動力工程系宋長華副教授專題講座1風電的優越性2一風力發電現狀3世界風電現狀4世界風電發展預測世界風電在加速發展，裝機容量每年以近30％的速度遞增。按照德國風電發展計劃，到2010年，風電電量將占總發電量的12.5％；到2050年，將占到50％。丹麥的風電電量2003年占全國總發電量的18％，規劃到2030年，風電將占總發電量的50％。西班牙、英國和法國也加快了風電的發展。5三、我國風電現狀2007年全球新增風力發電裝機容量為20,073MW，增長32.1，美國(5,244MW)、西班牙(3,522MW)及中國(3,449MW)位居前三名，2007年全球累計風力發電裝機容量為94,112MW，增長26.8，超出GWEC之前預估的22.6，其中中國07年累計的風力發電裝置容量已達6,050MW（605萬千瓦），擠下丹麥成為世界第五位風力發電國，中國07年風力發電總裝置容量及新增裝置容量增幅分別高達132.3及156，增長幅度同居世界第一位，到2010年，風力發電總裝機容量達到1000萬千瓦6我國風電現狀2007年中國除省外新增風電機組3144臺，裝機容量328.7萬kW。與2006年當年新增裝機133.7萬kW相比，2007年當年新增裝機增長率為145.8%。2007年中國除臺灣省外累計風電機組6458臺，裝機容量589.0萬kW，風電場158個。分布在22個省（市、區、特別行政區），比前一年增加了北京、天津、山西、河南、湖北、湖南等六個省市。與2006年累計裝機259.9萬kW相比，2007年累計裝機增長率為126.6%。2007年風電上網電量估計約52億kW?h。7我國風電造價8四、主要風力發電國家發展現狀(1)德國：裝機容量到1994年末就達64．3萬kw，到1997年未達200萬kw以上，超過美國成為世界第一風電大國；僅在1999年1年就新增156．8萬kw，使風電總裝機達到444．5萬kw，發電量占全國的4．5％。到2001年底，總裝機容量達到873萬kw，占世界風力發電總裝機容量的35％。德國政府計劃，到2010年要使新能源占總裝機容量的10％，2050年時達到50％。9(2)美國10(3)丹麥丹麥是世界上最大的風力發電機組生產國，產量占世界60％以上。在其出口產業中占第二位。1999年丹麥風電總裝機達174萬kW，其發電量巳占全國總量的10％：2030年將達550萬kw，發電量將占全國近50％，其中海上風電場裝機將達400萬kw。丹麥政府計劃，未來新能源(主要是風電和生物質能)將提供75％以上的能源供應，燃煤發電將逐漸淘汰。11二、我國風電場介紹（圖1、圖2、圖3）12中國風電場分布132、達坂城風電場14達坂城風電場153、輝騰錫勒風電場輝騰錫勒風電場是1995年成立的風電企業。場址位于內蒙中旗，海拔2010～2131m，風速7.4～8.2m/s。規劃容量120萬千瓦，年發電量33億千瓦時。現裝機72臺，總容量42700kW。股東：龍源電力集團公司(50%)介紹16重慶風電17世界風力發電發展趁勢18我國“十五”期間風力發電的發展目標

“十五”期間，我國計劃新增風電容量119.2萬千瓦。其中達坂城及阿拉山口地區新增9.87萬千瓦，內蒙古輝騰錫勒及赤峰地區新增13.85萬千瓦，吉林通榆地區新增9.28萬千瓦，黑龍江富錦及木蘭地區新增6.18萬千瓦，河北張北、黃驊及承德地區新增9.18萬千瓦，江蘇如東和啟東地區新增9萬千瓦，遼寧營口、大連、沈陽等地新增9.76萬千瓦，廣東南澳、惠來和湛江等地新增9.04萬千瓦，上海崇明和南匯等地新增8萬千瓦，其余省份“十五”期間合計新增35.04萬千瓦。

“十五”期間，風力發電發展重點是：一是新建設10萬千瓦風電場約3－5座（包括海上風電場），并取得規模效益；二是鼓勵有風能資源但還未建設一座風電場地區的電力企業或非電力企業開發風電項目，尤其在經濟發達地區，風電上網電價也較容易分攤，更需加快速度開發風電，為今后電源建設中風力發電占一定比例的配額制打好基礎。19三、風與風力資源一、風的產生與特性產生：風是地球外表大氣層由于太陽的熱輻射而引起的空氣流動；大氣壓差是風產生的根本原因。特性：周期性、多樣性、復雜性20風的能量與測量1、產生能量的基本要素：

風具有一定的質量和速度。2、風能的一些主要特性參數：如風能、風能密度、風速與風級、風向與風頻以及風的測量等。1）風能：空氣運動產生的動能稱為“風能”。2）風能密度：單位時間內通過單位截面積的風能。3）風速與風級：風速就是空氣在單位時間內移動的距離，國際上的單位是米／秒(m/s)或千米／小時(km／h)。分13級4）風向與風頻：通常把風吹來的地平方向定為風的方向，即風向。風頻是指風向的頻率，即在一定時間內某風向出現的次數占各風向出現總次數的百分比，5）風的測量：風的測量儀器主要有風向器、杯形風速器和三杯輕便風向風速表等。21風力資源據理論計算，太陽輻射到地球的熱能中約有2％被轉變成風能，全球大氣中總的風能量約為1014MW，其中蘊藏的可被開發利用的風能約有3.5×109MW，這比世界上可利用的水能大10倍。（一）世界風力資源分布根據世界能源理事會的有關資料，地球表面有27％的地區年平均風速高于5m／s(距地而10m高)。如將這些地方用作風力發電場，則每km2的風力發電能力最大值可達8Mw，總裝機容量可達24x1013w。據分析，實際上陸地面積中風力大于5m／s的地區，其中僅4％有可能安裝風力發電機組。22世界風能資源評估23中國風力資源24風能的利用按照不同的需要，風能可以被轉化成其他不同形式的能量，如機械能、電能、熱能等，以實現提水灌溉、發電、供熱、風帆助航等功能。21世紀風能利用的主要領域是風力發電。25風電造價26水平軸風力發電機組成目前商用大型風力發電機組一般為水平軸風力發電機，它由風輪、增速齒輪箱、發電機、偏航裝置、控制系統、塔架等部件所組成。風輪的作用是將風能轉換為機械能，它由氣動性能優異的葉片（目前商業機組一般為2—3個葉片）裝在輪轂上所組成，低速轉動的風輪通過傳動系統由增速齒輪箱增速，將動力傳遞給發電機。上述這些部件都安裝在機艙平面上，整個機艙由高大的搭架舉起，由于風向經常變化，為了有效地利用風能，必須要有迎風裝置，它根據風向傳感器測得的風向信號，由控制器控制偏航電機，驅動與塔架上大齒輪咬合的小齒輪轉動，使機艙始終對風。27四、風力發電設備一、組成：風力發電機組包括兩大部分；一部分是風力機，由它將風能轉換為機械能；另一部分是發電機，由它將機械能轉換為電能。二、分類：1）根據它收集風能的結構形式及在空間的布置，可分為水平軸式或垂直軸式。2）從塔架位置上，分為上風式和下風式；3）還可以按槳葉數量，分為單葉片、雙葉片、三葉片、四葉片和多葉片式。4）從槳葉和形式上分，有螺旋槳式、H型、S型等；5）按槳葉的工作原理分，則有升力型和阻力型的區別。6）以風力機的容量分，則有微型(1kW以下)、小型(1—10kW)、中型(10—100kW)和大型(100kw以上)機。281、水平軸力風機特點：風力機的風輪軸與地面呈水平狀態，稱水平軸風力機。組成：它一般內風輪增速器、調速器、調向裝置、發電機和塔架等部件組成，大中型風力機還有自動控制系統。圖應用：這種風力機的功率從幾十千瓦到數兆瓦，是日前最具有災際開發價值的風力機：類型：有傳統風車、低速風力機及高速風力機等3大類型。29風輪直徑，通常風力機的功率越大，直徑越大；葉片數目，高速發電用風力機為2—4片，低速風力機大干4片；葉片材料，現代常采用高強度低密度的復合材料；風能利用系數，一般為0.15—0.5之間；啟動風速，一般為3—5m/s;停機風速，通常為15—35m／s;輸出功率，現代風力機一般為幾百干瓦—幾兆瓦；發電機，分為直流發電機和交流發電機；另外還有塔架高度等等。30水平軸力風機圖312、垂直軸風力機特點：凡風輪轉軸與地面呈垂直狀態的風力機叫垂直抽風力機。形式有：如s型、H型、Ф型等。應用：雖然目前垂直軸風力機尚未大量商品化，但是它有許多特點，如不需大型塔架、發電機可安裝在地面上、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。各種形式的垂直軸風力機。32垂直軸型風力機圖33五、風力發電系統及裝置(一)風力發電機組的系統組成

風力發電系統是將風能轉換為電能的機械、電氣及共控制設備的組合。通常包括風輪、發電機、變速器(小、微容量及特殊類型的也有不包括變速器的)及有關控制器和儲能裝置。34（二）調向機構作用：用來調整風力機的風輪葉片旋轉平而與空氣流動方向相對位置的機構。因為當風輪葉片旋轉平面與氣流方向垂直時，也即是迎著風向時，風力機從流動的空氣中獲取的能量最大，因而風力機的輸出功率最大，所以調向機構又稱為迎風機構(國外通稱偏航系統)。類型：小型水平軸風力機常用的調向機構有尾舵和尾車；風電場中并網運行的中大型風力機則采用由伺服電動機。35（三）發電機微型及容量在10kW以下的小型風力發電機組，采用永磁式或自勵式交流發電機，經整流后向負載供電及向蓄電池充電；容量在l00kw以上的并網運行的風力發電機組，則應用同步發電機或異步發電機：（四）升速齒輪箱作用：是將風力機軸上的低速旋轉輸入轉變為高速旋轉輸出，以便與發電機運轉所需要的轉速相匹配。36（五）塔架水平抽風力發電機組需要通過塔架將其置于空中，以捕捉更多的風能。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）控制系統組成：100kw以上的中型風力發電機組及1Mw以上的大型風力發電機組皆配有由微機或可編程控制器(PLC)組成的控制系統來實現控制、自檢和顯示功能。37控制系統主要功能：①按預先設定的風速值(一般為3—4m／s)自動啟動風力發電機組，并通過軟啟動裝置將異步發電機并人電網。②借助各種傳感器自動檢測風力發電機組的運行參數及狀態，包括風速、風向、風力機風輪轉速、發電機轉速、發電機溫升、發電機輸出功率、功率因數、電壓、電流等以從齒輪箱軸承的油溫、液壓系統的油壓等。③當風速大干最大運行速度(一般設定為25m／s)時實現自動停機。④故障保護。⑤通過調制解調器與電話線連接。38水平軸中大風力發電機組基本結構39六、大型并網型風力發電機組類型：目前世界上比較成熟的并網型風力發電機組多采用水平軸風力機，其形式多種多樣常見的水平軸風力機類型有：①單葉片式；②雙葉片式；②三葉片式；④多葉片風車式⑤車輪式多葉片風車式；⑥迎風式；⑦背風式等。基本組成：典型的大型風力發電機組通常主要由葉輪、傳動系統、發電機、調向機構及控制系統等幾大部分組成。40小型風力發電機圖41風力發電連接電網系統圖42低楊程風力提水機圖43風電系統圖144風力機結構圖45南澳風電場46風電場147東山風電場48中國風電歷年裝機圖49七、

風力發電運行方式分類：獨立運行和并網運行兩種運行方式。一、獨立運行方式獨立運行的風力發電機組，又稱離網型風力發電機組，是把風力發電機組輸出的電能經蓄電池蓄能，再供應用戶使用，如需要交流電，則要加逆變器。（一）儲能系統：風力發電系統采用的儲能系統主要有：蓄電池儲能、抽水蓄能。正在研究試驗的有壓縮空氣儲能、飛輪儲能、電解水制氫儲能等。50（一）風力發電特點及優勢:51(二)與其他發電形式的聯合運行常用的方式主要有：

1風力——柴油發電聯合運行

2風力——大陽能電地發電聯合運行風力一光伏聯合系統有兩種不同的運行方式：（1）切換運行，即有風時由風力發電機組供電，有太陽光時由太陽能電池方陣供電，這種方式簡單，但系統的效率較低：（2）同時運行，風力發電機組與太陽能電池方陣同時向苦電池組充電，可以充分發揮兩者的效能，系統效率高。52(三)并網運行方式作用：采用風力發電機與電網連接，由電網輸送電能的方式，是克服風的隨機性而帶來的蓄能問題的最穩妥易行的運行方式，同時可達到節約礦物燃料的目的。應用：10kw以上直至Mw級的風力發電機組皆可采用這種方式。并網運行又可分為兩種不同的方式：①恒速桓頻方式，即風力發電機組的轉速不隨風速的波動而變化，始終維持恒轉速運轉，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，具有簡單可靠的優點，但是對風能的利用不充分。②變速恒頻方式，即風力發電機組的轉速隨風速的波動作變速運行，但仍輸出恒定頻率的交流電。這種方式可提高風能的利用率，但將導致必須增加實現恒頻輸出的電力電子設備，同時還應解決由于變速運行而在風力發電機組文撐結構上出現共振現象等問題。53八風電場一、概念風力發電場是日前世界上風力發電并網運行方式的基本形式。圖1、圖2、圖3，在風能資源良好的地區，將幾十臺、幾百臺或幾千臺單機容量從數十kw、數百kw直至MW級以上的風力發電機組按一定的陣列布局方式成群安裝而組成的風力發電機群體．稱為風力發電場，簡稱風電場。風力發電場屬于大規模利用風能的方式，其發出的電能全部經變電設備送往大電網。54風力發電場的選址1、考慮因素：風電場場址選擇的最主要的因素是風能資源、環境影響、道路交通及電網條件等許多出素。2、主要依據：風力資源風塔建設條件氣象數據地形地貌對居民影響55風力發電場的風力發電機組排布作用：合理地選擇機組的排列方式，以減少機組之間的相互影響，風電場內風力發電機組的排列應以風電場內可獲得最大的發電量來考慮。影響因素：主要受風能分布、風場地形和土地征用的影響。機組排列的最主要原則：是充分利用風能資源，最大程度利用風能。56風力發電場的經濟效益評估風電場容量系數即發電成本是衡量風力發電場經濟效益的重要指標。風電場內風力發電機組容量系數的計算方法為：57風電場每kWh