劉喜峰畢業(yè)論文

唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2013屆畢業(yè)論文PAGEPAGE16唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2013屆畢業(yè)論文PAGE1第一章緒論1.1風(fēng)能風(fēng)能(windenergy)是因空氣流做功而提供給人類的一種可利用的能量。空氣流具有的動能稱風(fēng)能。空氣流速越高，動能越大。人們可以用風(fēng)車把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的動作去推動發(fā)電機(jī)，以產(chǎn)生電力，方法是透過傳動軸，將轉(zhuǎn)子（由以空氣動力推動的扇葉組成）的旋轉(zhuǎn)動力傳送至發(fā)電機(jī)。到2008年為止，全世界以風(fēng)力產(chǎn)生的電力約有94.1百萬千瓦，供應(yīng)的電力已超過全世界用量的1%。風(fēng)能雖然對大多數(shù)國家而言還不是主要的能源，但在1999年到2005年之間已經(jīng)成長了四倍以上。有效風(fēng)能密度：為了衡量一個(gè)地方風(fēng)能的大小，評價(jià)一地地區(qū)的風(fēng)能潛力，風(fēng)能密度是直接反映風(fēng)能豐欠的指標(biāo)量。風(fēng)能密度表述氣流在單位時(shí)間垂直通過單位面積的風(fēng)能。由于風(fēng)速是一個(gè)隨機(jī)性很大的量，通常用平均風(fēng)能密度和有效風(fēng)能密度來評價(jià)某地帶的風(fēng)能潛力。裝機(jī)容量指的是一個(gè)發(fā)電廠或一個(gè)區(qū)域電網(wǎng)具有的汽(水)輪發(fā)電機(jī)組總?cè)萘?，一般以“萬千瓦”或“兆瓦”為單位，說的是它的發(fā)電能力，是功率單位。1.2發(fā)展新能源的背景目前，生活于地球這顆行星上的人數(shù)已超過60億，到本世紀(jì)中期，大有達(dá)到百億之勢，維持人類日常生活、文化，需消費(fèi)大量的能源。但過度的能源消耗在促進(jìn)人類發(fā)展的同時(shí)，會使地球環(huán)境惡化，甚至成為威脅人類生存的因素。在20世紀(jì)100年間，全世界人口從16.5億增長了3.7倍，但消費(fèi)的能源以驚人的速度增長到原來的9倍，由于消耗的大部分能源來自礦物燃料，必然導(dǎo)致CO2排放量增加，因此大氣溫室效應(yīng)不斷加重。如果21世紀(jì)繼續(xù)維持這種能源消耗增長之勢，社會生活大有無法維繼的危險(xiǎn)。因此，為了今后人類的可持續(xù)發(fā)展，由傳統(tǒng)的礦物燃料向太陽能、風(fēng)能之類的綠色可再生能源的轉(zhuǎn)變是能源發(fā)展的必然趨勢。聯(lián)合國副秘書長、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署執(zhí)行主任阿西姆·施泰納也表示：“風(fēng)力發(fā)電迅速發(fā)展，正在成為實(shí)現(xiàn)全球低碳、高效經(jīng)濟(jì)的核心技術(shù)之一。在哥本哈根達(dá)成一個(gè)具有雄心的協(xié)議，有助于風(fēng)能在更多國家推廣”1.3風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)風(fēng)能的發(fā)展對環(huán)境有正面影響和負(fù)面影響.未來的發(fā)展將依賴于如何使正面影響達(dá)到最大,而同時(shí)負(fù)面影響保持在最低.優(yōu)點(diǎn)：1）風(fēng)能為潔凈的能量來源。2）風(fēng)能設(shè)施日趨進(jìn)步，大量生產(chǎn)降低成本，在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電成本已低于發(fā)電機(jī)。3）風(fēng)能設(shè)施多為不立體化設(shè)施，可保護(hù)陸地和生態(tài)。4）風(fēng)力發(fā)電是可再生能源，很環(huán)保。5)風(fēng)能發(fā)電不會釋放二氧化碳,不會帶來酸雨,大霧和放射等污染,也不會造成對陸地海水,和水資源的污染.風(fēng)能的大規(guī)模使用可能是減少二氧化碳排放的最經(jīng)濟(jì)快速的方法.缺點(diǎn)：1）風(fēng)力發(fā)電在生態(tài)上的問題是可能干擾鳥類，如美國堪薩斯州的松雞在風(fēng)車出現(xiàn)之后已漸漸消失，目前的解決方案是離岸發(fā)電，離岸發(fā)電價(jià)格較高但效率也高；2）在一些地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性不足；許多地區(qū)的風(fēng)力有間歇性，更糟糕的是如臺灣等地在電力需求較高的夏季及白日，是風(fēng)力較少的時(shí)間；必須等待壓縮空氣等儲量能技術(shù)發(fā)展；3）風(fēng)力發(fā)電需要大量土地興建風(fēng)力發(fā)電廠，才可以生產(chǎn)比較多的能源；4）進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)會發(fā)出龐大的噪音，所以要找一些空曠的地方來興建；5)風(fēng)力機(jī)引起的電磁干擾,當(dāng)風(fēng)力機(jī)被放置在一臺收音機(jī),電視機(jī)或微波收發(fā)器之間時(shí),他有時(shí)會反射一些電磁射線,其反射波與原信號會混合在一起,到達(dá)接收器.這可能造成原信號很大的扭曲.有些風(fēng)力機(jī)使用薄木板做的葉片就可以避免這樣的問題,因?yàn)楸∧景蹇梢晕盏臒o線電波大于反射的電波.6）現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電還未成熟，還有相當(dāng)發(fā)展空間；1.4風(fēng)能利用潛力提到能源，大家會聯(lián)想到什么？也許有人會想起初中或高中物理課程中令人頭痛的勢能、動能、熱能等問題；也有人會想起石油危機(jī)，腦海中會浮現(xiàn)出搶購衛(wèi)生紙的情景；也有人會從最近報(bào)紙、雜志等刊登的有關(guān)溫室效應(yīng)的報(bào)道，聯(lián)想到礦物燃料的埋藏量、太陽能、風(fēng)能等新能源的有效利用。風(fēng)能作為一種重要的可再生能源，是地球上最古老，最重要的能源之一，它具有蘊(yùn)藏量巨大、可再生、分布廣、無污染等特點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電已成為世界可再生能源發(fā)展的重要方向。目前利用風(fēng)力發(fā)電已成為風(fēng)能利用的主要形式，受到世界各國的高度重視，而且發(fā)展速度非?？臁Ｅc熱力發(fā)電設(shè)施不同，風(fēng)力發(fā)電不需要冷卻水，應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電可使公用系統(tǒng)用水減少17%，相當(dāng)于不需在建設(shè)80GW的新燃煤電廠。風(fēng)力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染；而且從經(jīng)濟(jì)的角度講，風(fēng)力儀器比太陽能儀器要便宜九成多。中國風(fēng)能儲量很大，分布面廣，甚至比水能還要豐富。合理利用風(fēng)能既可減少環(huán)境污染，又可減輕越來越嚴(yán)重的能源短缺的壓力。第二章風(fēng)能發(fā)電實(shí)驗(yàn)原理2.1風(fēng)力發(fā)電原理概述風(fēng)力發(fā)電有3種運(yùn)行方式，通常是一臺小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)向一戶或幾戶提供電力，它用蓄電池蓄能，以保證無風(fēng)時(shí)的用電；二是風(fēng)力發(fā)電與其他發(fā)電方式相結(jié)合，向一個(gè)單位、一個(gè)村莊或一個(gè)島嶼供電；三是風(fēng)力發(fā)電并入常規(guī)電網(wǎng)運(yùn)行，向大電網(wǎng)提供電力，常常是一處風(fēng)電場安裝幾十臺甚至幾百臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這是風(fēng)力發(fā)電的主要發(fā)展方向。風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般由風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、調(diào)向器、塔架、限速安全機(jī)構(gòu)和儲能裝置等構(gòu)成，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理比較簡單，風(fēng)輪在風(fēng)的作用下旋轉(zhuǎn)，它把風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪的機(jī)械能，風(fēng)輪發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪軸的帶動下旋轉(zhuǎn)發(fā)電。圖2-1風(fēng)力發(fā)電機(jī)2.2風(fēng)輪吸收的風(fēng)能風(fēng)能公式：式中ρ為空氣密度，單位kg/m3

V為風(fēng)速，單位m/s

F是氣流通過的面積，m2

評價(jià)一地風(fēng)能資源潛力，常用風(fēng)功率密度：單位：瓦/米2

P=(1/2)ρV3ACpCp吸收效率ρ空氣密度，標(biāo)準(zhǔn)密度：1.225kg/mV風(fēng)速A風(fēng)輪面積，pD2/4P為吸收的風(fēng)能2.3曹妃甸風(fēng)速變化圖及風(fēng)區(qū)分類1、天氣變化數(shù)據(jù)圖曹妃甸港口常年都有海風(fēng)在吹，因此我搜集了曹妃甸一年的天氣變化情況，并做了統(tǒng)計(jì)。2、風(fēng)區(qū)分類由于在海邊各個(gè)地區(qū)的風(fēng)速是不一定的所以搜集了各種風(fēng)速并做了分類。如下圖：GL規(guī)范平均風(fēng)速（m／s）年最大風(fēng)速（m／s）年極限風(fēng)速（m／s）50年暴風(fēng)風(fēng)速（m／s）50年極限風(fēng)速（m／s）一類風(fēng)區(qū)10.0040.0056.0046.5065.10二類風(fēng)區(qū)8.5034.0047.6039.5355.34三類風(fēng)區(qū)7.5030.0042.0034.8848.83四類風(fēng)區(qū)6.0024.0033.6027.9039.102.4實(shí)驗(yàn)原理風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖9所示，整機(jī)實(shí)物照片及各部位標(biāo)注如圖10所示，其中九孔插板上各元件標(biāo)注如圖11所示。實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖9表明，該實(shí)驗(yàn)儀包括風(fēng)源S、風(fēng)速計(jì)M（通過支架Z2安裝在導(dǎo)軌上）、風(fēng)輪（由輪轂2和葉片1構(gòu)成）、三相交流永磁同步發(fā)電機(jī)4、整流濾波電路、測量電路、電能的存儲與利用電路、帶標(biāo)尺的導(dǎo)軌3。其中的整流濾波電路、電能的存儲與利用電路中的所有電學(xué)元件及測量電路中的可變負(fù)載插在“九孔插板”上并通過該插板實(shí)現(xiàn)連接，實(shí)現(xiàn)即插即用、方便快捷搭建電路的目的。風(fēng)輪、三相交流永磁同步發(fā)電機(jī)通過水平轉(zhuǎn)動軸連接并安裝在支架Z3上。所有從葉片傳來的風(fēng)力，通過輪轂傳遞到轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，再傳遞給發(fā)電機(jī)。圖3.1風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖所述整流濾波電路：包括與三相交流永磁同步發(fā)電機(jī)連接的六個(gè)二極管（D1，D2，D3，D4，D5，D6）以及電容5并聯(lián)支路，其中，六個(gè)二極管按三相橋式全波整流電路連接，用以將發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電；所述電容5，用以對電流進(jìn)一步濾波。測量電路：包括智能電壓表6支路和由一個(gè)可變負(fù)載7與一個(gè)智能電流表8串聯(lián)構(gòu)成的支路，兩個(gè)支路分別與整流濾波電路并聯(lián)。所述電能的存儲與利用電路：包括由雙刀雙擲開關(guān)K2控制的發(fā)光二極管LED回路和儲能蓄電池9回路。電能的存儲與利用電路與測量電路之間安裝有一個(gè)控制開關(guān)K1。所述導(dǎo)軌的兩側(cè)帶有可定位的標(biāo)尺，在導(dǎo)軌一側(cè)面開有一凹槽，放置智能電壓表和智能電流表。2.5風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的大致草圖2.6電能的利用與存儲電能的利用：利用風(fēng)力產(chǎn)生的電能可以取暖、用于日常照明、還有港口電氣設(shè)備的電能需求。電能的存儲：為了增進(jìn)風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的利用效率，使用合適的電能儲存系統(tǒng)可以在不增加電網(wǎng)容量投資的基礎(chǔ)上，滿足負(fù)荷高峰時(shí)的需求。一個(gè)基礎(chǔ)性的問題在于，負(fù)荷情況可能因每天，每小時(shí)，季節(jié)變化而變化，必須有足夠容量的設(shè)備提供高峰時(shí)的需求。理論上，發(fā)電和用電應(yīng)該是相等的。電能發(fā)電設(shè)備必須能較快地實(shí)現(xiàn)投入和切除，比如，微型燃?xì)廨啓C(jī)的反應(yīng)時(shí)間較長，抽水蓄能電站的投入時(shí)間較短，然而，石化燃料電站及核電站均不適合頻繁起停。此外，這些電站在固定于某個(gè)輸出的時(shí)候才能達(dá)到較高的效率。因此，讓大型電站處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，并通過尋找合適的電源方式以在用電低谷的時(shí)候吸收電能，用電高峰的時(shí)候發(fā)出電能以平抑需求和供給的差異的方式被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)性和效率較高的一種方式。由于受環(huán)境影響因素較大，很少利用自然資源類型直接作為電能存儲的媒介，比如，太陽能，風(fēng)能，海浪能，潮汐能，這些類型的能源也必須結(jié)合合適的電能存儲設(shè)備才能充分發(fā)揮調(diào)峰的功效。電能的存儲設(shè)備通常需要將電能轉(zhuǎn)化為其他類型的能量，在特定時(shí)間段內(nèi)，將此種類型的能量再次反轉(zhuǎn)為電能以用于生產(chǎn)生活所需。第三章風(fēng)能發(fā)電的優(yōu)越性與可行性3.1風(fēng)能發(fā)電的優(yōu)勢風(fēng)力是一種蘊(yùn)藏豐富而又潔凈的自然能源，沒有環(huán)境污染問題。建造風(fēng)力發(fā)電廠的費(fèi)用低廉。利用風(fēng)力發(fā)電不需火電所需的煤、石油等燃料或核電站所需的核材料即可產(chǎn)生電力，除常規(guī)保養(yǎng)外，沒有其他任何消耗。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，市場前景廣闊。我國風(fēng)力發(fā)電的區(qū)位條件：地處季風(fēng)區(qū)，風(fēng)能資源豐富。國家政府在政策和經(jīng)濟(jì)上大力支持。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日益成熟。風(fēng)能發(fā)電成本低，市場前景廣闊。3.2我國的發(fā)展計(jì)劃與政策發(fā)展計(jì)劃：概括地講，國家“三委”、“四部”都非常重視風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展。“三委”指國家計(jì)委、國家科委、國家經(jīng)貿(mào)委，“四部”指電力部、機(jī)械部、航天部、水利部。電力部制訂了一系列風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)惠政策，其中兩條非常重要，一是允許風(fēng)力發(fā)電就近并網(wǎng)，二是風(fēng)電價(jià)格要在發(fā)電成本加還本付息的基礎(chǔ)上，允許有合理的利潤空間，超出電網(wǎng)電價(jià)部分由全電網(wǎng)平攤。這種優(yōu)惠政策有力地支持了風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展。1992年，國家成立了第一個(gè)風(fēng)能公司——福霖公司，負(fù)責(zé)風(fēng)電場的投資、建設(shè)和管理，先后建成了南澳、東崗等風(fēng)電場。機(jī)械部為國產(chǎn)化大型風(fēng)電機(jī)組而努力，1989年，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會風(fēng)力機(jī)械分會成立。在“八五”期間，曾在中國第一拖拉機(jī)廠組建了一個(gè)風(fēng)電辦公室，派人去德國學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，在德國胡蘇姆造船廠和德國專家一起組裝了10臺HSW-250T機(jī)組。航天部1992年成立了萬電公司，專門從事大型風(fēng)電機(jī)組的研制。萬電公司隸屬中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院。1996年2月，萬電公司和奧地利比爾公司簽訂了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)引進(jìn)合同，花費(fèi)50萬美元從比爾公司購買了600kW機(jī)組的技術(shù)資料。水利部也非常重視風(fēng)力發(fā)電。隸屬水利部的新疆達(dá)坂城一風(fēng)電場，1989年建成，現(xiàn)在已利用國外政府無償援助2000多萬元人民幣，引進(jìn)22臺機(jī)組，總?cè)萘窟_(dá)6100kW。1996年又在新疆布爾津建成一個(gè)風(fēng)/水互補(bǔ)的供電系統(tǒng)。風(fēng)電場裝機(jī)容量為1050kW。國家計(jì)委提出兩個(gè)計(jì)劃：一個(gè)是“光明工程”，一個(gè)是“乘風(fēng)計(jì)劃”，前者是支持國內(nèi)微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)供電問題；后者就是支持國內(nèi)風(fēng)電場建設(shè)和大型風(fēng)電機(jī)組的國產(chǎn)化。政策實(shí)施：1）國家經(jīng)委1999年印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的若干意見》。指出：發(fā)展新能源是我國能源建設(shè)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，對促進(jìn)電力工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、減少環(huán)境污染、推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)具有重要意義。風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電中技術(shù)最成熟、最具規(guī)?；_發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。近年來，我國風(fēng)力發(fā)電得到了快速發(fā)展，己成為電力工業(yè)的組成部分。2）為了進(jìn)一步促進(jìn)我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)快速、健康發(fā)展，國家經(jīng)貿(mào)委公布的消息說，風(fēng)力發(fā)電的成本主要是固定資產(chǎn)投資，約占總投資的百分之八十五以上。按照中國增值稅抵扣政策，固定資產(chǎn)投資的增值稅不能抵扣。風(fēng)力發(fā)電執(zhí)行百分之十七的增值稅稅率，因?yàn)闆]有購買燃料等方面的抵扣，風(fēng)力發(fā)電實(shí)際稅負(fù)明顯高于火力發(fā)電。

3）國家經(jīng)貿(mào)委和國家稅務(wù)局風(fēng)力電廠投資的實(shí)際情況，規(guī)定：為鼓勵風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國將對風(fēng)力發(fā)電實(shí)行按增值稅應(yīng)納稅額減半征收的優(yōu)惠政策。按照新的稅收政策，中國風(fēng)電電價(jià)平均將降低約人民幣五到六分錢，新建風(fēng)電場電價(jià)水平有望降低到零點(diǎn)五元/千瓦以下。

4）目前，國家發(fā)展計(jì)劃委員會“全球環(huán)境基金（GEF）世界銀行中國再生能源商業(yè)化發(fā)展促進(jìn)項(xiàng)目”的啟動，將對我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。氣象部門也將在發(fā)展我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)上將大有作為。

5）我國到1996年底尚有近720萬人口沒有用上電，這些人口分布在邊遠(yuǎn)地區(qū)以及部分海島、邊防哨所、微波通訊站、氣象站等，這些地區(qū)遠(yuǎn)離電網(wǎng)，然而，大部分無電區(qū)都有著豐富的風(fēng)能和太陽能資源。據(jù)悉，“光明工程”首期計(jì)劃將用5年時(shí)間完成300個(gè)無電鄉(xiāng)、100個(gè)無電哨所和100個(gè)微波通訊站的風(fēng)電系統(tǒng)建設(shè)，使100萬人中能用上電。

6）我國風(fēng)能資源豐富，風(fēng)力發(fā)電在國外已經(jīng)商業(yè)推廣應(yīng)用，因其環(huán)境效益好，許多國家將發(fā)展風(fēng)電作為減少溫室氣體排放的重要措施，應(yīng)制定激勵政策，促進(jìn)發(fā)展。國家經(jīng)貿(mào)委指出：我國應(yīng)有計(jì)劃組織風(fēng)力發(fā)電組的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化、標(biāo)準(zhǔn)化、批量化，在條件適宜的地區(qū)（如新疆、沿海等）開辟規(guī)模化風(fēng)電場。規(guī)劃風(fēng)力發(fā)電規(guī)模，爭取在20年內(nèi)使上網(wǎng)電價(jià)政策，以激勵風(fēng)電的發(fā)展。3.3風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的成本比較與煤電相比，風(fēng)電的成本要高33％～60％。

風(fēng)電成本高的原因在于：首先，固定資產(chǎn)折舊費(fèi)高；其次，發(fā)電系數(shù)低；例如與煤電相比，風(fēng)力發(fā)電的固定資產(chǎn)折舊費(fèi)是煤（20%～22%）的1倍多，但發(fā)電系數(shù)只相當(dāng)于煤電的1/2。主要原因是風(fēng)能的密度和分布差異大等物理因素的影響。

據(jù)研究，中國風(fēng)電在綜合考慮了裝機(jī)容量、技術(shù)水平提高等因素變化的前提下，成本有逐步下降的趨勢，預(yù)測的極限成本為0.22元/kWh。而當(dāng)成本到達(dá)0.25元/kWh時(shí)，風(fēng)電在價(jià)格上就有了和煤電競爭的條件。

第四章中國風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用進(jìn)展4.1中國風(fēng)力發(fā)電的進(jìn)展中國風(fēng)能儲備在世界上排名第一，陸上可用風(fēng)能高達(dá)2.5億kw，海上可利用風(fēng)能高達(dá)7.5億kw，中國幅員遼闊，陸疆總長達(dá)約20000km，還有約18000km的海岸線，邊緣海中有島嶼5000多個(gè)，風(fēng)能資源豐富，中國現(xiàn)有風(fēng)電場地區(qū)的年平均風(fēng)速都達(dá)到6m/s以上，實(shí)際發(fā)利用的風(fēng)能資源儲備量為2.53億kw，東南沿海及其附近島嶼是風(fēng)能資源豐富地區(qū)有效風(fēng)能密度大于或等于200w/m2的等線平行于海岸線，沿海島嶼有效風(fēng)能密度在300w/m2以上，全年中風(fēng)速大于或等于3m/s的時(shí)數(shù)為7000-8000h，大于或等于6m/s的時(shí)數(shù)為4000h；新疆北部、內(nèi)蒙古、甘肅北部也是中國風(fēng)能資源豐富的地區(qū)，有效風(fēng)能密度為200-300w/m2，全年中風(fēng)速大于或等于3m/s的時(shí)數(shù)為5000h以上，大于或等于6m/s的時(shí)數(shù)為3000h以上。4.1—1中國各地風(fēng)能資源分布風(fēng)能資源潛力的多少，是風(fēng)能利用的關(guān)鍵。中國地域遼闊，風(fēng)能資源豐富，特別是東南沿海及其附近島嶼，不僅風(fēng)能密度大，年平均風(fēng)速也高，發(fā)展風(fēng)能利用的潛力很大。根據(jù)年有效風(fēng)能密度和年風(fēng)速大于等于3m/s風(fēng)的年累計(jì)小時(shí)數(shù)的多少,將全國分為四個(gè)區(qū),如下表所示:表4-1中國風(fēng)能資源的區(qū)劃豐富區(qū)較豐富區(qū)可利用區(qū)貧乏區(qū)年有效風(fēng)能密度/(W/m2)≥200200-150150-50≤50風(fēng)速≥3m/s的年小時(shí)數(shù)/h≥50005000-40004000-2000≤2000占全國面積(%)8185024我國現(xiàn)在風(fēng)電廠廠址的年平均風(fēng)速均達(dá)到6m/s以上。一般認(rèn)為，可將風(fēng)電場況分為三類:年平均風(fēng)速6m/s以上時(shí)為較好；7m/s以上為好；8m/s以上為很好，我國相當(dāng)于6m/s以上的地區(qū)，在全國范圍內(nèi)僅僅限于較少數(shù)幾個(gè)地帶，就內(nèi)陸而言，大約僅占全國總面積的1/100，這些地區(qū)是我國最大的風(fēng)能資源區(qū)以及風(fēng)能資源豐富區(qū)包括:1)內(nèi)蒙古內(nèi)蒙古風(fēng)能具有分布范圍廣、穩(wěn)定性高、連續(xù)性好等特點(diǎn)，年可利用時(shí)間4400-7800wh，近年來，內(nèi)蒙古風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐明顯加快，風(fēng)電裝機(jī)容量于2005年底達(dá)17萬kw，2006年年底增加到60萬kw，2007年增加到165萬kw。2)新疆新疆是我國開發(fā)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目最佳地區(qū)之一，風(fēng)力資源占全國陸上風(fēng)能源總量的37%,僅次于占40%的內(nèi)蒙古。中國目前已建成的最大風(fēng)力發(fā)電場位于新疆達(dá)坂城。3）寧夏寧夏是我國能源最豐富的地區(qū)之一，全年有效風(fēng)速的時(shí)間為5500-7400h。寧夏發(fā)展風(fēng)力發(fā)電還有很多便利條件，首先入網(wǎng)簡單，風(fēng)場不需要很多線路成本，就可以就近入電網(wǎng)，成本低，其次是破壞性風(fēng)較少；另外，在半荒漠地帶建設(shè)的風(fēng)力發(fā)電廠，有望成為銀川本地一項(xiàng)可開發(fā)的旅游資源。4）甘肅甘肅是全國是全國風(fēng)能資源最豐富的地區(qū)之一，風(fēng)能資源理論儲量為2.37億kw。居全國第五位?？砷_發(fā)利用的風(fēng)能面積為17.66萬平方千米，占全國總面積的39%。5）青海青海省格爾木是于2008年5月與北京新華能源控股有限公司簽訂10萬kw風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目投資協(xié)議，在格爾木市建設(shè)2座風(fēng)力發(fā)電廠。還有黑龍江，遼寧，山東，江蘇，重慶，廣東，福建，河北等，在上述地區(qū)，利用風(fēng)力發(fā)電，以節(jié)約能源，改善環(huán)境，緩解電力供應(yīng)緊張狀況，具有重要意義。4.1—2中國風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能來發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械，在理論上，最好的風(fēng)輪約60%的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪效率可達(dá)40%，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出達(dá)到額定功率之前，其功率與風(fēng)速的立方成正比，風(fēng)力發(fā)電的突出優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境效益好，不排放任何有害氣體和廢物，風(fēng)電場雖然占了大片土地，但是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)使用面積很小，農(nóng)田和牧場的正常生產(chǎn)，同時(shí)開發(fā)了旅游資源。世界風(fēng)能協(xié)會（WWEA）發(fā)布“世界風(fēng)能報(bào)告”指出，2005年以來，風(fēng)能行業(yè)與世界其他工業(yè)部門相比，創(chuàng)造了較多就業(yè)機(jī)會，截至2009年，已有55萬人從業(yè)于風(fēng)能行業(yè)。我國發(fā)展風(fēng)力點(diǎn)的特點(diǎn)：在風(fēng)能資源豐富或較豐富的邊遠(yuǎn)無電，缺電地區(qū)，以發(fā)展小型或中型獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)電系統(tǒng)（包括風(fēng)力/柴油聯(lián)合發(fā)電和風(fēng)/光聯(lián)合發(fā)電等）為主，利用風(fēng)力發(fā)電解決邊遠(yuǎn)地區(qū)的生活用電和部分生產(chǎn)用電；在風(fēng)力資源豐富，電網(wǎng)通達(dá)的地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電則作為一種清潔能源，補(bǔ)充和逐步代替部分常規(guī)能源，緩解電力供應(yīng)緊張的矛盾，提高當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量，所以應(yīng)從發(fā)展大型電廠為主。4.2中國風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模風(fēng)力發(fā)電廠是將多臺并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在風(fēng)力資源好的場地，按照地形和主要風(fēng)向排成陣列，組成集群向電網(wǎng)供電，簡稱風(fēng)電場。風(fēng)電場是大規(guī)模利用風(fēng)電的有效方式，于20世紀(jì)80年代在美國興起，我國計(jì)劃到2010年，并網(wǎng)電裝機(jī)達(dá)500萬千瓦，目前，我國的風(fēng)電裝機(jī)容量還不到全國總裝機(jī)容量（4·5億千瓦）的0·5%，根據(jù)我國能源發(fā)展規(guī)劃，我國風(fēng)電具有大規(guī)模的前景和市場需求。風(fēng)力發(fā)電能夠成為中國結(jié)構(gòu)的重要組成部分，發(fā)展風(fēng)電有利于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。目前，中國的電源結(jié)構(gòu)中75%是煤電，排放污染嚴(yán)重，增加風(fēng)電等清潔電源比重刻不容緩。尤其在減少二氧化碳等溫室氣體排放，緩解全球氣候變暖方面，風(fēng)電是有效措施之一。從長遠(yuǎn)來看，中國常規(guī)能源資源人均擁有量相對較少，為保持經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展，必須采取措施解決能源供應(yīng)。中國風(fēng)能資源豐富，如果能夠充分開發(fā)，按目前估計(jì)的技術(shù)可開發(fā)儲量計(jì)算，用電年發(fā)電量可達(dá)幾萬千瓦時(shí)。根據(jù)官方和專家的推算，中國2020年需要10億千瓦的發(fā)電裝機(jī)，4千億千瓦時(shí)的發(fā)電量，之后如果按照人均2千瓦，達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家生活水平的基本要求，在2050年中國需要大約30億千瓦的發(fā)電裝機(jī)和12萬億時(shí)發(fā)電量。龐大的裝機(jī)和發(fā)電量需求，給風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展提供了足夠的空間。第五章風(fēng)能利用的展望至2008年年底，在全球金融危機(jī)的大環(huán)境下，其他行業(yè)的投資都受到了不同程度的影響，風(fēng)能行業(yè)一些新的項(xiàng)目以及風(fēng)力渦輪和組件的合同實(shí)施也有所減緩，但風(fēng)電市場的投資依然方興未艾，這主要是由風(fēng)電自身的發(fā)展?fàn)顩r決定的。風(fēng)電目前在電源結(jié)構(gòu)中的比例不高，其裝機(jī)不到世界發(fā)電裝機(jī)容量的3%，發(fā)電量約1%，潛力巨大；變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的開發(fā)和商品化，目前，安裝在世界各地風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電組，絕大多數(shù)為恒速運(yùn)行機(jī)組，而采用變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)后，風(fēng)力機(jī)就可以改恒速運(yùn)行為變速運(yùn)行，這樣就可能使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速度變化并保持一個(gè)恒定的最佳葉尖池，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)在額定風(fēng)速以下的整個(gè)運(yùn)行風(fēng)速范圍內(nèi)都處于最大值，從而可以恒速運(yùn)行獲取更多的能量，尤其是這種變速機(jī)組可適應(yīng)不同的風(fēng)速。1)單機(jī)容量增大隨著技術(shù)逐漸成熟,多樣化的設(shè)計(jì)概念也逐漸走向統(tǒng)一。由于風(fēng)力場中所采用的大的渦輪風(fēng)力機(jī)比小的更加經(jīng)濟(jì),因而風(fēng)力機(jī)的容量不斷增加。渦輪風(fēng)力機(jī)的容量將繼續(xù)增大。2)風(fēng)力機(jī)槳葉的變化單機(jī)容量不斷增大,槳葉的長度也不斷增長,目前最長的葉片已做到50米。渦輪風(fēng)力機(jī)技術(shù)現(xiàn)已成熟,機(jī)器的可靠性極高,可利用率通常在98%-99%之間。3)塔架高度上升在中小型風(fēng)電機(jī)的設(shè)計(jì)中,采用了更高的塔架,以捕獲更多的風(fēng)能,在50米高度捕捉的風(fēng)能要比30米高處多20%。4)控制技術(shù)的發(fā)展近年來發(fā)展了一種變速風(fēng)