新能源发电控制技术ppt.ppt

1分布式新能源发电系统分布式新能源发电系统 控制技术控制技术2一一.新能源发电概论新能源发电概论二二.分布式生物质能电、热、冷联产多能分布式生物质能电、热、冷联产多能 互补综合利用技术互补综合利用技术三三.基于微电网分布式新能源发电基于微电网分布式新能源发电多多 电源能量互补发电技术电源能量互补发电技术四四.大型风力发电机组稳定性与安全性大型风力发电机组稳定性与安全性主要内容主要内容3一一.新能源发电概论新能源发电概论1 1、能源现状能源现状4 4、新能源发电及综合利用新能源发电及综合利用2 2、研究的意义研究的意义3 3、我国生物质能源现状我国生物质能源现状5 5、可再生能源中长期发展规划可再生能源中长期发展规划4 截至截至20132013年，全球煤炭、石油、天然气剩余探明年，全球煤炭、石油、天然气剩余探明可采储量分别为可采储量分别为89158915亿吨、亿吨、23822382亿吨和亿吨和186186万亿万亿m m3 3，折合标准煤共计折合标准煤共计1.21.2万亿吨，其中煤炭占万亿吨，其中煤炭占52.0%52.0%、石油、石油占占27.8%27.8%、天然气占、天然气占20.2%20.2%。按照目前世界平均开采强。按照目前世界平均开采强度，全球煤炭、石油和天然气分别可开采度，全球煤炭、石油和天然气分别可开采113113年、年、5353年和年和5555年。这些化石能源在全球分布很不均衡，煤炭年。这些化石能源在全球分布很不均衡，煤炭资源资源95%95%分布在欧洲及欧亚大陆、亚太、北美等地区，分布在欧洲及欧亚大陆、亚太、北美等地区，石油资源石油资源80%80%分布在中东、北美和中南美，天然气资分布在中东、北美和中南美，天然气资源源70%70%以上分布在欧洲及欧亚大陆、中东地区。以上分布在欧洲及欧亚大陆、中东地区。（一）世界能源现状（一）世界能源现状1 1）能源储量）能源储量 1 1吨原煤相当于吨原煤相当于0.714t0.714t标准煤，标准煤，1 1吨原油相当于吨原油相当于1.43t1.43t标准煤，标准煤，1000m1000m3 3天然气相当于天然气相当于1.33t1.33t标准煤。标准煤。1 1、能源现状、能源现状5 中国化石能源剩余探明可采储中国化石能源剩余探明可采储量总计约为量总计约为896896亿吨标准煤，其中煤亿吨标准煤，其中煤炭占炭占91.2%91.2%、石油占、石油占3.9%3.9%、天然气占、天然气占4.9%4.9%，储采比分别为，储采比分别为3131年、年、1212年和年和2828年。年。678910 全球能源消费呈现总量和人均能源消费量持全球能源消费呈现总量和人均能源消费量持续续“双增双增”态势。态势。1965196520132013年，受世界人口增年，受世界人口增长、工业化、城镇化等诸多因素拉动，全球一次长、工业化、城镇化等诸多因素拉动，全球一次能源年消费总量从能源年消费总量从53.853.8亿吨标准煤增长到亿吨标准煤增长到181.9181.9亿吨标准煤（考虑非商品能源，大约为亿吨标准煤（考虑非商品能源，大约为195195亿吨亿吨标准煤），近标准煤），近5050年全球能源互联网时间增长了年全球能源互联网时间增长了2.42.4倍，年均增长倍，年均增长2.6%2.6%；年人均能源消费量从；年人均能源消费量从2.12.1吨标准煤增长到吨标准煤增长到2.62.6吨标准煤，增长了吨标准煤，增长了23.8%23.8%，年，年均增长均增长0.4%0.4%。2 2）能源消费）能源消费11 随着经济持续增长和人民生活水平不断提高，中国随着经济持续增长和人民生活水平不断提高，中国能源消费量逐年攀升，目前已超过美国成为世界最大的能源消费量逐年攀升，目前已超过美国成为世界最大的能源消费国。能源消费国。1980198020132013年，中国能源年消费总量由年，中国能源年消费总量由6.06.0亿吨标准煤增长至亿吨标准煤增长至37.537.5亿吨标准煤，年均增长率达亿吨标准煤，年均增长率达5.5%5.5%，为同期世界年均增长水平的，为同期世界年均增长水平的2.82.8倍；年人均消费倍；年人均消费量从量从0.60.6吨标准煤增长到吨标准煤增长到2.82.8吨标准煤，从世界平均水平吨标准煤，从世界平均水平的的26%26%增长到增长到104%104%。世界能源消费结构长期以化石能源为主，但其所占世界能源消费结构长期以化石能源为主，但其所占比重正在逐步下降。比重正在逐步下降。1965196520132013年，全球化石能源年消年，全球化石能源年消费总量从费总量从50.550.5亿吨标准煤增长到亿吨标准煤增长到157.5157.5亿吨标准煤，增长亿吨标准煤，增长了了2.12.1倍，年均增长倍，年均增长2.3%2.3%；化石能源占一次能源消费比重；化石能源占一次能源消费比重由由94.3%94.3%下降到下降到86.7%86.7%，下降约，下降约7.67.6个百分点。个百分点。12 1973 197320122012年，煤炭、石油在世界终端年，煤炭、石油在世界终端能源消费中的比重分别下降了能源消费中的比重分别下降了3.63.6个、个、7.57.5个个百分点，而电能所占比重从百分点，而电能所占比重从9.4%9.4%增长到增长到18.1%18.1%，仅次于石油占比，位居第二位。，仅次于石油占比，位居第二位。2012 2012年中国终端能源消费中，终端用电年中国终端能源消费中，终端用电所占比重已经超过所占比重已经超过20%20%，达到，达到22.6%22.6%，高于世，高于世界平均水平，但仍低于日本等一些电气化水界平均水平，但仍低于日本等一些电气化水平高的国家。平高的国家。13141516171819 全球非常规油气资源储量丰富，但分全球非常规油气资源储量丰富，但分布不均衡。非常规石油主要包括重油、油布不均衡。非常规石油主要包括重油、油砂、页岩油等。其中，重油主要分布在南砂、页岩油等。其中，重油主要分布在南美、中亚、俄罗斯和中东等地区；油砂主美、中亚、俄罗斯和中东等地区；油砂主要分布在北美洲、非洲和中亚、俄罗斯等要分布在北美洲、非洲和中亚、俄罗斯等地区。全球页岩油技术可开发量地区。全球页岩油技术可开发量471471亿吨，亿吨，主要分布在俄罗斯、美国。主要分布在俄罗斯、美国。3 3）非常规油气）非常规油气2021 中国具有丰富的非常规天然气资源。中国已先中国具有丰富的非常规天然气资源。中国已先后在南海、东海及青藏高原冻土带发现可燃冰，仅后在南海、东海及青藏高原冻土带发现可燃冰，仅南海北部的可燃冰储量已相当于陆上石油储量的一南海北部的可燃冰储量已相当于陆上石油储量的一半。陆上可燃冰远景储量在半。陆上可燃冰远景储量在500500亿吨标准煤以上。亿吨标准煤以上。陆地页岩气地质资源潜力为陆地页岩气地质资源潜力为134134万亿米万亿米3 3，可采资源，可采资源潜力为潜力为2525万亿米万亿米3 3（不含青藏地区），主要分布在（不含青藏地区），主要分布在南方海相页岩地层及东北松辽、内蒙古鄂尔多斯、南方海相页岩地层及东北松辽、内蒙古鄂尔多斯、新疆吐哈和准噶尔等陆相沉积盆地。埋深新疆吐哈和准噶尔等陆相沉积盆地。埋深20002000米以米以浅的煤层气资源量约为浅的煤层气资源量约为36.836.8万亿米万亿米3 3，位居世界第，位居世界第三位，主要分布在内蒙古鄂尔多斯、山西沁水、新三位，主要分布在内蒙古鄂尔多斯、山西沁水、新疆吐哈和准噶尔等盆地。疆吐哈和准噶尔等盆地。22 太阳能开发潜力巨大。地球上除了核能、太阳能开发潜力巨大。地球上除了核能、潮汐能和地热能等，其他能源都直接或间接潮汐能和地热能等，其他能源都直接或间接来自太阳能。来自太阳能。从能量角度来看，太阳一年辐射到地球从能量角度来看，太阳一年辐射到地球表面的能量约表面的能量约116116万亿吨标准煤，相当于万亿吨标准煤，相当于20132013年世界一次能源消费总量（年世界一次能源消费总量（181.9181.9亿吨标准煤）亿吨标准煤）的的65006500倍，超过全球化石能源资源储量。倍，超过全球化石能源资源储量。4 4）太阳能资源）太阳能资源2324 太阳能发电是实现太阳能高效利用的最重要太阳能发电是实现太阳能高效利用的最重要形式之一。按照发电原理，太阳能发电主要包括形式之一。按照发电原理，太阳能发电主要包括光伏发电和光热发电两种方式。光伏发电和光热发电两种方式。截至截至20132013年底，世界光伏发电总装机容量达年底，世界光伏发电总装机容量达到约到约1.41.4亿千瓦，年新增装机容量与水电基本相亿千瓦，年新增装机容量与水电基本相当，且首次超过风电。从项目类型来看，地面光当，且首次超过风电。从项目类型来看，地面光伏电站装机比重逐步提高，在世界新增装机容量伏电站装机比重逐步提高，在世界新增装机容量中所占比重已从中所占比重已从20092009年的年的23%23%提高至提高至20132013年的年的45%45%，建筑光伏（包括居民建筑应用和工商业建筑应，建筑光伏（包括居民建筑应用和工商业建筑应用）比重从用）比重从20092009年的年的77%77%下降至下降至20132013年的年的55%55%。2526272829303132 光热发电，从光热发电，从20082008年开始进入快速发年开始进入快速发展期，但与光伏发电相比，光热发电规模展期，但与光伏发电相比，光热发电规模尚小。截至尚小。截至20132013年底，全球已建成投运的年底，全球已建成投运的光热电站项目分布在西班牙、美国、印度光热电站项目分布在西班牙、美国、印度等等9 9个国家，总装机容量约为个国家，总装机容量约为363363万千瓦。万千瓦。3334 光热发电技术主要包括光热发电技术主要包括:槽式、塔式、槽式、塔式、碟式和线性菲涅尔式四种主流技术类型。碟式和线性菲涅尔式四种主流技术类型。其中槽式光热发电已经实现大规模商其中槽式光热发电已经实现大规模商业运行，塔式光热发电也有商业化运行的业运行，塔式光热发电也有商业化运行的案例，碟式光热和线性菲涅尔式发电仍处案例，碟式光热和线性菲涅尔式发电仍处于示范运行阶段。于示范运行阶段。光热发电最新技术进展光热发电最新技术进展35 光热发电技术向大容量、高参数发展。光热发电技术向大容量、高参数发展。目前，太阳能热发电的水蒸气温度最高在目前，太阳能热发电的水蒸气温度最高在400400500500，发电效率在，发电效率在25%25%左右。左右。西班牙正在研制西班牙正在研制600600以上的以上的超超临超超临界光热电站界光热电站，通过提高蒸汽温度来提升能，通过提高蒸汽温度来提升能量转化效率，发电效率将提高到量转化效率，发电效率将提高到30%30%以上。以上。光热发电发展方向和前景光热发电发展方向和前景36 光热电站安装储热装置，发电出力更加平稳光热电站安装储热装置，发电出力更加平稳。熔。熔融盐是目前最常用的储热介质，比热容大，高温下性融盐是目前最常用的储热介质，比热容大，高温下性能稳定。可以储热能稳定。可以储热1515小时，实现小时，实现2424小时连续平稳供电小时连续平稳供电。未来，随着储热技术不断创新，储热成本大幅降低。未来，随着储热技术不断创新，储热成本大幅降低后，带有大容量储热装置的光热电站比例将不断增加后，带有大容量储热装置的光热电站比例将不断增加，太阳能发电将不再受昼夜变化影响，成为出力平稳，太阳能发电将不再受昼夜变化影响，成为出力平稳、连续供电的电源。、连续供电的电源。光热电站发展空气冷却技术。光热电站的发电原光热电站发展空气冷却技术。光热电站的发电原理与火电厂类似，汽轮机、发电机等设备需要降温。理与火电厂类似，汽轮机、发电机等设备需要降温。未来将发展采用空气冷却技术的光热电站，降低用水未来将发展采用空气冷却技术的光热电站，降低用水量，适应干旱地区运行。量，适应干旱地区运行。光热电站储热装置光热电站储热装置37 目前，光热发电成本仍然超过目前，光热发电成本仍然超过2 2元元/（千瓦（千瓦时）。随着技术进步，发电成本将持续下降。时）。随着技术进步，发电成本将持续下降。预计预计20502050年前后，光热发电成本将下降到年前后，光热发电成本将下降到0.50.5元元/（千瓦（千瓦时）以内，相比传统化石能源时）以内，相比传统化石能源更具备竞争力。同时，光热发电出力平稳的技更具备竞争力。同时，光热发电出力平稳的技术特性，依赖储能技术的同步跟进，可以保障术特性，依赖储能技术的同步跟进，可以保障安全稳定供电。安全稳定供电。3839404142434445 当前，无论是化石能源，还是清洁能源，当前，无论是化石能源，还是清洁能源，其开发、配置、利用效率仍不够高，有很大的其开发、配置、利用效率仍不够高，有很大的提升空间。提升空间。目前，目前，世界火电煤耗平均水平约为世界火电煤耗平均水平约为330330克克标准煤标准煤/（千瓦（千瓦时），德国平均火电煤耗时），德国平均火电煤耗290290克标准煤克标准煤/（千瓦（千瓦时），效率较高，而一些国时），效率较高，而一些国家火电煤耗高达家火电煤耗高达370370克标准煤克标准煤/（千瓦（千瓦时）。时）。受开发利用技术的制约，目前风能、太阳能等受开发利用技术的制约，目前风能、太阳能等开发利用的效率不高。根据研究，世界风力发开发利用的效率不高。根据研究，世界风力发电综合效率在电综合效率在38%38%左右、光伏发电效率一般为左右、光伏发电效率一般为12%12%18%18%。5 5）能源效率）能源效率46（二）我国能源现状（二）我国能源现状 2012 2012年全国煤炭总产量年全国煤炭总产量3535亿吨。亿吨。2012 2012年年1-41-4月中国重点发电企业耗煤量达月中国重点发电企业耗煤量达4.64.6亿吨，全年约亿吨，全年约1515亿吨，占比亿吨，占比42.8%42.8%。根据根据中国能源发展报告中国能源发展报告提供的数据，提供的数据，到到20202020年我国发电用煤需求将可能上升到煤年我国发电用煤需求将可能上升到煤炭总产量的炭总产量的8080，需要大约，需要大约19.619.6 25.8725.87亿吨亿吨原煤用于发电。原煤用于发电。1 1）煤炭）煤炭生产消费生产消费47 1980 1980年，能耗总量为年，能耗总量为6.036.03亿吨标准煤，亿吨标准煤，19901990年为年为9.879.87亿吨，亿吨，20002000年为年为15.5515.55亿吨，亿吨，20102010年为年为32.4932.49亿吨。亿吨。1980 1980年，中国每耗用千克石油当量能源对年，中国每耗用千克石油当量能源对应的应的GDP(PPP)GDP(PPP)是是0.410.41美元，当年的世界平均水美元，当年的世界平均水平是平是1.971.97美元，中国的能耗产出效率仅为世界美元，中国的能耗产出效率仅为世界平均水平的平均水平的21%21%；20102010年，中国每耗用千克石油年，中国每耗用千克石油当量能源对应的当量能源对应的GDP(PPP)GDP(PPP)是是4.054.05美元，而世界美元，而世界平均水平是平均水平是6.166.16美元，中国的能耗产出效率已美元，中国的能耗产出效率已达到世界平均水平的达到世界平均水平的66%66%，差距大大缩小。，差距大大缩小。2 2）中国中国人均能耗人均能耗4849 我国的石油、天然气越来越依赖进口。我国的石油、天然气越来越依赖进口。20102010年中国的石油、天然气耗用量上升到年中国的石油、天然气耗用量上升到7.607.60亿吨标准煤，而生产量为亿吨标准煤，而生产量为4.194.19亿吨标准亿吨标准煤，这里煤，这里3.413.41亿吨标准煤的缺口须通过进口亿吨标准煤的缺口须通过进口解决。解决。目前能源进口已经占到年能耗的目前能源进口已经占到年能耗的10%10%以以上，其中石油进口占石油耗用总量的近上，其中石油进口占石油耗用总量的近67%67%以上。以上。3 3）石油石油天然气生产消费天然气生产消费50 国家统计局国家统计局20112011年年2 2月月2222日发布数据，日发布数据，初步核算，初步核算，20112011年中国能源消费总量年中国能源消费总量34.834.8亿吨标准煤，比上年增长亿吨标准煤，比上年增长7.0%7.0%。煤炭消费量增长煤炭消费量增长9.7%9.7%；原油消费量增长原油消费量增长2.7%2.7%；天然气消费量增长天然气消费量增长12.0%12.0%；电力消费量增长电力消费量增长11.7%11.7%。4 4）能源能源消费总量消费总量512 2、研究新能源发电的意义、研究新能源发电的意义1 1）缓解化石能源日趋枯竭的危机）缓解化石能源日趋枯竭的危机2 2）保护环境，减少污染物排放）保护环境，减少污染物排放3 3）保护生态平衡）保护生态平衡4 4）解决三农问题）解决三农问题52可再生能源可再生能源1 1、太阳能、太阳能2 2、生物质能、生物质能3 3、风能、风能4 4、水能、水能5 5、地热能、地热能6 6、海洋能、海洋能7 7、潮汐能、潮汐能新能源新能源核能核能可再生能源可再生能源535455565758生物质能源生物质能源（1 1）农业废弃物）农业废弃物 各类农作物各类农作物秸秆。秸秆。（2 2）林业废弃物）林业废弃物 树枝、树皮、树杈、刨花、锯屑、树枝、树皮、树杈、刨花、锯屑、薪炭薪炭林。林。（3 3）垃圾）垃圾 1 1）生活垃圾、商业及办公垃圾）生活垃圾、商业及办公垃圾 2 2）工业有机垃圾（工业生产废弃物、废）工业有机垃圾（工业生产废弃物、废气、废水、废渣、废液气、废水、废渣、废液）。）。3 3）大型养殖场（禽畜粪便、清洗水）大型养殖场（禽畜粪便、清洗水）。）。593 3、我国生物质能源现状、我国生物质能源现状 (1)(1)农业桔秆年产量超过农业桔秆年产量超过7 7亿吨，可作亿吨，可作为能源用途的秸秆约为能源用途的秸秆约3.63.6亿吨，约折合亿吨，约折合1.51.5亿吨亿吨标准煤标准煤。(2)(2)工业废水和禽畜养殖场废弃物理论工业废水和禽畜养殖场废弃物理论上可以生产沼气近上可以生产沼气近800800亿立方米，相当于亿立方米，相当于57005700万吨标准煤。万吨标准煤。60 (3)(3)薪炭林和林业及木材加工废弃薪炭林和林业及木材加工废弃物的资源量相当于物的资源量相当于2 2亿吨标准煤。亿吨标准煤。(4)(4)我国城市生活垃圾年产生量约我国城市生活垃圾年产生量约1.21.2亿吨，预计亿吨，预计20202020年将达到年将达到2.12.1亿吨。亿吨。如果通过卫生填埋、制气和焚烧发电如果通过卫生填埋、制气和焚烧发电用于能源使用，每年可替代用于能源使用，每年可替代15001500万吨万吨标准煤。标准煤。61 全国每年可利用生物质能源总量全国每年可利用生物质能源总量约合约合5 5亿吨标准煤。亿吨标准煤。最新数据：最新数据：国家发改委副主任解国家发改委副主任解振华：截止到振华：截止到20152015年年8 8月，中国可再生月，中国可再生能源占一次能源消费比重达到能源占一次能源消费比重达到11.7%11.7%。624 4、新能源发电及综合利用、新能源发电及综合利用核能发电核能发电可再生能源发电：可再生能源发电：重点：生物质发电及综合利用重点：生物质发电及综合利用631 1）气化发电）气化发电2 2）直燃发电）直燃发电3 3）燃气蒸汽联合循环发电（）燃气蒸汽联合循环发电（BIGCCBIGCC）4 4）垃圾（焚烧、填埋沼气）发电）垃圾（焚烧、填埋沼气）发电5 5）大型养殖场沼气发电）大型养殖场沼气发电生物质能发电形式生物质能发电形式64生物质气化及综合利用生物质气化及综合利用生物质气化燃气基本组成：生物质气化燃气基本组成：CH CH4 4、COCO、H H2 2、C Cn nH Hm m利用形式：利用形式：1 1）发电）发电2 2）燃气城市供气工程）燃气城市供气工程3 3）气化供热站：工业、居民供热）气化供热站：工业、居民供热4 4）垃圾、废弃物发酵沼气综合利用）垃圾、废弃物发酵沼气综合利用65生物质及混煤压缩成型燃料生物质及混煤压缩成型燃料重点应用领域：重点应用领域：1 1）燃烧发电）燃烧发电2 2）气化发电）气化发电3 3）气化燃气城市供气工程）气化燃气城市供气工程4 4）燃气工业供热、居民供热工程）燃气工业供热、居民供热工程66生物质压缩成型燃料、生物质混煤压缩成型燃料生物质压缩成型燃料、生物质混煤压缩成型燃料67废木块、锯屑、刨花压缩成型燃料废木块、锯屑、刨花压缩成型燃料685 5、可再生能源中长期发展规划、可再生能源中长期发展规划69生物质能规划布局和建设重点生物质能规划布局和建设重点 （1 1）生物质发电）生物质发电 重点是农业生物质发电、林业生重点是农业生物质发电、林业生物质发电、沼气发电和生活垃圾发电物质发电、沼气发电和生活垃圾发电。70 受粮食产量和耕地资源制约，今后主要鼓受粮食产量和耕地资源制约，今后主要鼓励以甜高粱茎秆、薯类作物等非粮生物质为原励以甜高粱茎秆、薯类作物等非粮生物质为原料的燃料乙醇生产，以及以小桐子、黄连木、料的燃料乙醇生产，以及以小桐子、黄连木、棉籽等油料作物为原料的生物柴油生产。棉籽等油料作物为原料的生物柴油生产。燃料乙醇燃料乙醇在东北、山东等劣质土地资源丰在东北、山东等劣质土地资源丰富的地区，集中种植甜高粱，发展以甜高粱茎富的地区，集中种植甜高粱，发展以甜高粱茎秆为主要原料的燃料乙醇；在广西、重庆、四秆为主要原料的燃料乙醇；在广西、重庆、四川等地重点种植薯类作物，发展以薯类作物为川等地重点种植薯类作物，发展以薯类作物为原料的燃料乙醇；开展以农作物秸秆等纤维素原料的燃料乙醇；开展以农作物秸秆等纤维素生物质为原料的生物燃料乙醇生产试验。生物质为原料的生物燃料乙醇生产试验。（2 2）生物液体燃料）生物液体燃料 71 充分利用沼气和农林废弃物气化充分利用沼气和农林废弃物气化技术，提高农村地区生活用能中的燃技术，提高农村地区生活用能中的燃气比例，并把生物质气化技术作为解气比例，并把生物质气化技术作为解决农村有机废弃物和工业生产有机废决农村有机废弃物和工业生产有机废弃物环境治理的重要措施。弃物环境治理的重要措施。（3 3）沼气）沼气 72二二.分布式生物质能分布式生物质能电、热、冷电、热、冷 联产多能互补综合利用联产多能互补综合利用73分布式生物质能分布式生物质能电、热、冷电、热、冷联产多能互补系统联产多能互补系统74三三.基于微电网分布式新能源发电基于微电网分布式新能源发电多电源能量互补发电技术多电源能量互补发电技术75高压、超高压、特高压输电网络高压、超高压、特高压输电网络220KV220KV、500KV500KV、750KV750KV、1000KV1000KV7677787980818283848586 风能是一种能量密度较低、风能是一种能量密度较低、稳定性较差稳定性较差的能源的能源，建立风力发电场的地区，都要针对，建立风力发电场的地区，都要针对风源、风强、风频、风速风源、风强、风频、风速的实际情况，进行的实际情况，进行风场测定，作出风力发电场布局，选择合适风场测定，作出风力发电场布局，选择合适的风力发电机型。风能利用有多种形式，的风力发电机型。风能利用有多种形式，其其中将风能转换成电能是风能开发利用的主要中将风能转换成电能是风能开发利用的主要方式。方式。4.14.1风能发电及国内外发展应用概况风能发电及国内外发展应用概况四四.大型大型风力风力发电机组稳定性与安全性发电机组稳定性与安全性87各类能源价格对比各类能源价格对比根据国内风电成本测算得到的包括财务成本在内的风电平均成根据国内风电成本测算得到的包括财务成本在内的风电平均成本为本为0.5510.551元元/(kWh)/(kWh)，在使用期的总成本费用已经接近新投资，在使用期的总成本费用已经接近新投资的水电和火电。的水电和火电。燃油燃油 天然气天然气 煤炭煤炭 水电水电 风电风电 太阳能太阳能88899091929394 近年来，世界风电市场中风电机组的近年来，世界风电市场中风电机组的单机容量持续增大，世界上主流机型已经单机容量持续增大，世界上主流机型已经从从20002000年的年的500500千瓦千瓦1 1兆瓦增加到兆瓦增加到2 23 3兆兆瓦。瓦。20132013年全球新安装风电机组平均单机年全球新安装风电机组平均单机容量为容量为19231923千瓦。千瓦。中国新安装风电机组平均单机容量达中国新安装风电机组平均单机容量达到到17201720千瓦，千瓦，1.51.5兆瓦和兆瓦和2 2兆瓦风电机组为兆瓦风电机组为主流机型。主流机型。风电机组单机容量持续增大风电机组单机容量持续增大95 （1 1）提升了风电机组的平稳性、安全性）提升了风电机组的平稳性、安全性和高效性。风速、风向的随机变化会引起叶和高效性。风速、风向的随机变化会引起叶片攻角不断改变，导致风电机组输出功率波片攻角不断改变，导致风电机组输出功率波动，影响电能质量和电网稳定性。动，影响电能质量和电网稳定性。（2 2）采用变桨距功率调节技术后，叶片）采用变桨距功率调节技术后，叶片的安装角可以根据风速的随机变化而改变。的安装角可以根据风速的随机变化而改变。气流的攻角在风速变化时可以保持在一个合气流的攻角在风速变化时可以保持在一个合理范围内，特别是在风速大于额定风速条件理范围内，特别是在风速大于额定风速条件下，仍可保持输出功率平稳。变桨距功率调下，仍可保持输出功率平稳。变桨距功率调节方式近年来在风电机组特别是大型风电机节方式近年来在风电机组特别是大型风电机组上得到了广泛应用。组上得到了广泛应用。变桨距功率调节技术取得重大进展变桨距功率调节技术取得重大进展96 （3 3）结合变桨距功率调节技术的）结合变桨距功率调节技术的应用以及电力电子技术的发展，大多数应用以及电力电子技术的发展，大多数风机制造商开始使用变速恒频技术，并风机制造商开始使用变速恒频技术，并开发出了变桨变速风电机组，使风电机开发出了变桨变速风电机组，使风电机组的转速可以随风速的变化而变化，进组的转速可以随风速的变化而变化，进一步提高了风电机组的效率。一步提高了风电机组的效率。（4 4）目前，全球所安装的风电机）目前，全球所安装的风电机组组90%90%以上采用了变速恒频技术，而且以上采用了变速恒频技术，而且比例还在逐渐上升。比例还在逐渐上升。97 “系统友好型系统友好型”风电场一般具备三个风电场一般具备三个特征：特征：1 1）具有功率预测系统，具备短期和超）具有功率预测系统，具备短期和超短期功率预测能力，满足调度运行需要；短期功率预测能力，满足调度运行需要；2 2）风机具有有功、无功调节和低电压）风机具有有功、无功调节和低电压穿越能力，确保电网发生波动时风机不解穿越能力，确保电网发生波动时风机不解列；列；3 3）集中优化配置有功功率和无功功率）集中优化配置有功功率和无功功率控制系统，实现风机的远程调节控制。控制系统，实现风机的远程调节控制。系统友好型系统友好型98 1 1）风电单机容量大型化技术。可以增加）风电单机容量大型化技术。可以增加风机叶轮扫风面积，提高风能利用效率和年发风机叶轮扫风面积，提高风能利用效率和年发电利用小时数，降低发电成本。电利用小时数，降低发电成本。2 2）低风速风机技术。一般双馈式风机的）低风速风机技术。一般双馈式风机的启动风速超过启动风速超过4 4米米/秒，而城市周边、部分近海秒，而城市周边、部分近海海域有很多低风速地区，开发利用这些风资源，海域有很多低风速地区，开发利用这些风资源，需要研发低风速风机技术。直驱式风机可以在需要研发低风速风机技术。直驱式风机可以在2 2米米/秒的低风速下启动。与双馈式风机相比，秒的低风速下启动。与双馈式风机相比，直驱式风机造价较高、体积较大，实现大范围直驱式风机造价较高、体积较大，实现大范围商业应用需要进一步降低成本。商业应用需要进一步降低成本。发展方向和前景发展方向和前景99 2012 2012年，中国研制出世界第一台年，中国研制出世界第一台9393米超大风轮米超大风轮1.51.5兆瓦超低风速风机，在安兆瓦超低风速风机，在安徽来安风电场并网发电。同时，许多国徽来安风电场并网发电。同时，许多国家也在加快研究降低双馈式风机的启动家也在加快研究降低双馈式风机的启动风速。风速。预计到预计到20302030年前后，双馈式风机的年前后，双馈式风机的启动风速可低于启动风速可低于3 3米米/秒。秒。随着低风速风机技术的广泛应用，随着低风速风机技术的广泛应用，将使全球可利用的风能资源扩大将使全球可利用的风能资源扩大2 2倍以上。倍以上。100 极寒气候条件下，风机叶片容易结冰，严极寒气候条件下，风机叶片容易结冰，严重影响利用效率，研究表明风能利用系数将从重影响利用效率，研究表明风能利用系数将从0.3710.371降低到降低到0.1920.192，效率降低约，效率降低约50%50%。在。在-20-20以下的环境中，一般风机的传动机构、润滑机以下的环境中，一般风机的传动机构、润滑机构、蓄电池、控制机构容易损坏，塔架、叶片构、蓄电池、控制机构容易损坏，塔架、叶片材料的材质变脆，耐疲劳性大大降低。材料的材质变脆，耐疲劳性大大降低。目前，一般风机在目前，一般风机在-30-30时将自动停机。时将自动停机。因此需要重点研究极寒条件下风机机体加热、因此需要重点研究极寒条件下风机机体加热、叶片表面涂料、耐低温材料等技术，解决风机叶片表面涂料、耐低温材料等技术，解决风机耐受极端气候问题。耐受极端气候问题。3 3）适应极端气候条件的风机技术）适应极端气候条件的风机技术101 1 1）高精度风功率预测技术，能够有效降低风）高精度风功率预测技术，能够有效降低风电波动对电网运行的影响，提前安排机组发电计电波动对电网运行的影响，提前安排机组发电计划，减少备用容量，保证电网安全可靠经济运行。划，减少备用容量，保证电网安全可靠经济运行。2 2）随着预测模型和方法的改进，以及遥感系）随着预测模型和方法的改进，以及遥感系统获取的全球大气数据质量的提升，风功率预测统获取的全球大气数据质量的提升，风功率预测精度，特别是中长期预测精度将不断提高。精度，特别是中长期预测精度将不断提高。3 3）由于风电、太阳能发电、水电出力特性，）由于风电、太阳能发电、水电出力特性，在不同在不同时间尺度上具有一定互补性，通过联合调时间尺度上具有一定互补性，通过联合调控，可以实现水、风、光等电源协调运行，使发控，可以实现水、风、光等电源协调运行，使发电出力更加平稳，提高输变电设备利用率和供电电出力更加平稳，提高输变电设备利用率和供电可靠性。可靠性。风电控制技术风电控制技术102 总体来看，风电技术发展将进一步总体来看，风电技术发展将进一步提高风能利用效率、降低成本。提高风能利用效率、降低成本。陆上风电成本将降至陆上风电成本将降至0.40.4元元/（千瓦（千瓦时）以下，海上风电成本可下降到时）以下，海上风电成本可下降到0.60.6元元/（千瓦（千瓦时）以下。时）以下。根据当前研发进展看，风电技术有根据当前研发进展看，风电技术有望在望在20302030年前后全面成熟，相对其他清年前后全面成熟，相对其他清洁能源发电，风电成本优势明显。洁能源发电，风电成本优势明显。1034.2 4.2 我国风能的分布我国风能的分布 我国的风能资源主要分布在沿海和内陆两我国的风能资源主要分布在沿海和内陆两大风带，如大风带，如附附图图所示沿海风带主要是：海南、所示沿海风带主要是：海南、广东、福建、浙江、山东和辽宁沿海及其岛屿；广东、福建、浙江、山东和辽宁沿海及其岛屿；内陆风带主要是内陆风带主要是内蒙古北部、甘肃、新疆北部内蒙古北部、甘肃、新疆北部以及松花江下游以及松花江下游。在这些风带地区，我国已逐步建成二十多在这些风带地区，我国已逐步建成二十多个大型风电场，如个大型风电场，如新疆达坂城、内蒙古辉腾锡新疆达坂城、内蒙古辉腾锡勒、河北张北、吉林通榆、广东南澳、福建平勒、河北张北、吉林通榆、广东南澳、福建平潭潭等，其中许多风电场装机容量达等，其中许多风电场装机容量达100MW100MW以上。以上。104中国风能资源分布中国风能资源分布105风电项目风电项目箱式变电箱式变电（升压）变电站（升压）变电站超高压输电超高压输电风机风机（降压）变电站（降压）变电站用户用户不包含升不包含升压变电站压变电站的项目的项目包含升压包含升压站的项目站的项目106107大型风力发电厂大型风力发电厂108大型风力发电厂大型风力发电厂109大型风力发电厂变电站大型风力发电厂变电站1104.3 4.3 国内外风电发展概况国内外风电发展概况国外风电发展方向：提高国外风电发展方向：提高单机容量，单机容量，减轻单位减轻单位kWkW重量重量，提高转换效率，提高转换效率，提高系统可靠性。，提高系统可靠性。目前国际主流风电机组单机容量已目前国际主流风电机组单机容量已达到达到2 2 3MW3MW，MWMW级以上单机装机容量级以上单机装机容量均超过装机均超过装机总容量的总容量的75%75%。国外国外大多数风大多数风电机组都采用了电机组都采用了变变桨变速控制技术。桨变速控制技术。德国的德国的风电机组中，有风电机组中，有91.2%91.2%的风电机组采用的是的风电机组采用的是变桨距变桨距调节方式。调节方式。全球全球所安装的风电机组中，有所安装的风电机组中，有92%92%的风电机组采用的风电机组采用了变速恒频技术，而且这个比例正在逐渐提高。了变速恒频技术，而且这个比例正在逐渐提高。111中国风电装机容量发展中国风电装机容量发展112 我国风电技术与国外有明显的差距，我国风电技术与国外有明显的差距，20062006年，我国新增风机市场年，我国新增风机市场MWMW级以上还不到级以上还不到30%30%，累计，累计MWMW级机组只占总机组数量的级机组只占总机组数量的11%;11%;MW MW级以下机组多采用定桨距定速恒频技级以下机组多采用定桨距定速恒频技术，运行效率较低，而术，运行效率较低，而MWMW级以上变桨距变速级以上变桨距变速恒频风电机组还处于试运行阶段，其国产化恒频风电机组还处于试运行阶段，其国产化率为率为70%70%左右，关键设备还依赖国外。左右，关键设备还依赖国外。113失速调节失速调节主动失速主动失速定速定速变速控制变速控制齿轮箱齿轮箱变桨距调节变桨距调节变速调节变速调节无齿轮箱无齿轮箱国外大型风力发电机组发展趋势国外大型风力发电机组发展趋势114 风力发电技术目前还在不断发展风力发电技术目前还在不断发展,主要体现主要体现在单机容量的不断增大在单机容量的不断增大,通过采用更高的塔架捕通过采用更高的塔架捕获更多的风能。获更多的风能。风电场未来的发展趋向将集中在风电场未来的发展趋向将集中在:(1)(1)提高机群安装场地选择的准确性提高机群安装场地选择的准确性,合理性。合理性。(2)(2)提高运行的可靠性、稳定性提高运行的可靠性、稳定性,实现运行的最实现运行的最佳控制。佳控制。(3)(3)单机容量在单机容量在1MW1MW以上的风力发电场将占据主以上的风力发电场将占据主导地位。导地位。1154.4 4.4 风能发电系统和主要设备风能发电系统和主要设备4.4.1 4.4.1 风力发电的运行方式风力发电的运行方式一是：独立运行方式一是：独立运行方式，通常是一台小型风力发，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能以保证无风时的用电；以保证无风时的用电；二是：风力发电与其他发电相结合方式二是：风力发电与其他发电相结合方式（如柴（如柴油机发电、生物质发电、垃圾发电等），向一油机发电、生物质发电、垃圾发电等），向一个单位、一个村庄或一个海岛供电；个单位、一个村庄或一个海岛供电；三是：风力发电并入常规电网运行方式三是：风力发电并入常规电网运行方式，向大，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电主要发甚至几百台风力发电机，这是风力发电主