风力发电技术 1 1-1 风与风力资源一、风的产生与特性 ? 产生：风是地球外表大气层由于太阳的热辐射 产生： 而引起的空气流动； 而引起的空气流动；大气压差是风产生的根本 原因。 原因。 ? 特性：周期性、多样性、复杂性 特性：周期性、多样性、 2 二、风的能量与测量产生能量的基本要素： 风具有一定的质量和速度。 1、产生能量的基本要素： 风具有一定的质量和速度。 风能的一些主要特性参数：如风能、风能密度、 2、风能的一些主要特性参数：如风能、风能密度、风速与风风向与风频以及风的测量等。 级、风向与风频以及风的测量等。 风能：空气运动产生的动能称为“风能” 1）风能：空气运动产生的动能称为“风能”。 风能密度：单位时间内通过单位截面积的风能。 2）风能密度：单位时间内通过单位截面积的风能。 风速与风级：风速就是空气在单位时间内移动的距离， 3）风速与风级：风速就是空气在单位时间内移动的距离，国际上的单位是米／ 或千米／ 国际上的单位是米／秒(m/s)或千米／小时 ／h)。分13级 或千米 小时(km／ 。 级 风向与风频：通常把风吹来的地平方向定为风的方向， 4）风向与风频：通常把风吹来的地平方向定为风的方向，即风向。风频是指风向的频率，即在一定时间内某风向出 风向。风频是指风向的频率， 是指风向的频率 现的次数占各风向出现总次数的百分比， 现的次数占各风向出现总次数的百分比， 风的测量：风的测量仪器主要有风向器 杯形风速器和 风向器、 5）风的测量：风的测
量仪器主要有风向器、杯形风速器和三杯轻便风向风速表等 三杯轻便风向风速表等。 3 三、风力资源 ? 据理论计算，太阳辐射到地球的热能中约有2％被转 据理论计算，太阳辐射到地球的热能中约有 ％ 变成风能，全球大气中总的风能量约为10 14MW，其 变成风能，全球大气中总的风能量约为 ， 中蕴藏的可被开发利用的风能约有3.5× 中蕴藏的可被开发利用的风能约有 ×10 9MW，这 ， 比世界上可利用的水能大10倍 比世界上可利用的水能大 倍。 （一）世界风力资源分布 ? 根据世界能源理事会的有关资料，地球表面有 ％ 根据世界能源理事会的有关资料，地球表面有27％ 的地区年平均风速高于5m／ 距地而 距地而10m高)。如将 的地区年平均风速高于 ／s(距地而 高。 这些地方用作风力发电场，则每km 这些地方用作风力发电场，则每 2的风力发电能力 最大值可达8Mw，总装机容量可达 最大值可达 ，总装机容量可达24x1013w。 。 ? 据分析，实际上陆地面积中风力大于 ／s 的地区， 据分析，实际上陆地面积中风力大于5m／ 的地区， 其中仅4％有可能安装风力发电机组。 其中仅 ％有可能安装风力发电机组。 4 世界风能资源评估 5 (二)中国风力资源 二 中国风力资源 ? 中国风能资源十分丰富，全国风能储量约4.8 3×10 9MW ，可 中国风能资源十分丰富，全国风能储量约 × 开发利用的风能资源总量达2.53亿kw。 开发利用的风能资源总量达 亿 。 ? 在中国，风能资源主要分布在新疆、内蒙古等北部 在中国，风能资源主要分布在新疆、 地
区和东部至南部沿海地带及岛屿。 地区和东部至南部沿海地带及岛屿。 1、风能最佳区：(1)东南沿海、山东半岛、辽东半岛以及海 东南沿海、 、风能最佳区： 东南沿海 山东半岛、上岛屿。(2)内蒙古、甘肃北部。(3)黑龙江南部、吉林东部。 内蒙古、 黑龙江南部、 上岛屿。 内蒙古 甘肃北部。 黑龙江南部 吉林东部。 2、风能较佳区：(1)西藏高原中北部。（ ）三北北部。(3)东 、风能较佳区： 西藏高原中北部。（2）三北北部。 东 西藏高原中北部。（ 南沿海(离海岸线 离海岸线20—50kM) 南沿海 离海岸线 ? 3、风能可利用区：(1)两广沿海。(2)大小兴安岭山区。3) 风能可利用区： 两广沿海 两广沿海。 大小兴安岭山区 大小兴安岭山区。东从辽河平原向西，过华北太平原经西北到最西端， 东从辽河平原向西，过华北太平原经西北到最西端，左侧绕 西藏高原边缘部分，右侧从华北向南面淮讨、长江到南岭。 西藏高原边缘部分，右侧从华北向南面淮讨、长江到南岭。 6 （三）风能的利用 ? 按照不同的需要，风能可以被转化成其他不同形式的能量，如机 按照不同的需要，风能可以被转化成其他不同形式的能量， 械能、电能、热能等，以实现提水灌溉 发电、供热、 提水灌溉、 械能、电能、热能等，以实现提水灌溉、发电、供热、风帆助航 功能。 世纪风能利用的主要领域是风力发电。 世纪风能利用的主要领域是风力发电 等功能。21世纪风能利用的主要领域是风力发电。 7 1-2 风力发电设备组成：风力发电机组包括两大部分； 一、组成：风力发电机
组包括两大部分； 一部分是风力机 由它将风能转换为机械能； 风力机， 一部分是风力机，由它将风能转换为机械能； 另一部分是发电机 由它将机械能转换为电能。 发电机， 另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能。 分类： 二、分类： 1）根据它收集风能的结构形式及在空间的布置，可分为水平轴 ）根据它收集风能的结构形式及在空间的布置， 式或垂直轴式。 式或垂直轴式。 2）从塔架位置上，分为上风式和下风式； ）从塔架位置上，分为上风式和下风式； 3）还可以按桨叶数量，分为单叶片、双叶片、三叶片、四叶片 ）还可以按桨叶数量，分为单叶片、双叶片、三叶片、 和多叶片式。 和多叶片式。 4）从桨叶和形式上分，有螺旋桨式、H型、S型等； 型等； ）从桨叶和形式上分，有螺旋桨式、 型 型等 5）按桨叶的工作原理分，则有升力型和阻力型的区别。 ）按桨叶的工作原理分，则有升力型和阻力型的区别。 6）以风力机的容量分，则有微型 以下)、 ）以风力机的容量分，则有微型(1kW以下 、小型 以下 小型(1—10kW)、 、 中型(10—100kW)和大型 和大型(100kw以上 机。 以上)机 中型 和大型 以上 8 1、水平轴力风机 、特点：风力机的风轮轴与地面呈水平状态， 特点：风力机的风轮轴与地面呈水平状态，称 水平轴风力机。 水平轴风力机。 组成：它一般内风轮增速器 调速器、 风轮增速器、 组成：它一般内风轮增速器、调速器、调向装 发电机和塔架等部件组成， 塔架等部件组成 置、发电机和塔架等部件组成，大中型风力 机
还有自动控制系统 自动控制系统。 机还有自动控制系统。图 应用：这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦， 应用：这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦， 是日前最具有灾际开发价值的风力机： 是日前最具有灾际开发价值的风力机： ? 类型：有传统风车、低速风力机及高速风力 类型： 传统风车、低速风力机及 大类型。 机等3大类型。 大类型 9 风力机的主要技术指标参数风轮直径，通常风力机的功率越大，直径越大； ① 风轮直径，通常风力机的功率越大，直径越大； 叶片数目，高速发电用风力机为2—4片，低速风力 ② 叶片数目，高速发电用风力机为 片 ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 机大干4片 机大干 片； 叶片材料，现代常采用高强度低密度的复合材料； 叶片材料，现代常采用高强度低密度的复合材料； 风能利用系数，一般为0.15—0.5之间； 之间； 风能利用系数，一般为 之间 启动风速，一般为3—5m/s; 启动风速，一般为 停机风速，通常为15—35m／s; 停机风速，通常为 ／ 输出功率，现代风力机一般为几百干瓦—几兆瓦 几兆瓦； 输出功率，现代风力机一般为几百干瓦 几兆瓦； 发电机，分为直流发电机和交流发电机； 发电机，分为直流发电机和交流发电机； 另外还有塔架高度等等。 另外还有塔架高度等等。 10 水平轴力风机图 11 2、垂直轴风力机 、特点： 特点：凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风力 机叫垂直抽风力机。 机叫垂直抽风力机。 形式有： 型 形式有：如s型、H型、Ф型等。 型 应用： 应用：虽然目前垂直轴风力机
尚未大量商品 但是它有许多特点，如不需大型塔架、 化，但是它有许多特点，如不需大型塔架、 发电机可安装在地面上、 发电机可安装在地面上、维修方便及叶片制 造简便等，研究日趋增多， 造简便等，研究日趋增多，各种形式不断出 各种形式的垂直轴风力机。 现。各种形式的垂直轴风力机。 12 Ф型风力机图 13 三、风力发电系统及装置 (一)风力发电机组的系统 一 风力发电机组的系统 组成 ? 风力发电系统是将风能转换为电能的机械、 换为电能的机械、电气及 共控制设备的组合。 共控制设备的组合。 ? 通常包括风轮、发电机、 通常包括风轮 发电机、 风轮、 变速器(小 变速器 小、微容量及特殊 类型的也有不包括变速器 及有关控制器 的)及有关控制器和储能装 及有关控制器和 置。 14 （二）调向机构作用： 作用：用来调整风力机的风轮叶片旋转平而与空气流动方向相对位置的机构。 流动方向相对位置的机构。因为当风轮叶片旋转平 面与气流方向垂直时，也即是迎着风向时， 面与气流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机 从流动的空气中获取的能量最大， 从流动的空气中获取的能量最大，因而风力机的输 出功率最大，所以调向机构又称为迎风机构 迎风机构(国外 出功率最大，所以调向机构又称为迎风机构 国外 通称偏航系统)。 通称偏航系统 。 类型：小型水平轴风力机常用的调向机构有尾 类型：小型水平轴风力机常用的调向机构有尾 舵和尾车；风电场中并网运行的中大型风力 尾车； 机则采用由伺服电动机 伺服电动机。 机
则采用由伺服电动机。 15 （三）发电机微型及容量在10kW以下的小型风力发电机组， 以下的小型风力发电机组， 微型及容量在 以下的小型风力发电机组 采用永磁式或自励式交流发电机 永磁式或自励式交流发电机， 采用永磁式或自励式交流发电机，经整流后 向负载供电及向蓄电池充电； 向负载供电及向蓄电池充电； 容量在l00kw以上的并网运行的风力发电机组， 以上的并网运行的风力发电机组， 容量在 以上的并网运行的风力发电机组 则应用同步发电机或异步发电机： 则应用同步发电机或异步发电机： 同步发电机或异步发电机 （四）升速齿轮箱 ? 作用：是将风力机轴上的低速旋转输入转变 作用： 为高速旋转输出， 为高速旋转输出，以便与发电机运转所需要 的转速相匹配。 的转速相匹配。 16 (五)塔架 五 塔架 ? 水平抽风力发电机组需要通过塔架将其置 于空中，以捕捉更多的风能。 于空中，以捕捉更多的风能。 ? 类型：即由钢板制成的锥形筒状塔架和由 类型：即由钢板制成的锥形筒状塔架 锥形筒状塔架和由 角钢制成的桁架式塔架 桁架式塔架。 角钢制成的桁架式塔架。 (六)控制系统 六 控制系统 组成： 以上的中型风力发电机组及1Mw 组成： 100kw以上的中型风力发电机组及 以上的中型风力发电机组及 以上的大型风力发电机组皆配有由微机或 以上的大型风力发电机组皆配有由微机或 可编程控制器(PLC)组成的控制系统来实现 可编程控制器 组成的控制系统来实现 控制、自检和显示功能。 控制、自检和显示功能。 17 控制系统
主要功能： 控制系统主要功能：按预先设定的风速值(一般为 一般为3—4m／s)自动启动风 ①按预先设定的风速值 一般为 ／ 自动启动风 力发电机组， 力发电机组，并通过软启动装置将异步发电机并人 电网。 电网。 借助各种传感器自动检测风力发电机组的运行参数 ②借助各种传感器自动检测风力发电机组的运行参数 及状态，包括风速、风向、风力机风轮转速、 及状态，包括风速、风向、风力机风轮转速、发电 机转速、发电机温升、发电机输出功率、功率因数、 机转速、发电机温升、发电机输出功率、功率因数、 电压、电流等以从齿轮箱轴承的油温、 电压、电流等以从齿轮箱轴承的油温、液压系统的 油压等。 油压等。 当风速大干最大运行速度(一般设定为 一般设定为25m／s)时实 ③当风速大干最大运行速度 一般设定为 ／ 时实 自动停机。 现自动停机。 故障保护。 ④故障保护。 通过调制解调器与电话线连接。 ⑤通过调制解调器与电话线连接。 18 水平轴中大风力发电机组基本结构 19 四、大型并网型风力发电机组类型： 类型：目前世界上比较成熟的并网型风力发电 机组多采用水平轴风力机， 机组多采用水平轴风力机，其形式多种多样 常见的水平轴风力机类型有： 常见的水平轴风力机类型有： 单叶片式； 双叶片式； 三叶片式； ①单叶片式；②双叶片式；②三叶片式；④ 多叶片风车式⑤车轮式多叶片风车式； 多叶片风车式⑤车轮式多叶片风车式；⑥迎 风式； 背风式等。 风式；⑦背风式等。 基本组成：典型的大型风力发电机组通常
主要 基本组成： 叶轮、传动系统、发电机、调向机构及 由叶轮、传动系统、发电机、调向机构及控 制系统等几大部分组成 等几大部分组成。 制系统等几大部分组成。 20 小型风力发电机图 21 风力发电连接电网系统图 22 低杨程风力提水机图 23 风电系统图1 风电系统图 24 风力机结构图 25 南澳风电场 26 风电场1 风电场 27 中国风电历年装机图 28 1-3 风力发电运行方式 ? 分类：独立运行和并网运行两种运行方式。 分类：独立运行和并网运行两种运行方式 两种运行方式。 一、独立运行方式 ? 独立运行的风力发电机组，又称离网型风力发电机组， 独立运行的风力发电机组，又称离网型风力发电机组， 离网型风力发电机组 是把风力发电机组输出的电能经蓄电池蓄能， 是把风力发电机组输出的电能经蓄电池蓄能，再供应 用户使用，如需要交流电，则要加逆变器。 用户使用，如需要交流电，则要加逆变器。 储能系统： （一）储能系统： ? 风力发电系统采用的储能系统主要有：蓄电池储能、 风力发电系统采用的储能系统主要有：蓄电池储能、 抽水蓄能。 抽水蓄能。 ? 正在研究试验的有压缩空气储能、飞轮储能、电解水 正在研究试验的有压缩空气储能、飞轮储能、 压缩空气储能 制氢储能等 制氢储能等。 29 风力发电特点及优势: 风力发电特点及优势它是一种安全可靠的发电方式， 安全可靠的发电方式 ① 它是一种安全可靠的发电方式，随着大型机组的技术成熟 和产品商品化的进程，风力发电成本降低 成本降低。 和产品商品化的进程，风
力发电成本降低。 风力发电不消耗资源、不污染环境，具有广阔的发展前景， ② 风力发电不消耗资源、不污染环境，具有广阔的发展前景， ③ 建设周期一般很短，一台风机的运输安装时间不超过三个 建设周期一般很短， 万千瓦级风电场建设期不到一年， 月，万千瓦级风电场建设期不到一年，而且安装一台可投 产一台； 产一台； 装机规模灵活，可根据资金多少来确定， ④ 装机规模灵活，可根据资金多少来确定，为筹集资金带来 便利； 便利； 运行简单，可完全做到无人值守； ⑤ 运行简单，可完全做到无人值守； 实际占地少，机组与监控、变电等建筑仅占风电场约1％ ⑥ 实际占地少，机组与监控、变电等建筑仅占风电场约 ％的 土地，其余场地仍可供农、 渔使用； 土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用； 对土地要求低，在山丘、海边、河堤、 ⑦ 对土地要求低，在山丘、海边、河堤、荒漠等地形条件下 均可建设， 均可建设， 在发电方式上还有多样化的特点，既可联网运行， ⑧ 在发电方式上还有多样化的特点，既可联网运行，也可和 柴油发电机等级成互补系统或独立运行， 柴油发电机等级成互补系统或独立运行，这对于解决边远 无电地区的用电问题提供了现实可能性。 无电地区的用电问题提供了现实可能性。 30 (二)与其他发电形式的联合运行 二 与其他发电形式的联合运行 ? 常用的方式主要有： 常用的方式主要有： 1 风力 风力——柴油发电联合运行 柴油发电联合运行 柴油发电 2 风力 风力——大阳能电地发电联合运行 大阳能电地
发电联合运行 ? 风力一光伏联合系统有两种不同的运行方式： 风力一光伏联合系统有两种不同的运行方式： （1）切换运行，即有风时由风力发电机组供电， ）切换运行，即有风时由风力发电机组供电， 有太阳光时由太阳能电池方阵供电， 有太阳光时由太阳能电池方阵供电，这种方式 简单，但系统的效率较低： 简单，但系统的效率较低： （2）同时运行，风力发电机组与太阳能电池方 ）同时运行， 阵同时向苦电池组充电， 阵同时向苦电池组充电，可以充分发挥两者的 效能，系统效率高。 效能，系统效率高。 31 二、并网运行方式作用：采用风力发电机与电网连接，由电网输送电能的方式，是克 作用：采用风力发电机与电网连接，由电网输送电能的方式， 服风的随机性而带来的蓄能问题的最稳妥易行的运行方式， 服风的随机性而带来的蓄能问题的最稳妥易行的运行方式，同时 可达到节约矿物燃料的目的。 可达到节约矿物燃料的目的。 应用： 以上直至Mw级的风力发电机组皆可采用这种方式 应用：10kw以上直至 级的风力发电机组皆可采用这种方式。 以上直至 级的风力发电机组皆可采用这种方式。 并网运行又可分为两种不同的方式： 并网运行又可分为两种不同的方式： ? ①恒速桓频方式，即风力发电机组的转速不随风速的波动而变化， 恒速桓频方式，即风力发电机组的转速不随风速的波动而变化， 始终维持恒转速运转，从而输出恒定额定频率的交流电。 始终维持恒转速运转，从而输出恒定额定频率的交流电。这种方 式目前已普遍
采用，具有简单可靠的优点， 式目前已普遍采用，具有简单可靠的优点，但是对风能的利用不 充分。 充分。 ? ②变速恒频方式，即风力发电机组的转速随风速的波动作变速运 变速恒频方式， 但仍输出恒定频率的交流电。这种方式可提高风能的利用率， 行，但仍输出恒定频率的交流电。这种方式可提高风能的利用率， 但将导致必须增加实现恒频输出的电力电子设备，同时还应解决 但将导致必须增加实现恒频输出的电力电子设备， 由于变速运行而在风力发电机组文撑结构上出现共振现象等问题。 由于变速运行而在风力发电机组文撑结构上出现共振现象等问题。 32 1-4 风电场一、概念 ? 风力发电场是日前世界上风力发电并网运行 方式的基本形式。 、 、 ， 方式的基本形式。图1、图2、图3， ? 在风能资源良好的地区，将几十台、几百台 在风能资源良好的地区，将几十台、 或几千台单机容量从数十kw、数百kw直至 或几千台单机容量从数十 、数百 直至 MW级以上的风力发电机组按一定的阵列布局 级以上的风力发电机组按一定的阵列布局 级以上的 方式成安装而组成的风力发电机体． 方式成安装而组成的风力发电机体．称 为风力发电场，简称风电场。 为风力发电场，简称风电场。 ? 风力发电场属于大规模利用风能的方式，其 风力发电场属于大规模利用风能的方式， 发出的电能全部经变电设备送往大电网。 发出的电能全部经变电设备送往大电网。 33 (二)风力发电场的选址 二 风力发电场的选址 1、考虑因素：风电场场址选择的
最主要的因 、考虑因素： 素是风能资源 环境影响、道路交通及 风能资源、 素是风能资源、环境影响、道路交通及电 网条件等许多出素 等许多出素。 网条件等许多出素。 2、主要依据： 、主要依据： ① 风力资源 ② 风塔建设条件 ③ 气象数据 ④ 地形地貌 ⑤ 对居民影响 34 (三)风力发电场的风力发电机组排布 三 风力发电场的风力发电机组排布 ? 作用：合理地选择机组的排列方式，以 作用：合理地选择机组的排列方式， 减少机组之间的相互影响 相互影响， 减少机组之间的相互影响，风电场内风 力发电机组的排列应以风电场内可获得 力发电机组的排列应以风电场内可获得 最大的发电量来考虑 来考虑。 最大的发电量来考虑。 ? 影响因素：主要受风能分布、风场地形 影响因素：主要受风能分布 分布、 土地征用的影响 的影响。 和土地征用的影响。 ? 机组排列的最主要原则：是充分利用风 机组排列的最主要原则： 能资源，最大程度利用风能。 能资源，最大程度利用风能。 35 (四)风力发电场的经济效益评估 四 风力发电场的经济效益评估 ? 风电场容量系数即发电成本是衡量风力 发电场经济效益的重要指标。 发电场经济效益的重要指标。风电场内 风力发电机组容量系数的计算方法为： 风力发电机组容量系数的计算方法为： 36 风电场每kWh电能的发电成本的影响因素 电能的发电成本的影响因素 风电场每 ? ? ? ? ? 风能资源特性(主要是风速频率分布 、 风能资源特性 主要是风速频率分布)、 主要是风速频率分布 风力发电机组设备的投资费
用、 风力发电机组设备的投资费用、 风电场建设工程费用、 风电场建设工程费用、 风电场运行维护费用、 风电场运行维护费用、 建场投资回收方式及期限(指投资贷款利率 指投资贷款利率、 建场投资回收方式及期限 指投资贷款利率、 设备规定使用寿命及所要求的固定回收率等) 设备规定使用寿命及所要求的固定回收率等 ? 某些部件进口关税、设备增值税和设备保险 某些部件进口关税、 所付出的费用等。 所付出的费用等。 37 (五)风力发电场的安装和调试 五 风力发电场的安装和调试风电机组运行安装方式灵活，既可以单机运行，也可 风电机组运行安装方式灵活，既可以单机运行， 以组成风力发电场机运行， 以组成风力发电场机运行，采用何种运行方式主 要决定于风场的建设条件；机组安装简单， 要决定于风场的建设条件；机组安装简单，单机安 装调试仅需5—7天的时间。 天的时间。 装调试仅需 天的时间 主要工作包括： 主要工作包括： 机组基础建设（基础钢筋敷设、敷设接地网、 ① 机组基础建设（基础钢筋敷设、敷设接地网、混凝 土浇筑和混凝土捣震） 土浇筑和混凝土捣震） 主要部件吊装 吊装、 ② 主要部件吊装、 内部线路连接、 ③ 内部线路连接、 机组系统调试。 ④ 机组系统调试。 38 1-5 风力发电现状与展望一、风力发电发展简史 ? 起源：世界上第 台用于发电的风力机于 起源：世界上第1台用于发电的风力机于 台用于发电的风力机于1891年在丹 年在丹 麦建成 。 ? 发展：风电技术经过 年的开发日臻成熟，商业化 发展：
风电技术经过20年的开发日臻成熟 年的开发日臻成熟， 机组的单机容量从55 增加到 增加到1 机组的单机容量从 kW增加到 650 kW，风电成本 ， 美分/（ ），持续下降到 美分/（ 从20美分 （kW·h），持续下降到 美分 （kW·h）， 美分 ），持续下降到5美分 ）， 运行可靠性和发电成本接近常规火电， 运行可靠性和发电成本接近常规火电，迅速发展成 为初具规模的新兴产业。 为初具规模的新兴产业。 ? 目前风力机之最为美国 公司的“超级风力机”， 目前风力机之最为美国 公司的“超级风力机” 为美国CE公司的 单机功率为7.3MW，风车直径为 单机功率为 ，风车直径为112m. 39 二、世界风电现状 ? 世界风电总装机容量 世界风电总装机容量1994年底为 万kW，1995年底为 年底为350万 ， 年底为 年底为 490万kw，1996年底为 万kW，1997年为 万kw， 年底为607万 ， 年为764万 ， 万 ， 年底为 年为 1998年达 年达1015万kW，1999年达 年达1393万kw，2001年达 年达1845 年达 万 ， 年达 万 ， 年达 年达2493万kw．2002年达到了 ．7kW， 年达到了112． 万kw，2001年达 ， 年达 万 ． 年达到了 ， 平均年增长率在30％以上。 平均年增长率在 ％以上。 ? 到2001年底，全世界风电场总装机容量达到 年底， 年底 全世界风电场总装机容量达到24930Mw， ， 其中：德国为8730Mw，居世界第 位；美国为4250Mw， 其中：德国为 ，居世界第1位 ， 居世界第2位 西班牙为3550Mw，居世界第 位；丹麦 居世界第 位；西班牙为 ，居世界第3位 为2460Mw，
居第 位。在此期间，发展中国家以印度 ，居第4位 在此期间， 的风电场建设发展最快， 年底达到1460Mw，居 的风电场建设发展最快，到2001年底达到 年底达到 ， 世界第5位 世界第 位。 ? 世界能源委员会预计，全世界到 世界能源委员会预计，全世界到2020年风力发电装机 年风力发电装机 容量可达18亿 容量可达 亿—47亿kw 。 亿 40 世界风电发展预测 ? 世界风电在加速发展，装机容量每年以近 世界风电在加速发展， 30％的速度递增。 ％的速度递增。 ? 按照德国风电发展计划，到2010年，风电 按照德国风电发展计划， 德国风电发展计划 年 电量将占总发电量的12.5％；到2050年， ％；到 电量将占总发电量的 ％； 年 将占到50％。 将占到 ％。 ? 丹麦的风电电量 丹麦的风电电量 的风电电量2003年占全国总发电量的 年占全国总发电量的 18％，规划到 ％，规划到 ％，规划到2030年，风电将占总发电量 年 的50％。 ％。 ? 西班牙、英国和法国也加快了风电的发展。 西班牙、英国和法国也加快了风电的发展。 41 三、我国风电现状 ? 从中国电机工程学会获悉，到今年上半年我 从中国电机工程学会获悉， 国有40多个风电场 装机容量约为76.4万千瓦， 多个风电场， 万千瓦， 国有 多个风电场，装机容量约为 万千瓦 风电装机容量仅占全国装机容量的0.17%。 风电装机容量仅占全国装机容量的 。 ? 2004年全国在建项目的装机容量约 万千瓦， 年全国在建项目的装机容量约150万千瓦 年全国在建项目的装机容量约 万千瓦， 其中正在施工的约4
2万千瓦 可研批复的68 万千瓦， 其中正在施工的约 万千瓦，可研批复的 万千瓦，项目建议书批复的45万千瓦 万千瓦， 万千瓦，项目建议书批复的 万千瓦，包括 五个10万千瓦特许权项目 万千瓦特许权项目。 五个 万千瓦特许权项目。如果这些项目抓 紧实施， 年底累计装机可超过100万千瓦 紧实施，2005年底累计装机可超过 万千瓦。 年底累计装机可超过 万千瓦。 42 我国风电造价 ? 从统计数据看，全国风电上网电价比常规水电和火 从统计数据看， 电厂高出许多，新疆常规火电上网平均电价在0.25 电厂高出许多，新疆常规火电上网平均电价在 千瓦时左右， 元/千瓦时左右，而风电则平均达到 元/千瓦时以 千瓦时左右 而风电则平均达到0.6元 千瓦时以 而风电利用小时数约在2000至3000小时左右， 小时左右， 上。而风电利用小时数约在 至 小时左右 仅为火电的一半。 仅为火电的一半。 ? 另外，虽然风电单位千瓦平均造价已从 另外，虽然风电单位千瓦平均造价已从10000元降到 风电单位千瓦平均造价已从 元降到 8000元左右，但仍远高于火电的 千瓦造价 元左右，但仍远高于火电的4000元/千瓦造价， 元 千瓦造价， ? 建设一座装机 万千瓦的风电场，约需 亿元以上， 建设一座装机10万千瓦的风电场 约需8亿元以上 万千瓦的风电场， 亿元以上， 而建设同样规模的火电厂约为4至 亿元 亿元。 而建设同样规模的火电厂约为 至5亿元。 43 四、主要风力发电国家发展现状 (1)德国： 德国： 德国 ? 装机容量到 装机容量到1994年末就达 ．3万kw，到199
7年未达 年末就达64． 万 ， 年末就达 年未达 200万kw以上，超过美国成为世界第一风电大国； 以上， 世界第一风电大国； 万 以上 超过美国成为世界第一风电大国 ? 仅在 仅在1999年1年就新增 ．8万kw，使风电总装机达 年就新增156． 万 ， 年 年就新增 到444．5万kw，发电量占全国的 ．5％。 ． 万 ，发电量占全国的4． ％。 ? 到2001年底，总装机容量达到 万kw，占世界风力 年底， 年底 总装机容量达到873万 ， 发电总装机容量的35％。 发电总装机容量的 ％。 ? 德国政府计划，到2010年要使新能源占总装机容量 德国政府计划， 年要使新能源占总装机容量 ％，2050年时达到 ％。 年时达到50％ 的10％， ％， 年时达到 44 (2)美国 美国 ? 到1994年容量就达到 万kw，占当年世界风电总容 年容量就达到363万 ， 年容量就达到 量的53％， 美国在1997年前一直成为雄居世界第一 ％，使 量的 ％，使美国在 年前一直成为雄居世界第一 的风电大国。 的风电大国。 ? 到2001年底，美国风电总装机为 万kw，居世界第 年底， 年底 美国风电总装机为425万 ，居世界第2 位。 ? 近两年美国又开始重视风力发电的发展，加大支持 近两年美国又开始重视风力发电的发展， 力度，将旧机更新换代， 力度，将旧机更新换代，并制定了雄心勃勃的技术 研究发展计划，最终日标是要将风电电价降到2.5美 研究发展计划，最终日标是要将风电电价降到 美 分/wh。 。 ? 目前联邦政府规定，可再生能源每发 目前联邦政府规定，可再生能源每发1kwh电可减 电可减 1
风能发电原理．5美分的税。1998年6月，议会提出“可再生能源 美分的税。 ． 美分的税 年 月 议会提出“ 有价证券法规” 有价证券法规”(RP5)，规定新能源必须在电力发电 ， 来源中占有一定比例， 来源中占有一定比例，使得风力发电在总发电量中 所占比重有可能从 乍的2％ 年的5.5％。 所占比重有可能从1998乍的 ％提高到 乍的 提高到2010年的 ％。 年的 45 (3)丹麦 丹麦 ? 丹麦是世界上最大的风力发电机组生产国， 丹麦是世界上最大的风力发电机组生产国， 产量占世界60％以上。 产量占世界 ％以上。在其出口产业中占第 二位。 二位。 ? 1999年丹麦风电总装机达 万kW，其发电 年丹麦风电总装机达174万 ， 年丹麦风电总装机达 量巳占全国总量的10％： 量巳占全国总量的 ％： ? 2030年将达 万kw，发电量将占全国近 年将达550万 ，发电量将占全国近50 年将达 ％，其中海上风电场装机将达 其中海上风电场装机将达400万 。 ％，其中海上风电场装机将达 万kw。 ? 丹麦政府计划，未来新能源 主要是风电和 丹麦政府计划，未来新能源(主要是风电和 生物质能)将提供 将提供75％以上的能源供应， 生物质能 将提供 ％以上的能源供应，燃 煤发电将逐渐淘汰。 煤发电将逐渐淘汰。 46 五、我国风电场介绍（图1、图2、图3） 我国风电场介绍（ 、 、 ） 1、广东省南澳风电场（图） 、广东省南澳风电场（ ? 已安装风力机 台,总装机容量达 万千瓦 年发电量 已安装风力机132台 总装机容量达 万千瓦,年发电量 总装机容量达5.7万千瓦 亿千瓦时,成为亚洲海岛
最大的风力发电场 达1.4亿千瓦时 成为亚洲海岛最大的风力发电场， 亿千瓦时 成为亚洲海岛最大的风力发电场， ? 目前，总装机容量达 目前，总装机容量达7.55万千瓦的两个大型风电项目 万千瓦的两个大型风电项目 正在建设中，投资22亿多元的 亿多元的3个海上风电场项目已 正在建设中，投资 亿多元的 个海上风电场项目已 投入前期工作。 投入前期工作。 ? 南澳地处台湾海峡西南端喇叭口，风力资源丰富，风 南澳地处台湾海峡西南端喇叭口，风力资源丰富， 电场年平均风速达8.54米/秒，年有效风速时数超过 电场年平均风速达 米秒 7000小时，有效风能密度达 小时， 平方米， 小时 有效风能密度达1011瓦/平方米，风况属世 瓦 平方米 界最佳之列， 界最佳之列，是我国少有的可以大规模开发风力发电 场的地域之一。 场的地域之一。 介绍 47 2、达坂城风电场 、 ? 达坂城风电场共 个风电公司，均注册在新 达坂城风电场共3个风电公司， 个风电公司 疆乌鲁木齐市。风场年平均风速6.7m/s。风 疆乌鲁木齐市。风场年平均风速 。 电机组共计157台 总容量 总容量82800kW。介绍 电机组共计 台,总容量 。 48 达坂城风力发电一场 ? 达坂城风力发电一场位于兰新铁路及乌喀公 路一侧，达坂城谷地，年平均风速8.1m/s。 路一侧，达坂城谷地，年平均风速 。 ? 新疆水利厅1986年成立新疆风能公司，新疆 新疆水利厅 年成立新疆风能公司， 年成立新疆风能公司 风能公司、新疆风能研究所、新疆新风科工 风能公司、新疆风能研究所、 贸有限责任公司
是“三位一体” 贸有限责任公司是“三位一体”的高科技实 体。1989年建成了当时亚洲最大的大型风力 年建成了当时亚洲最大的大型风力 发电场，并成功地高质量运行管理至今， 发电场，并成功地高质量运行管理至今，新 疆金风科贸公司。现装机42台 疆金风科贸公司。现装机 台，总容量 18400kW。介绍 。 49 3、辉腾锡勒风电场 、 ? 辉腾锡勒风电场是 辉腾锡勒风电场是1995年成立的风电企 年成立的风电企 场址位于内蒙中旗，海拔2010～ 业。场址位于内蒙中旗，海拔 ～ 2131m，风速 ～8.2m/s。规划容量 万 ，风速7.4～ 。规划容量120万 千瓦，年发电量33亿千瓦时 亿千瓦时。 千瓦，年发电量 亿千瓦时。 ? 现装机 台，总容量 现装机72台 总容量42700kW。 。 ? 股东：龙源电力集团公司 股东：龙源电力集团公司(50%) ? 介绍 50 六、世界风力发电发展趁势 ? 风力发电技术目前还在不断发展，主要体现在单机 风力发电技术目前还在不断发展， 容量不断增大上。目前主流风力发电机组的功率， 容量不断增大上。目前主流风力发电机组的功率， 己上升到600—750kw，Mw级的机组也已成批生产， 级的机组也已成批生产， 己上升到 ， 级的机组也已成批生产 2Mw级的机组己在试验生产。 级的机组己在试验生产。 级的机组己在试验生产 ? 风力发电场未来的发展趋向将集中在： 风力发电场未来的发展趋向将集中在： 将集中在 ? （1）提高机安装场地选择的准确性；（ ）改进 ；（2） ）提高机安装场地选择的准确性；（ 机布局的
合理件；（ 提高运行的可靠性、 ；（3） 机布局的合理件；（ ）提高运行的可靠性、稳定 实现运行的最佳控制；（ ；（4） 性，实现运行的最佳控制；（ ）进一步降低设备投 资及发电成本；（ 总装机容量在1MW以上的风力 ；（5） 资及发电成本；（ ）总装机容量在 以上的风力 发电场将占据主导地位， 发电场将占据主导地位，风力发电场内的风力发电 机组单机容量将主要是百千瓦以上至兆瓦级的。 机组单机容量将主要是百千瓦以上至兆瓦级的。 51 我国“十五” 七、我国“十五”期间风力发电的发展目标 ? 万千瓦。 “十五”期间，我国计划新增风电容量119.2万千瓦。其 十五”期间，我国计划新增风电容量 万千瓦 中达坂城及阿拉山口地区新增9.87万千瓦，内蒙古辉腾锡勒 万千瓦， 中达坂城及阿拉山口地区新增 万千瓦 及赤峰地区新增13.85万千瓦，吉林通榆地区新增 万千瓦， 万千瓦， 及赤峰地区新增 万千瓦 吉林通榆地区新增9.28万千瓦， 万千瓦 黑龙江富锦及木兰地区新增6.18万千瓦，河北张北、黄骅及 万千瓦， 黑龙江富锦及木兰地区新增 万千瓦 河北张北、 承德地区新增9.18万千瓦，江苏如东和启东地区新增 万千 万千瓦， 承德地区新增 万千瓦 江苏如东和启东地区新增9万千 辽宁营口、大连、沈阳等地新增9.76万千瓦，广东南澳、 万千瓦， 瓦，辽宁营口、大连、沈阳等地新增 万千瓦 广东南澳、 惠来和湛江等地新增9.04万千瓦，上海崇明和南汇等地新增 万千瓦， 惠来和湛江等地新增 万千瓦 8万千瓦，其余省份“十五”期间合计新增 万
千瓦， 万千瓦。 万千瓦 其余省份“十五”期间合计新增35.04万千瓦。 万千瓦 十五”期间，风力发电发展重点是：一是新建设 新建设10万 “十五”期间，风力发电发展重点是：一是新建设 万 千瓦风电场约3－ 座 包括海上风电场），并取得规模效益； ），并取得规模效益 千瓦风电场约 －5座（包括海上风电场），并取得规模效益； 二是鼓励有风能资源但还未建设一座风电场地区的电力企业 二是鼓励有风能资源但还未建设一座风电场地区的电力企业 或非电力企业开发风电项目，尤其在经济发达地区， 或非电力企业开发风电项目，尤其在经济发达地区，风电上 网电价也较容易分摊，更需加快速度开发风电， 网电价也较容易分摊，更需加快速度开发风电，为今后电源 建设中风力发电占一定比例的配额制打好基础。 建设中风力发电占一定比例的配额制打好基础。 52 将开展的工作 1、继续发展小型风力机组 、 2、加速发展大型风力发电机组 、 3、快速建设风电场 、 4、综合利用新能源和可再生能源 、 53 课堂作业 1、风力发电的特点？ 、风力发电的特点？ 2、简述风力发电的两种运行方式？ 、简述风力发电的两种运行方式？ 3、风电场容量系数的计算式是什么？ 、风电场容量系数的计算式是什么？ 4、你知道我国有哪些风电场？ 、你知道我国有哪些风电场？ 54 基础钢筋敷设 55 敷设接地网 56 竖立塔架 57 机舱吊装 58 具有负荷调节的独立运行风电系统图 59 风电——柴油发电并联系统图 柴油发电并联系统图 风电 60 风电场图 61 风电场图1 风电场
图 62 南澳风电场 63 风电场3 风电场 64 辉腾锡勒风电场图 65 中国已建和在建风电分布图 66 中国风电历年装机图 67