新能源发电技术--风能

1 新能源发电技术 东南大学电气工程学院 程 明 第二讲 风能基本知识与风力发电概况 2 风能 风的产生 ¾ 风是空气流动的结果 ¾ 太阳辐射 ¾ 地球自转、公转 大气压差是风产生的 根本原因！ 3 ¾ 地面形态差异，各处受热不均匀 风的特性 ¾ 随机性 ¾ 随高度的增加而变化 ¾ 随季节、日夜变化 风能 风速沿高度的相对增加量因地而异，大致上可表示为 n H H V V ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= 00 一般取H0=10m, n为修正指数， 其值为1/2~1/8。 4 (a) 典型分布； (b) 不同地形风速与高度的关系. 1—大城市；2—城市及多树农村；3—平 原、沿海 风能 风的测量 ¾ 风能 单位时间内流过垂直于风速截 面积S（m2）的风能，即风功 率为 11 5 ¾ 风能密度 ¾ 风向 ¾ 风频 32 2 1 2 1 SVmVE ρ== 某风向风频=某风向出现的次数/风向的总观测次数x100% 3 2 1 V S Ew ρ== 00012.0225.1 −= hhρ (kg/m3) 风能 风频 变化陡峭，最大频率出现在低风 速区 6 风频玫瑰图 风速风频分布曲线 变化平缓，最大频 率在较高风速区 2 风能 ¾ 风速与风级 共17级，前13 级如表 7 飓风 风能资源分布 我国是风力资源较丰富的国家之一，可开发利用风能约 2.5亿kW. 8 中国风能密度分布图(W/m2) 风能资源分布 9 中国每年3-20m/s风速累计时数分布 1年=365天=8760小时 百万千瓦级风能资源区 55、河西走廊、河西走廊 11、吉林、吉林 44、内蒙草原、内蒙草原 88、山东半岛、山东半岛 22、河北北部、河北北部 66、新疆戈壁、新疆戈壁 77、黑龙江、黑龙江 10 33、张北、张北 99、苏沪沿海、苏沪沿海 12、广东 1010、浙江、浙江 1111、福建、福建 千万千瓦级风电基地规划 甘肃酒泉地区 1100万千瓦 11 新疆哈密地区 2000万千瓦 内蒙古地区 5000万千瓦 河北沿海和北部地区 1000万千瓦 江苏沿海和近海地区 1000万千瓦 中国风能分区及占全国面积百分比 指标 丰富区 较丰富区 可利用区 贫乏区 年有效风能密度(W/m2) >200 200-150 <150-50 <50 年风速≥3m/s累计小时数(h) >5000 5000-4000 <4000-2000 <2000 年风速≥6m/s累计小时数(h) >2200 2200-1500 <1500-350 <350 12 年风速≥6m/s累计小时数(h) >2200 2200-1500 <1500-350 <350 占全国面积的百分比（%） 8 18 50 24 风能最佳区：东南沿海、山东半岛、辽东半岛及海上岛屿， 内蒙古、甘肃北部，黑龙江南部、 吉林东部 风能较佳区：西藏高原中北部，东南沿海，三北的南部区 风能可利用区：两广沿海（包括福建50~1000km的沿海地带）、大小兴安岭山区，中部地区 等 风能贫乏区：云贵川、甘南、陕西、湘西、鄂西和福建、两广的山区等；塔里木盆地、雅鲁 藏布江各地 3 风能转换与利用 13 世界风力发电发展概况 年份 新增装机容量 (MW) 增长率 （%） 累计增长容量 （MW） 增长率（%） 2003 8,344 15% 40,301 26% 2004 8,154 -2% 47,912 18.9% 2005 11,407 40% 59,264 23.7% 14 。 20020033--20082008年世界风电市场的增长情况年世界风电市场的增长情况 2006 15,000 31% 75,000 26.6% 2007 20,000 33.3% 94,000 25.3% 2008 27050 35.2% 121050 28.8% 5年内平均增长率 27.5% / 24.7 风力发电概况 世界风电状况(1999,2002,2005年底总装机容量MW) 35000 45000 15 -5000 5000 15000 25000 欧洲 美国 亚洲 世界其他地区 1999(13,932MW) 2002(32,037MW) 2005(59,264MW) 风力发电发展概况 MW % 美国 25,170 20.8 德国 23,903 19.8 西班牙 16,754 13.9 中国 12,210 10.1 印度 9,645 8.0 意大利 3,736 3.1 16 世界前世界前1010位国家风电累计装机容量对比位国家风电累计装机容量对比 （截至到（截至到20020088年年1212月底）月底） 法国 3,404 2.8 英国 3,241 2.7 丹麦 3,180 2.6 葡萄牙 2,862 2.4 其他 16,693 13.8 前十名总计 104,104 86.2 全球总计 120,798 100.0 风力发电概况 17 2003-2008年新增风电装机容量区域分布 风力发电概况 目前，全球主要 风电机组制造商分布 在丹麦、美国、德国 等发达国家，排名前 18 世界主要风电机组制造商市场份额 等发达国家，排名前 5位的有维斯塔斯、 GE能源、歌美飒、 Enercon和苏司兰。 4 风电概况 风力发电所占世界总发电量的份额 年份 风能所发的电能TWh 所有能源所发的电能TWh 风力发电占世界总发电量的份额: % 1996 12.23 13,613 0.09% 1997 15.39 13,949 0.11% 1998 21.25 14,340 0.15% 1999 23.18 14,741 0.16% 19 1999 23.18 14,741 0.16% 2000 37.30 15,153 0.25% 2001 50.27 15,577 0.32% 2002 64.81 16,233 0.40% 2003 82.24 16,671 0.49% 2004 96.50 17,019 0.57% 2005 120.47 17,512 0.69% 2010 312.8 19,634 1.59% 2015 679.4 23,178 2.93% 风力发电概况 500 600 700 800 2 00% 2.50% 3.00% 3.50% 风能所发的电能 ( ) 20 0 100 200 300 400 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 10 20 15 0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 2.00% (BTM-C) TWh 风力发电所占世 界总发电总的份 额: % 风力发电概况 21 。 从从19811981~~20022002年间，风电成本由年间，风电成本由15.815.8欧分欧分//kWhkWh下降到下降到4.044.04欧欧 分分//kWhkWh，，预计预计20102010年度电成本将下降至年度电成本将下降至33欧分欧分//kWhkWh 风力发电概况 1 8 • 影响因素：60%依赖于规模化发展，40%依赖于技术进步。 • 预测：到2020年，风电成本会降低到3欧分以下，届时风电 成本可以达到常规能源发电成本水平。 风电成本持续下降 22 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 1 9 8 1 1 9 9 5 2 0 0 2 2 0 1 0 2 0 2 0 丹麦风电成本变化趋势(欧分/千瓦时) 失速调节 主动失速 定速 全球风电技术发展趋势 23 变速控制 齿轮箱 变距调节 变速调节 无齿轮箱 全球风电技术发展趋势 24 5 252010-2050年世界风电发展展望 美国2030年风电发展目标 美国能源部2008年5月公布的计划，到2030年风电装机将 达到3亿千瓦 ，将满足美国20%的电力需求。 欧盟2030年风电发展目标 风电发展目标 26 欧盟2030年风电发展目标 风电装机将达到3亿kW，其中50%是海上风电，750万千瓦 是重建项目，欧洲电力消费的25%将由风电提供。风能将 成为欧洲的主要替代能源。 全球 2020年风电发展目标 风电装机将达到15亿千瓦 我国风电发展概况 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 (W M ) 100 120 140 累计MW 新增MW 年增长率% 2009年新增13803MW，累计装机258000MW，增长113.1% 27 我国风电装机发展情况 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 P ow er 0 20 40 60 80 % 38 23 79 中国风电发展预测目标 我国风电发展概况 28 到2008年底，我国风机整机制造企业70多家,2008年内资企业 新增市场份额占当年新增的73%，累计市场份额达60%。 风电设备制造业 8 0 % 我国风电发展概况 29 1 0 . 7 0 % 1 8 % 2 5 % 3 1 % 4 4 . 8 0 % 5 9 . 5 9 % 0 % 1 0 % 2 0 % 3 0 % 4 0 % 5 0 % 6 0 % 7 0 % 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 我国内资产品在当年累计市场的份额（CWEA） 我国风电发展现状 30 各企业在2007年中国新增风电装机中的市场份额 6 其它 9.7%安迅能2.1% 运达 2.7% Nordex 2.7% GE Suzlon 2.9% 金风 21.6% 31 GE 5.2% 东汽 10.6% Vestas 11.9% Gamesa12.8% 华锐 17.7% 2008年底我国风电累计市场份额前10家企业 中国风电 机组市场 32 机组市场 33 2007年底我国累计装机中各单机容量机型的台数比例 我国风机叶 片配套情况 34 齿轮箱配套 情况 35 发电机配套 情况 36 7 控制系统 配套情况 37 我国风电产业现状 可批量生产250kW 风电机组的企业 38 。 风电机组的企业 有：浙江运达风 电工程有限公司 我国风电产业现状 可组装生产600kW风电机组的企业有：新疆金风科 技股份公司、浙江运达风电工程有限公司、西安维 德风电设备公司等 39 。 我国风电产业现状 可组装生产750kW风电机组的企业有：新疆金风 科技股份公司、浙江运达风电工程有限公司 40 。 我国风电产业现状 „新疆金风公司与Vensys公司 合作研制了1.2MW变桨变速 直驱型风电机组，样机已于 41 。 直驱型风电机组，样机已于 2005年5月安装在新疆达坂城 风电场，国产化率40％，金 风公司改进研制1.5MW风电 机组 我国风电产业现状 沈阳工业大学 沈阳华创风能有 42 。 沈阳华创风能有 限责任公司试制 了1MW变速恒频 风电机组，试制 1500KW机组已 安装． 8 我国风电产业现状 „东方汽轮机厂引进了德国Repower公司1.5MW变 速恒频风电机组技术，第一批机组已在山东荣城 安装，第二批也已海拉尔安装 43 。 我国风电产业现状 华锐风电科技有限公司 （大连重工集团）引进了 44 。 （大连重工集团）引进了 德国Fuhrlander公司 1.5MW变速恒频机组技 术，首批样机已在山东威 海安装完成 我国风电产业现状 浙江运达风力发电工程有限公司1.5MW变速 恒频机组技术，正在进行样机试制 45 。 我国风电产业现状 „保定惠德风电工程有限公司（保定惠阳航空螺旋 桨制造厂）引进了德国Fuhrlander公司1MW失速型 机组技术，样机已在辽宁仙人岛安装运行 46 。 我国风电产业现状 哈尔滨哈飞威 达风电设备有 限公司合资生 47 。 限公司合资生 产winwind公司 的１ＭＷ半直 驱机组已在黑 龙江穆棱安装 运行 我国风电产业现状 „上海电气电站集 团引进了德国 DEWIND公司 1 25MW型风电机 48 。 1.25MW型风电机 组的许可证技术； 与德国艾罗迪 (AERODYN)公司 共同开发2ＭＷ的 风电机组。 9 我国风电产业现状 „湖南湘电风能有限公司是由湘潭电机股份公司 与日本株式会社原弘产合资并引进了原荷兰 LARGWAY公司直驱2MW机组的许可证技术 49 。 我国风电产业现状 „引进了DEWIND公司许 可证技术的有： „北京重型机械集团 2MW/80m机组； 50 。 2MW/80m机组； „哈尔滨汽轮机厂 1.25MW/64M机组； „吉林通榆公司2MW和 1.25MW机组 我国风电产业现状 „瑞能北方风电设 备有限公司生产2兆 瓦MM70型风电设 备 51 。 备 我国风电产业现状 52 。 „国电集团公司、广东明阳风电技术有限公司 与德国艾罗迪(AERODYN)公司共同开发1.5 ＭＷ的低风速型风电机组 我国风电产业现状 „常州轨道车辆牵引传动工程技术研究中心 引进了沈阳工业大学的1500kW/70.5m 变桨变速恒频技术，正在进行设计和制造; 53 。 变桨变速恒频技术，正在进行设计和制造; „长江三峡开发公司正在开发立轴1500kW 机组 „南通锴炼风电设备有限公司正在研发2 MW变桨变速恒频机组 我国风电产业现状 „哈尔滨电站集团已生产了1200kW/57m 永 磁直驱机组； „上海万德风电公司正在研制1000kW/52m 永磁直驱机组，正在试制中； 54 。 永磁直驱机组，正在试制中； „中船重工（重庆）海装风电设备有限公司 与德国艾罗迪(AERODYN)公司共同开发2 ＭＷ的机组，同时生产850kW机组； „保定天威风电科技有限公司委托ＧＨ设计 1500kW/65m 机组技术 10 我国风电产业现状 „南通航天万源安迅能风电设备公司是航天 一院与西班牙纳瓦拉能源水电集团公司合资 公司，合作生产 1.5MW机组 55 。 我国风电产业现状 „恩德（银川）风电 设备制造有限公司 56 。 设备制造有限公司 生产NORDEX 1500 千瓦风力发电机组 也已下线 我国风电产业现状 „富春江水电设备有限公司与中国水电建设集团 租赁有限公司、德国恩德能源公司合资组建风力 发电设备生产企业，总投资2亿元。 57 。 我国风电产业现状 无锡宝南机器制造有限公司自行设计生产２ＭＷ 变桨变速双馈型风电机组 58 。 我国风电产业现状 „珠州车辆厂计划生产 „东方电机集团 „洛阳一拖集团 „美国公司合资生产立轴风电机组 59 。 美国公司合资生产立轴风电机组 „哈尔滨联创股份有限公司 „航天六院在内蒙古建厂 „ 齐齐哈尔市同发风电设备制造有限公司 „南平市南电水电设备制造有限公司 „……………… 我国风电产业现状 „通用电气能源（沈阳）有限公司 „歌美飒风电（天津）有限公司 „丹麦维斯塔斯风力发电设备(中国)有限公 60 。 司 „印度苏司兰能源（天津）有限公司 11 我国风电产业现状 „部件研制方面，保定惠腾公司已研制出1、 1.2MW变桨距叶片，正在试制1.5MW叶片; 61 。 我国风电产业现状 „连云港市中复连众复合材料集团有限公司引进德 国1.5MW叶片技术,已投入生产; 62 我国风电产业现状 „天津升华国际贸易有限公司和中美供应公司共同 出资生产叶片; „上海玻璃钢研究院现可生产250kW~1.5MW风力 机叶片；目前生产的风机叶片规格从4.5M~9.14M， 63 。 机叶片；目前生产的风机叶片规格从4.5M 9.14M， 同时还可为客户定制特殊机型的风机叶片。 上海玻璃钢 研究院生产 的风机叶片 我国风电产业现状 „兰州电机厂已研制出1.5/2MW双馈异步发电机; 64 。 我国风电产业现状 „永济电机厂已研制出1.5MW双馈异步发电机; 65 。 我国风电产业现状 „上海电机厂； 66 。 12 我国风电产业现状 „株洲时代电机厂。 67 。 我国风电产业现状 „南京高精齿轮股份有限公司开发1.5MW、2MW 齿轮箱。 68 。 我国风电产业现状 „重庆齿轮箱有限责任公司开发1.5MW、2MW齿 轮箱。 69 。 我国风电产业现状 „杭州前进齿轮箱集团有限公司开发1.5MW、 2MW齿轮箱。 70 。 我国风电产业现状 „中科院电工所、新疆金风公司、新疆工学院已经 能自主研制电控系统。 71 。 我国风电产业现状 „合肥阳光电源公司已研制出了配套1.5ＭＷ风电 机组的变流器。 72 。 13 我国风电发展概况 内蒙古灰腾锡勒风电场 73 内蒙古化德首台垂直轴风力机 风电在江苏 74 江苏如东风电场第一台风力发电机组，于 2006年10月25日投产 我国风电产业发展存在的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 并入电网问题 产业体系问题 产品质量问题 75 产品质量问题 自主创新问题 风电政策问题 风电人才问题 我国风电产业发展存在的问题 „技术水平远落后于市场的需求，与国际先进水 平差距较大 „自主技术研发水平低，对引进技术缺乏消化吸 收 76 。 收 ; „风电机组的经济规模尚未形成，整机和配套零 部件的供应能力严重不足 我国风电产业发展存在的问题 „风电机组技术开发过程中缺乏试验和测试平台 „风电场建设、发展相关配套技术研究缺乏 风电产业核心技术和专利缺失 77 。 „风电产业核心技术和专利缺失 „风电技术人才严重缺乏