新能源發(fā)電技術(shù) 課件 第一章-新能源發(fā)電概述

第一章新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院本章內(nèi)容：能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略風(fēng)力發(fā)電光伏發(fā)電儲能

第一章新能源發(fā)電概述新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略能源儲量結(jié)構(gòu)新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述我國可再生能源資源豐富，但是我國人口眾多，能源資源相對匱乏。新能源大多分布于西北、西南、中南等非經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)，利用率不理想。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)能源產(chǎn)出仍以煤炭為主，一次能源產(chǎn)量穩(wěn)定增長，二次能源產(chǎn)出遞增。能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，清潔能源比重逐年提升。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述我國歷年各類型裝機(jī)發(fā)電量占比規(guī)模以上工業(yè)原煤產(chǎn)量增速月度走勢?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)能源消費(fèi)總量均處于低速增長狀態(tài)，以較低的能源消費(fèi)增速支撐經(jīng)濟(jì)的中高速發(fā)展。我國能源消費(fèi)構(gòu)成中，煤炭處于主體性地位，石油和天然氣對外依存度高，可再生能源消費(fèi)占比持續(xù)提升。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略“十三五”能源發(fā)展成就能源資源開發(fā)利用效率大幅提高生態(tài)環(huán)境明顯改善節(jié)能降耗減排取得突出成效“十四五”發(fā)展規(guī)劃繼續(xù)加速生產(chǎn)生活方式綠色轉(zhuǎn)型構(gòu)建新型能源體系新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述新能源發(fā)電技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展實際電網(wǎng)的復(fù)雜特征新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述新能源發(fā)電質(zhì)量有所下降惡劣電能質(zhì)量對新能源發(fā)電系統(tǒng)本身的安全運(yùn)行造成威脅三相電壓不平衡諧波電壓畸變非理想運(yùn)行狀態(tài)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展故障穿越技術(shù)新能源發(fā)電系統(tǒng)的故障穿越是指新能源發(fā)電機(jī)組能夠成功穿越一定時間段內(nèi)的一定程度的電網(wǎng)電壓故障，保持風(fēng)電機(jī)組在故障期間不脫網(wǎng)運(yùn)行。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述電網(wǎng)故障電網(wǎng)頻率故障電網(wǎng)電壓故障對稱電壓故障不對稱電壓故障?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展穩(wěn)定運(yùn)行與振蕩抑制技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述新能源設(shè)備與電網(wǎng)阻抗特性的不匹配新能源發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)所構(gòu)成的互聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定裕度不足振蕩失穩(wěn)系統(tǒng)對新能源消納能力下降甚至局部電網(wǎng)崩潰振蕩問題理論分析特征值分析法幅相動力學(xué)分析法……阻抗分析法振蕩抑制方法優(yōu)化控制參數(shù)阻抗重塑技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展儲能技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述發(fā)電可控新能源出力不可控，可調(diào)容量、慣量下降負(fù)荷相對確定分布式新能源和電力電子負(fù)荷加深不確定性電能傳輸方向確定電能傳輸方向不確定負(fù)荷側(cè)儲能提高電能質(zhì)量支撐分布式新能源接入提升用戶靈活調(diào)節(jié)能力發(fā)電側(cè)儲能平滑風(fēng)光出力跟蹤發(fā)電計劃調(diào)峰調(diào)頻能力無功支撐事故備用提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定水平電網(wǎng)側(cè)儲能?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電概述新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述風(fēng)電迅速發(fā)展可再生能源發(fā)展迅速，其中風(fēng)電已經(jīng)成為目前技術(shù)最為成熟、最具規(guī)?；_發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的新能源。矛盾問題凸顯設(shè)備產(chǎn)能過剩、質(zhì)量問題、風(fēng)電機(jī)組吊裝后不能及時投產(chǎn)風(fēng)電送出消納問題亟需技術(shù)進(jìn)步，降低新能源發(fā)電成本……?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電基本原理風(fēng)力機(jī)可將氣流的動能轉(zhuǎn)為機(jī)械能，是風(fēng)力發(fā)電的必要條件之一。實際風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中普遍采用水平軸風(fēng)力機(jī)，其通常由葉片、塔架、機(jī)艙等部分組成。風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)原理新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述（1）風(fēng)輪風(fēng)輪由葉片和輪轂組成，是風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能的部件。（2）塔架為風(fēng)力機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，可保證葉片能在具有較高風(fēng)速的位置運(yùn)行。（3）機(jī)艙機(jī)艙內(nèi)則有傳動裝置、控制系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)等。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電基本原理風(fēng)力機(jī)利用風(fēng)能轉(zhuǎn)化成的機(jī)械功率為

其中，風(fēng)能利用系數(shù)Cp

是葉尖速比λ和葉片槳距角β的函數(shù)。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)原理在風(fēng)速低于額定風(fēng)速時，槳葉節(jié)距角β=0°，

通過變速恒頻裝置，風(fēng)速變化時改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，使風(fēng)能

利用系數(shù)恒定在最大值Cpmax，捕獲最大風(fēng)能。在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距角從而減少葉輪輸入功率，使發(fā)電機(jī)輸出功率穩(wěn)定在額定功率。在槳距角β固定時，對應(yīng)于風(fēng)力機(jī)最大風(fēng)能利用系數(shù)，有一個最佳葉尖速比λm。要時刻進(jìn)行變速控制，保證以最佳葉尖速比λm運(yùn)行。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)型離網(wǎng)型保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變以得到恒頻電能系統(tǒng)容量較小可配備儲能單元以提供穩(wěn)定電力占風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)比例較小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速受風(fēng)速變化影響恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（CSCF系統(tǒng)）變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（VSCF系統(tǒng)）新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)單機(jī)容量為600kW～750kW的風(fēng)電機(jī)組多采用恒速運(yùn)行方式，一般采用鼠籠型異步發(fā)電機(jī)，恒速風(fēng)電機(jī)組主要有兩種類型：定槳距失速型和變槳距風(fēng)力機(jī)。風(fēng)能的利用率低風(fēng)速突變時易產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力并網(wǎng)時電流沖擊較大不能有效控制無功功率，需要額外補(bǔ)償無功恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類鼠籠式異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化，通過定子繞組與電網(wǎng)之間的變頻器把變頻的電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)頻率相同的恒頻電能。缺點(diǎn)：變頻器在定子側(cè)，變頻器容量需要與發(fā)電機(jī)容量相同，變流系統(tǒng)成本和體積過大新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)為轉(zhuǎn)子交流勵磁雙饋發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)子電路實現(xiàn)，流過功率為交流勵磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，所需變頻器容量小可實現(xiàn)有功、無功功率的靈活控制雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)多采用永磁同步發(fā)電機(jī)在定子電路實現(xiàn)，把永磁發(fā)電機(jī)發(fā)出變頻的交流電通過變頻器轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻的交流電可靠性高，電網(wǎng)適應(yīng)性較強(qiáng)直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類混合式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)多采用永磁同步發(fā)電機(jī)采用一級齒輪箱傳動設(shè)計，克服了低速發(fā)電機(jī)和多級齒輪傳動的不足減小發(fā)電機(jī)和齒輪箱的體積與重量，提高發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率混合式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電概述光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，具有可靠、穩(wěn)定、壽命長、安裝維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述太陽能電池組件控制器直流負(fù)載交流負(fù)載逆變器蓄電池光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展趨勢趨向高能量轉(zhuǎn)換效率、低生產(chǎn)成本從西部向中東部地區(qū)轉(zhuǎn)移由大型集中式電站轉(zhuǎn)向分布式光伏電站?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電光伏發(fā)電原理光伏電池傳統(tǒng)光伏電池由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成，當(dāng)半導(dǎo)體吸收能量大于其帶隙能量的光子時，電子躍遷產(chǎn)生電子-空穴對，在內(nèi)建電場的作用下分離，形成與內(nèi)建電場方向相反的光生電場。接通負(fù)載后，電子將在外電路中流動產(chǎn)生電流。光生伏特效應(yīng)光伏板陣列是光伏系統(tǒng)的重要組成部分。在光照情況下，光伏板吸收光能，兩端出現(xiàn)異號電荷積累，產(chǎn)生“光生電壓”。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電光伏發(fā)電原理逆變器：由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負(fù)載是交流負(fù)載時，因此必須通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出特性可由下式表示新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述式中，A為常數(shù)因子，K為玻爾茲曼常數(shù)，T為溫度，q為電子電荷，ID0為太陽電池在無光照時的飽和電流太陽電池非線性直流電源電壓增加功率增大最大功率點(diǎn)電阻增加電阻增加功率減少最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電光伏發(fā)電系統(tǒng)分類光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)型離網(wǎng)型偏遠(yuǎn)地區(qū)供電備用電源集中式光伏系統(tǒng)分布式光伏系統(tǒng)新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電光伏發(fā)電系統(tǒng)分類集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)基本原理光伏陣列通過匯流箱與大功率集中式光伏逆變器相連，光伏逆變器實現(xiàn)光伏陣列的MPPT控制，將輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電經(jīng)升壓變壓器傳輸給高壓電網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)光伏效率穩(wěn)定，利用率高運(yùn)行方式靈活建設(shè)周期短，成本低等缺點(diǎn)輸電線路長，損耗大，易出現(xiàn)輸電線路的損耗、電壓跌落、無功補(bǔ)償?shù)葐栴}新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電光伏發(fā)電系統(tǒng)分類分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)

特指采用光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)。倡導(dǎo)就近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉(zhuǎn)換，就近使用的原則，必須接入公共電網(wǎng)。特點(diǎn)輸出功率相對較小污染小，環(huán)保效益突出可以發(fā)電用電并存一地兩用，有效減少光伏系統(tǒng)的占地面積新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電光伏發(fā)電系統(tǒng)分類離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)

離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)是一種不與電網(wǎng)相連的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于偏僻山區(qū)、無電區(qū)、海島、通訊基站和路燈等應(yīng)用場所?；竟ぷ鬟^程光照條件下，太陽電池組件產(chǎn)生一定電動勢，通過充放電控制器對蓄電池進(jìn)行充電，貯存電能；夜晚，蓄電池組為逆變器提供輸入電，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，輸送到配電柜，由配電柜切換供電。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.4儲能概述發(fā)展現(xiàn)狀隨國家能源轉(zhuǎn)型不斷深入及對電力系統(tǒng)靈活性要求不斷提高，儲能將繼續(xù)保持強(qiáng)勁的增長趨勢。

新能源配合儲能系統(tǒng)能夠增強(qiáng)新能源發(fā)電的穩(wěn)定性、連續(xù)性和可控性，使得電力系統(tǒng)獲得了更快速、靈活的瞬時功率平衡能力，也使得新能源具備了能夠向電網(wǎng)提供穩(wěn)定性支撐的能力。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述各類型儲能裝機(jī)容量占比（截至2023年）?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.4儲能概述新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述快速動態(tài)能量吸收或釋放，平抑新能源出力波動；提高新能源跟蹤發(fā)電計劃的能力；主動向電網(wǎng)提供系統(tǒng)阻尼，抑制振蕩。支撐大規(guī)模集中新能源并網(wǎng)接入提高分布式新能源的高效利用與友好接入提高新能源對電網(wǎng)提供支撐服務(wù)和實現(xiàn)故障穿越的能力實現(xiàn)新能源發(fā)電在時間上的遷移，迎合負(fù)荷需求；削減等效負(fù)荷峰值，優(yōu)化資源配置成本，增強(qiáng)電網(wǎng)對新能源的接納與傳輸能力。使新能源電站能夠具備和常規(guī)機(jī)組類似的參與AGC、一次調(diào)頻與調(diào)峰能力；與各種傳統(tǒng)及智能化控制技術(shù)實現(xiàn)協(xié)同應(yīng)用。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.4儲能常見儲能形式抽水蓄能基本原理

電網(wǎng)低谷時利用過剩電力將作為液態(tài)能量媒體的水從低標(biāo)高的水庫抽到高標(biāo)高的水庫，電網(wǎng)峰荷時高標(biāo)高水庫中的水回流到低標(biāo)高水庫推動水輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電。特點(diǎn)響應(yīng)速度快具有日調(diào)節(jié)能力建設(shè)周期長，受地形限制新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述最成熟，使用最廣泛的物理儲能方式?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.4儲能常見儲能形式飛輪儲能基本原理

利用電能驅(qū)動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，在需要的時候通過飛輪慣性拖動電機(jī)發(fā)電，將儲存的機(jī)械能變?yōu)殡娔茌敵?。特點(diǎn)功率密度高、快響應(yīng)、高頻次、效率高壽命長、無污染能量密度低，自放電率高新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.4儲能常見儲能形式壓縮空氣儲能基本原理

在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動汽輪機(jī)發(fā)電。特點(diǎn)輸出功率大成本低，運(yùn)行壽命長建設(shè)受地形和地質(zhì)條件限制新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工