)電裝機將達到3000萬千瓦。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢二.風電2010年底，全球風電總裝機容量達199,520兆瓦，發(fā)電量超過4099億千瓦時，占世界電力總發(fā)電量的1.92%。2008年和2009年全球年裝機容量分別增加42%和35%，而2010年年度裝機增長率僅為3%。受金融危機的影響，2010年年度裝機增長率僅為3%。2010年美國風電裝機新增下滑最厲害，歐洲保持平穩(wěn)增長。中國、印度等新興市場顯示出強大的生命力。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢二.風電經(jīng)過2010年的轉(zhuǎn)折，最大風電國家市場的排名發(fā)生了變化：中國以18,928兆瓦的新增裝機容量穩(wěn)居第一位，并且創(chuàng)造了單個國家年度新增裝機容量的世界紀錄；美國以5,115兆瓦的新增裝機容量位列第二；第三名是印度，新增裝機容量2,139兆瓦。在歐洲，德國、英國和西班牙成為排名前三的歐洲國家，每個國家的新增裝機容量大約是1,500兆瓦。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢二.風電從2005年開始，中國的風電總裝機連續(xù)5年實現(xiàn)翻番。2009年，中國以2580萬千瓦的總累計裝機容量超過德國，成為世界第二，但與排名第一的美國仍有近1000萬千瓦的差距。截至2010年底，中國全年風力發(fā)電新增裝機達1600萬千瓦，累計裝機容量達到4182.7萬千瓦，首次超過美國，躍居世界第一?！吨袊L電發(fā)展報告2010》預測：2020年，中國風電累計裝機可以達到2。3億千瓦，相當于13個三峽電站；總發(fā)電量可以達到4649億千瓦時，相當于取代200個火電廠。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢二.風電“十二五”將加快海上風電投資，預計2020年海上風電裝機容量將超過3200萬千瓦。

上網(wǎng)瓶頸是風電發(fā)展的最大障礙，也是急需解決的問題，我國電網(wǎng)“十二五”期間風電并網(wǎng)目標是9000萬千瓦。日本核電危機后，我國核電政策偏緊，水電的規(guī)劃目標已經(jīng)被充分挖掘，風電和光伏是最有可能彌補核電缺位的清潔能源，風電與光伏將“臨危受命”，得到更大的發(fā)展空間。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢全球風電累計裝機容量

全球風電裝機的區(qū)域分布

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢我國的風電裝機情況

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢三.光伏全球范圍來看，2010年預計全球太陽能電池產(chǎn)量達15.8G瓦，同比增長48.2%；完成太陽能發(fā)電裝機容量12.5G瓦，同比增長58.2%。2010年中國光伏太陽能電池產(chǎn)量將達到8G瓦，占世界生產(chǎn)總量的50%，居世界首位。而2009年該比例為40%。

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢三.光伏2009年光伏市場同比增長了15%，總裝機容量更是增長了45%，至22.9吉瓦。2010年全球新增太陽能光伏裝機容量為16GW,是上年新增容量的兩倍。目前光伏裝機主要集中在歐洲、美國、日本，歐洲仍是全球光伏應用市場主導者，德國累計光伏安裝量世界第一。中國是眾所周知的光伏產(chǎn)品制造大國，但在世界應用市場上卻排不上名次。中國2010年光伏發(fā)電市場裝機量預計約380兆瓦，僅占全球總裝機量3%。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢三.光伏歐洲光伏工業(yè)協(xié)會（EPIA）預計，全球2014年光伏裝機容量單年可突破30吉瓦。中國2009年能源戰(zhàn)略顯示，預計2020年實現(xiàn)光伏發(fā)電裝機容量20吉瓦的目標。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢四.生物質(zhì)發(fā)電在“生物質(zhì)技術(shù)路線圖”中，美國計劃到2020年，生物燃油取代全國燃油消費量的10%，生物基產(chǎn)品取代石化原料制品的25%。到2050年，生物質(zhì)能源占總能耗的50%。歐盟委員會在“歐盟能源發(fā)展戰(zhàn)略綠皮書”中指出，2015年生物質(zhì)能將由目前占總能源消費量的2%左右提高到15%，到2020年生物質(zhì)燃料將替代20%的化石燃料。2020-2050年，生物質(zhì)將逐漸成為主要能源之一。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢四.生物質(zhì)發(fā)電2000年－2007年，全球生物燃料（包括生物柴油）的產(chǎn)量從1440萬噸增加到4800萬噸，但占運輸燃料總消耗比重仍不到3％。截至2004年，世界生物質(zhì)發(fā)電裝機已達3900萬千瓦，年發(fā)電量約2000億千瓦時，可替代7000萬噸標準煤。有關(guān)資料顯示，到2020年，西方工業(yè)國家15%的電力將來自生物質(zhì)發(fā)電，而目前比例為1%。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢四.生物質(zhì)發(fā)電根據(jù)《新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，預計到2020年，中國生物質(zhì)能發(fā)電裝機將達到3000萬千瓦。最近還有券商研究所認為，到2020年，生物質(zhì)發(fā)電裝機將超預期，有可能達到1億千瓦，總投資將達6000億元。截至2010年底，生物質(zhì)發(fā)電裝機約550萬千瓦。生物質(zhì)發(fā)電全國總裝機水平低，未來5到10年發(fā)展空間超預期的可能性大。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢四.生物質(zhì)發(fā)電華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢四.生物質(zhì)發(fā)電華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢五.海洋能發(fā)電英國從70年代以來，鼓勵發(fā)展包括海洋能在內(nèi)的多種可再生能源，加強了對海洋能源的開發(fā)利用，把波浪發(fā)電研究放在新能源開發(fā)的首位。日本在海洋能開發(fā)利用方面十分活躍，成立了海洋能轉(zhuǎn)移委員會，在海洋熱能發(fā)電系統(tǒng)和換熱器技術(shù)上領(lǐng)先于美國，取得了舉世矚目的成就。美國1979年在夏威夷島西部沿岸海域建成一座溫差發(fā)電裝置，其額定功率50kW，凈出力18.5kW，是世界上首次從海洋溫差能獲得具有實用意義的電力。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢五.海洋能發(fā)電法國早在60年代就投入巨資建造了至今仍是世界上容量最大的潮汐發(fā)電站，裝機容量24萬kW，年發(fā)電量5億kWH的朗斯潮汐電站。歐洲海洋能協(xié)會出爐了一個新的2050年歐洲海洋能發(fā)展路線圖。路線圖中清晰地指出，到2050年，歐洲的波浪能和潮汐能發(fā)電可以滿足歐洲15%的能源需求。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢五.海洋能發(fā)電我國潮汐能的蘊藏量是非常豐富的，至少約有1．9億多千瓦，占世界總蘊藏量的15％左右，可供開發(fā)的年發(fā)電量達800多億度。其中，渤海3000萬千瓦，黃海5500萬千瓦，東海7400萬千瓦，南海4000萬千瓦。錢塘江的潮汐能約在700萬千瓦以上，著名的錢塘江大潮，潮差高達9米，如用來發(fā)電，發(fā)電能力幾乎等于三門峽水電站的50％。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅲ:

新能源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢五.海洋能發(fā)電中國海洋石油總公司、華能集團公司、大唐集團公司、國電龍源集團公司等國內(nèi)常規(guī)能源集團公司已開始關(guān)注海洋能，并且杭州和廣州已創(chuàng)立了三家參與海洋能開發(fā)的民營公司。海洋能開發(fā)預期在2-3年內(nèi)建成海島多能互補獨立供電系統(tǒng)（l00kW級）1-2個，3-5年內(nèi)建成l00kW級的波浪能和潮流能實用化電站，10年內(nèi)研建中型（萬千瓦級）潮汐電站1-2座。2020年前我國海洋能開發(fā)的總裝機容量有望達到或超過20萬kW。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:

能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)新能源發(fā)電方式華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式一.能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)各種能量形式通過一定的設備和系統(tǒng)實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換，能量轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換設備是能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的核心內(nèi)容。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式一.能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式1.

能量轉(zhuǎn)換過程與設備能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)石油、煤炭、天然氣等礦物燃料氫和酒精等二次能源化學能熱能化學能熱能機械能化學能熱能機械能電能化學能電能熱能化學能電能爐子、燃燒器各種熱力發(fā)動機熱機、發(fā)電機，磁流體發(fā)電，EGD發(fā)電（壓電效應）熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電燃料電池華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)水力、風力、潮汐、海流、波浪太陽能機械能機械能機械能機械能電能光能熱能光能熱能機械能電能光能熱能電能光能電能光能化學能光能生物能電磁波電能水車、風車。水輪機——發(fā)電機，波力發(fā)電、風力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海流發(fā)電熱水器，采暖、制冷、光化學反應，太陽灶太陽熱發(fā)動機太陽熱發(fā)電熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池、光化學電池光化學反應（水分解）光合成華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)核能核分裂熱能機械能電能核分裂熱能核分裂熱能電能核分裂電磁能電能核聚變熱能機械能電能電能光（激光）熱能電能熱能聚變核發(fā)電，磁流體發(fā)電核能煉鋼熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池核聚變發(fā)電1.

能量轉(zhuǎn)換過程與設備華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式2.熱能的產(chǎn)生

燃料燃燒核能轉(zhuǎn)換太陽能轉(zhuǎn)換地熱電能轉(zhuǎn)換華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式2.熱能的產(chǎn)生華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式2.熱能的產(chǎn)生燃燒設備鍋爐工業(yè)爐窯化學能

熱能華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式3.機械能的產(chǎn)生華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式3.機械能的產(chǎn)生熱機效率內(nèi)燃機

——往復運動熱機燃氣輪機

——外燃式熱機蒸汽輪機

——將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機械功的熱機燃燒室發(fā)電機燃料空氣廢氣華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式3.機械能的產(chǎn)生華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式4.電能的產(chǎn)生機械能發(fā)電機華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式4.電能的產(chǎn)生機電轉(zhuǎn)換發(fā)電機渦輪機華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式4.電能的產(chǎn)生熱電轉(zhuǎn)換磁流體發(fā)電熱電偶溫差發(fā)電熱電子發(fā)電華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式4.電能的產(chǎn)生化電轉(zhuǎn)化－電化學電池燃料電池

燃料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。用于電動自行車的金屬儲氫裝置華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式二.新能源發(fā)電方式新能源發(fā)電是最重要的新能源開發(fā)方式，包括風電、光伏、燃料電池發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、海洋能發(fā)電……華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式二.新能源發(fā)電方式1.風力發(fā)電系統(tǒng)

從能量轉(zhuǎn)換的角度來看，風力發(fā)電機組包括兩大部分：風力機:

由它將風能轉(zhuǎn)換為機械能；發(fā)電機:

由它將機械能轉(zhuǎn)換為電能。風力機在結(jié)構(gòu)型式上分水平軸式與垂直軸式。水平軸式垂直軸式華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式風力發(fā)電系統(tǒng)是將風能轉(zhuǎn)換為電能，由機械、電氣及控制３大系統(tǒng)組合構(gòu)成。包括風輪（風力機）、發(fā)電機、變速器及有關(guān)控制器和儲能裝置。

1.風力發(fā)電系統(tǒng)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式1.風力發(fā)電系統(tǒng)獨立運行的風力發(fā)電機組

又稱離網(wǎng)式風力發(fā)電機組，是把風力發(fā)電機組輸出的電能經(jīng)蓄電池蓄能，再供應用戶使用。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式儲能方式：蓄電池蓄能(主要）

——在風力發(fā)電系統(tǒng)中，多采用鉛酸蓄電池和堿性蓄電池作為存儲電能的裝置。抽水蓄能——地形條件合適壓縮空氣儲能飛輪儲能電解水制氫儲能華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式海島上的獨立運行風力發(fā)電機華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式并網(wǎng)運行的風力發(fā)電機組恒速恒頻方式

——風力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速不隨風速的波動而變化，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。采用籠形異步發(fā)電機。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式恒速發(fā)電的特點：電氣系統(tǒng)簡單，可適合于在野外缺少維護的環(huán)境下工作。轉(zhuǎn)速不變，輸出功率和轉(zhuǎn)速的控制全靠傾角控制完成，要求傾角控制響應快，動作次數(shù)多，調(diào)節(jié)機構(gòu)易疲勞損壞；強陣風來時，轉(zhuǎn)速不變，機械承受應力大，要求堅固，所以又稱“剛性”風力發(fā)電。適用于小功率風電系統(tǒng)，通常不大于600kW。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式并網(wǎng)運行的風力發(fā)電機組變速恒頻方式

——風力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速隨風速的波動作變速運行，但仍輸出恒定頻率的交流電。采用同步發(fā)電機采用異步發(fā)電機華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式直驅(qū)式風力發(fā)電機雙饋式風力發(fā)電機華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式變速發(fā)電的特點：在不同風速下，渦輪機都工作在最高效率點，提高效率10%；減小發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩脈動和機械承受的應力，減輕機械強度要求，又稱“彈性”風力發(fā)電；電磁轉(zhuǎn)矩脈動小，發(fā)出電力的波動小，提高發(fā)電質(zhì)量；在強風來時傾角控制器才工作，對傾角控制的響應速度大大降低、動作次數(shù)顯著減少、機構(gòu)壽命得以延長。適用于大功率發(fā)電場合，通常大于1000kW。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式二.新能源發(fā)電方式2.光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電是指利用光伏電池板將太陽光輻射能量轉(zhuǎn)換為電能的直接發(fā)電形式，典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏陣列、蓄電池組、控制器、電力電子變換器、負載等構(gòu)成。

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

光伏陣列

實際的光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)用戶需求，將若干個光伏電池組件經(jīng)串并聯(lián)排列組成光伏陣列，滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓和電流的需要。光伏電池組件的串聯(lián)，要求所串聯(lián)組件具有相同的電流容量；光伏電池的并聯(lián)，要求所并聯(lián)組件具有相同的電壓等級。

1個光伏電池額定輸出電壓大約為0.45V.

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成蓄電池組作為電能存儲環(huán)節(jié)，通過充電控制器實現(xiàn)對蓄電池組的充放電（太陽能電池陣列――蓄電池組的充電、蓄電池組――負載的放電）雙向變換控制。電力電子變換器電力電子變換器實現(xiàn)DC－AC或DC－DC電能變換，是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

控制器

光伏發(fā)電系統(tǒng)中的控制器實現(xiàn)系統(tǒng)的總體控制。功能包括：太陽能最大功率點控制（MPPT）蓄電池充放電控制光伏直流輸電升降壓變換控制逆變器控制等負載

終端電能消耗設備，通過消耗電能作功，將電能再次轉(zhuǎn)換成其他形式的能量。

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類

按電力系統(tǒng)終端供電模式分為孤立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)

——獨立用戶安裝的為自身供電的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)

由太陽能電池陣列、變換器（斬波器、逆變器）和控制器組成。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式二.新能源發(fā)電方式3.燃料電池發(fā)電系統(tǒng)分類：固定式的燃料電池汽車專用移動式燃料電池特點：低噪聲；變換效率高，對環(huán)境的污染幾乎為零；體積小，使用方便；能使用多種燃料發(fā)電，可以代替火力發(fā)電。

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)燃料重整系統(tǒng)空氣供應系統(tǒng)控制系統(tǒng)DC/AC變換系統(tǒng)剩氣循環(huán)系統(tǒng)排熱回收系統(tǒng)燃料空氣電力熱輸出（高溫燃料電池）華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式燃料重整系統(tǒng)――將得到的燃料轉(zhuǎn)化為燃料電池能使用的以氫為主要成分的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；空氣供應系統(tǒng)――可以使用電動機驅(qū)動的送風機或空氣壓縮機；DC/AC變換系統(tǒng)――直流到交流的逆變裝置；排熱回收系統(tǒng)――用于回收燃料電池發(fā)電時產(chǎn)生的熱能；控制系統(tǒng)――燃料電池發(fā)電時的起動、停止、運行、外接負載等的控制裝置；剩余氣體循環(huán)系統(tǒng)――在高溫燃料電池發(fā)電裝置中，由于燃料電池排熱溫度高，因此安裝可以使用蒸汽輪機與燃氣輪機剩余氣體的循環(huán)系統(tǒng)。

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2011.5.3Ⅳ:能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與新能源發(fā)電方式燃料電池的分類按電解質(zhì)性質(zhì)分：堿性燃料電池（AlkalineFuelCell－AFC）質(zhì)子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell－PEMFC）磷酸燃料電池（PhosphoricAcidFuelCell－PAFC）熔融碳酸鹽燃料電池（MoltenCarbonateFuelCell－MCFC）固態(tài)氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell－SOFC）按工作溫度分：低溫燃料電池（AFC、PEMFC、PAFC）高溫燃料電池（MCFC、SOFC）按開發(fā)早晚順序：把PAFC稱為第一代燃料電池；把MCFC稱為第二代燃料電池；把SOFC稱為第三代燃料電池。Ⅳ:華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20縱覽起源：世界上第1臺用于發(fā)電的風力機于1891年在丹麥建成。1986年5月，我國第一個并網(wǎng)風場建于山東榮成。發(fā)展：風電技術(shù)經(jīng)過20年的開發(fā)日臻成熟，商業(yè)化機組的單機容量從55kW增加到1650kW，風電成本從20美分/（kW·h），持續(xù)下降到5美分/（kW·h），運行可靠性和發(fā)電成本接近常規(guī)火電，迅速發(fā)展成為初具規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)。目前風力機之最為美國CE公司的“超級風力機”，單機功率為7.3MW，風車直徑為112m.第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢一.風電的發(fā)展1.世界風電的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀自1990年以來,風力發(fā)電一直是世界上增長最快的可再生新能源。從1996年起，全球累計風電裝機連續(xù)11年增速超過20％，平均增速達到28.35％。

2006年，全球風電總裝機容量逾74GW，增長25%，新增發(fā)電設備價值約180億歐元。歐洲風電仍居全球之首，截至2006年底，歐洲風電裝機達48000MW，占全球64.67％。發(fā)展中國家中，印度的風力發(fā)電發(fā)展迅速，2006年以6270MW的總裝機容量居全球第四。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢全球風電新增裝機（單位MW）

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢全球風電累計裝機前十

華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20發(fā)展趨勢與預測世界風電在加速發(fā)展，裝機容量每年以近30％的速度遞增。按照德國風電發(fā)展計劃，到2010年，風電電量將占總發(fā)電量的12.5％；到2050年，將占到50％。丹麥規(guī)劃到2030年，風電將占總發(fā)電量的50％。美國風力發(fā)電在總發(fā)電量中所占比重有可能從1998乍的2％提高到2010年的5.5％。西班牙、英國和法國也加快了風電的發(fā)展。

第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.202.中國風電的發(fā)展我國的風電自2003年進入高速發(fā)展時期。2006年，中國新增風電裝機1337MW，占全球新增裝機的8.9％，同比增長165.83％。我國風電累計裝機已躍居全球居第六位，但仍與第二大電力裝機大國地位不相稱。風力發(fā)電中長期規(guī)劃：全國風機總裝機容量2010年達到4000MW,2015年達到10000WM,2020年達到20000WM。第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢1998－2006我國風電裝機及增速華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢2006年我國風電裝機分布華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢二.風電技術(shù)概述1.分類

定漿矩

變漿矩

恒速恒頻

變速恒頻定漿矩

恒速恒頻定漿矩變速恒頻變漿矩

恒速恒頻變漿矩

變速恒頻

目前世界上風力發(fā)電技術(shù)主要有恒速恒槳與變速變槳兩種華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢2.恒速恒槳技術(shù)恒速恒槳一般采用鼠籠式異步發(fā)電機，風力機槳距固定，其運行完全靠葉片氣動特性控制，當風機帶動發(fā)電機達到或接近同步速時并入電網(wǎng)，此后電機轉(zhuǎn)速基本保持恒定，系統(tǒng)送入電網(wǎng)的電壓頻率恒定。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢3.變速變槳技術(shù)分類采用DFIG（交流勵磁轉(zhuǎn)差功率變換型）華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢采用普通同步發(fā)電機（全功率變換型）華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢采用多極永磁同步發(fā)電機（全功率變換直驅(qū)型）華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢變速恒頻的優(yōu)點優(yōu)化風力機的運行狀況可實現(xiàn)最大風能追蹤運行還控制機組無功特性，功率因數(shù)可控發(fā)電機組與電網(wǎng)之間為柔性連接，易于并網(wǎng)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢風電技術(shù)現(xiàn)狀趨勢大型化、變速運行、變漿距是世界風電設備發(fā)展的趨勢。目前世界上主流機型為兆瓦級，如美國主流1.5MW，丹麥主流2.0～3.0MW，目前單機容量最大的風電機組是德國Repower公司生產(chǎn)的容量為5MW瓦的機組。隨著未來海上風電的開發(fā)，單機容量可能繼續(xù)上升。在風電技術(shù)研發(fā)上，國內(nèi)風電機組制造企業(yè)面臨著技術(shù)路線從定槳定速提升到變槳變速，單機功率從百千瓦級提升到兆瓦級的雙重壓力，華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢三.主要的風電設備廠商與市場1.國外廠商世界風電巨頭企業(yè)主要集中在歐洲和北美：丹麥Vestas

西班牙Gamesa

美國GE德國Dewind華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢2.國內(nèi)廠商與市場總覽風電場業(yè)主主要來自國營大型電力集團，如龍源、華能、北國電、國華、華電國際、中電投等，另外有越來越多的民營企業(yè)參與投資風電場建設。風力發(fā)電機組整機制造廠約29個。零部件制造廠約30個。進行過風電技術(shù)研究的高校和科研院所約12家。專業(yè)研發(fā)中心2個。風資源前期咨詢單位約5家。有能力進行風力發(fā)電機組整機及其零部件測試的機構(gòu)約14家。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢國內(nèi)風電設備廠商主要分為四種類型：具有自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)新疆金風科技股份有限公司、浙江運達風力發(fā)電工程有限公司、特變電工沈陽工大風能有限公司新近加入風電領(lǐng)域的中小企業(yè)湘潭電機集團有限公司、中國東方電氣集團東方汽輪機廠、廣東明陽風電技術(shù)有限公司等涉足風電領(lǐng)域的國家大型企業(yè)保定天威風力發(fā)電設備制造公司、上海電氣集團股份有限公司、大連重工?起重集團、北京北重汽輪機有限責任公司等華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢

國內(nèi)風電整機主要廠商情況華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢

國內(nèi)風電零部件主要廠商情況華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢

2006年中國風電設備制造商市場份額（不含臺灣?。┤A北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢四.我國風電產(chǎn)業(yè)政策《可再生能源法》

2006的《可再生能源法》允許多種投資主體進入可再生能源領(lǐng)域，并且要求電網(wǎng)公司全額收購新能源發(fā)電量，從法律上為以風電為代表的新能源快速發(fā)展提供了法律和政策保障。國產(chǎn)化率指標

國家發(fā)改委公布的《關(guān)于風電建設管理有關(guān)要求的通知》強調(diào)風電設備國產(chǎn)化率要達到70%以上特許權(quán)招標制度

該方式不但規(guī)定由風電上網(wǎng)電價最低的投標商中標，而且要求投標商綁定設備制造商進行投標，為設備國產(chǎn)化率提供了實施性保障華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢電價分攤

《可再生能源發(fā)電價格與費用分攤管理試行辦法》規(guī)定了可再生能源電價分攤的實行辦法5.《國務院關(guān)于加快振興裝備業(yè)的若干意見》

提出大力發(fā)展大功率風力發(fā)電機等新能源裝備，將大型清潔高效發(fā)電裝備列為國家重點發(fā)展的16個重大技術(shù)專項之一華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20縱覽起源：世界上第1臺用于發(fā)電的風力機于1891年在丹麥建成。1986年5月，我國第一個并網(wǎng)風場建于山東榮成。發(fā)展：風電技術(shù)經(jīng)過20年的開發(fā)日臻成熟，商業(yè)化機組的單機容量從55kW增加到1650kW，風電成本從20美分/（kW·h），持續(xù)下降到5美分/（kW·h），運行可靠性和發(fā)電成本接近常規(guī)火電，迅速發(fā)展成為初具規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)。目前風力機之最為美國CE公司的“超級風力機”，單機功率為7.3MW，風車直徑為112m.第一章：風力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20機組主結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)機組主結(jié)構(gòu)：主要的機電設備控制系統(tǒng)：微機控制軟、硬件第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制（一）機組主結(jié)構(gòu)風輪系統(tǒng)傳動鏈系統(tǒng)發(fā)電機系統(tǒng)偏航/解纜系統(tǒng)剎車系統(tǒng)輔助系統(tǒng)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制機組主結(jié)構(gòu)示意圖華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制1.風輪系統(tǒng)槳葉輪轂變距（槳矩）機構(gòu)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制2.傳動鏈系統(tǒng)低速軸齒輪箱多級變速，變比較大（接近100）采用行星齒輪和正（斜）齒輪實現(xiàn)多級變速

潤滑油冷卻或加溫機構(gòu)高速軸聯(lián)軸器華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制通用標準型膜片聯(lián)軸器連接齒輪箱和發(fā)電機補償軸向、徑向和角度偏差易于裝拆維護實現(xiàn)電絕緣力矩限定華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制傳動鏈系統(tǒng)布局華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制3.發(fā)電機系統(tǒng)DFIG發(fā)電機本體冷卻系統(tǒng)保護系統(tǒng)勵磁變流器四象限運行能力、輸入、輸出特性優(yōu)良設計容量為機組容量30％IGBT器件，PWM調(diào)制技術(shù)動作頻率為數(shù)kHz-十幾kHz并網(wǎng)機構(gòu)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制4.偏航/解纜系統(tǒng)偏航機構(gòu)風向標偏航飼服電機（或液壓馬達）減速裝置偏航液壓制動器偏航行星齒輪對風/解纜操作根據(jù)風向標控制對風計算機控制的自動解纜紐纜開關(guān)控制的安全鏈動作報警及人工解纜華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制偏航的作用對風，獲取最大發(fā)電量減少斜風給機組帶來的不平衡載荷華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制5.剎車系統(tǒng)機械抱閘剎車*液壓驅(qū)動和電氣驅(qū)動通過制定卡鉗和連軸器上制動盤配對實現(xiàn)，一般在氣動剎車后轉(zhuǎn)速降低后采用安裝位置：高速軸，低速軸氣動剎車變槳控制變槳控制系統(tǒng)控制槳距角為90度偏航控制電磁剎車

通過控制發(fā)電機電磁阻轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制6.輔助系統(tǒng)塔架機艙罩機艙底盤變壓器防雷系統(tǒng)及電氣保護裝置華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制冷卻系統(tǒng)發(fā)熱部件液壓系統(tǒng)齒輪箱發(fā)電機變頻器冷卻方式：空氣冷卻，液體冷卻，混合冷卻其他部分華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制（二）控制系統(tǒng)1.概述與一般工業(yè)控制過程不同，風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)。它不僅要監(jiān)視電網(wǎng)風況和機組運行參數(shù)，而且還要根據(jù)風速與風向的變化，對機組進行優(yōu)化控制，以提高機組的運行效率和發(fā)電量。比較普遍采用的是分布式控制系統(tǒng)。信號處理通常有兩個獨立的計算機或高速數(shù)字信號處理芯片。主控制器在地面控制室的開關(guān)柜內(nèi),從機設在機艙內(nèi)。主控制器監(jiān)控風輪所有的運行狀態(tài)。主控制器和從控制器間通過光纖達到可靠快速地交換信息。華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制2.結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)主控制器和從控制器功能運行控制變槳距控制、偏航控制、剎車控制、變流器（發(fā)電機）控制本地控制與遠程控制信號采集與監(jiān)視采集量：電壓、電流、頻率、功率、轉(zhuǎn)速、油溫、壓力本地監(jiān)視與遠程監(jiān)視華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制3.主從分布式控制系統(tǒng)主控制器（PLC,PID控制算法）變槳控制偏航控制制動控制參數(shù)監(jiān)視與遠程通訊系統(tǒng)級控制協(xié)調(diào)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制主控制器實現(xiàn)案例華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制從控制器（DSP，矢量動態(tài)控制算法）機側(cè)變流器控制網(wǎng)側(cè)變流器控制華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制從控制器實現(xiàn)案例華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20英國EU-ENERGYWIND公司SEG1250型風機變頻器控制系統(tǒng)第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20二.運行區(qū)域及控制目標主要運行區(qū)域各運行區(qū)域的控制目標第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制（一）主要運行區(qū)域運行區(qū)域的劃分一般按照風速和機組運行特性分為五大運行區(qū)域：并網(wǎng)區(qū)MPPT區(qū)轉(zhuǎn)速限制區(qū)（過渡區(qū)）功率限制區(qū)切出停機區(qū)華北電力大學電氣與電子工程學院劉其輝2008.6.20第三章：雙饋式變槳變速風電機組控制并網(wǎng)控制區(qū)域轉(zhuǎn)速控制區(qū)域最大風能追蹤區(qū)域功率控制區(qū)域