新能源技术风力发电1樊资料.pptx

第第3章章风力发电风力发电 本章主要内容本章主要内容3.1 3.1 风的特性及风能利用风的特性及风能利用3.2 3.2 风力发电机组及工作原理风力发电机组及工作原理3.3 3.3 风力发电机组的控制策略风力发电机组的控制策略3.4 3.4 中国风电和世界风电中国风电和世界风电 绪绪 论论 在新能源发电技术中，风力发电是其中最接近实用和在新能源发电技术中，风力发电是其中最接近实用和推广的一种。风力发电是一个综合性较强的系统，涉及空推广的一种。风力发电是一个综合性较强的系统，涉及空气动力学、机械、电机和控制技术等领域。气动力学、机械、电机和控制技术等领域。风力发电是在大量利用风力提水的基础上发展起来的，风力发电是在大量利用风力提水的基础上发展起来的，它首先起源于丹麦，目前丹麦已成为世界上生产风力发电它首先起源于丹麦，目前丹麦已成为世界上生产风力发电设备的大国。设备的大国。20世纪世纪70年代世界连续出现石油危机，随之年代世界连续出现石油危机，随之而来的环境问题迫使人们考虑可再生能源利用问题，风力而来的环境问题迫使人们考虑可再生能源利用问题，风力发电很快重新提上了议事日程。风力发电是近期内最具开发电很快重新提上了议事日程。风力发电是近期内最具开发利用前景的可再生能源，也将是发利用前景的可再生能源，也将是21世纪中发展最快的一世纪中发展最快的一种可再生能源。种可再生能源。3.1 3.1 风的特性及风能利用风的特性及风能利用 3.1.1 3.1.1 风的产生风的产生 风是大气对流运风是大气对流运动的表现形式，由太动的表现形式，由太阳辐射热和地球自转、阳辐射热和地球自转、公转和地表差异等引公转和地表差异等引起。起。地球上风的运动地球上风的运动3.1.2 3.1.2 风的特性与风能风的特性与风能1 1、风的表示法、风的表示法（1 1）风向的表示法）风向的表示法 风吹来的地平风吹来的地平方向定为风的方向。方向定为风的方向。风向一般用风向一般用16个方个方位表示，也可以用位表示，也可以用角度表示。观测风角度表示。观测风向的仪器，目前使向的仪器，目前使用最多的是风向标。用最多的是风向标。风向方位图风向方位图 风频指风向的频率，风频指风向的频率，即在一定时间内某风向出现即在一定时间内某风向出现的次数占各风向出现总次数的次数占各风向出现总次数的百分比。可用的百分比。可用“风频玫瑰风频玫瑰图图”来表示。来表示。风频玫瑰图风频玫瑰图 在实际的风能利用中，在实际的风能利用中，总是希望某一风向的频率尽总是希望某一风向的频率尽可能大些，尤其是不希望在可能大些，尤其是不希望在较短的时间内出现风向频繁较短的时间内出现风向频繁变化的情况。变化的情况。（2 2）风速的表示法）风速的表示法 由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。国际上的所以风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。国际上的单位为单位为m/sm/s或或km/hkm/h。风速频率，即一定时间内某风速时数占各风速出现总时风速频率，即一定时间内某风速时数占各风速出现总时数的百分比数的百分比。风速频率分布曲线风速频率分布曲线 从风能利用的观点看，从风能利用的观点看，曲线曲线2所代表的风况比曲线所代表的风况比曲线1表明的要好。表明的要好。（3 3）风速与风级）风速与风级 风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象，按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的现象，按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的为蒲福风级，从静风到飓风共分为为蒲福风级，从静风到飓风共分为1313个等级。个等级。风力等级与风速的关系风力等级与风速的关系：式中式中 VNN级风的平均风级风的平均风(m/s)；N风的级数。风的级数。2 2、风的特性、风的特性（1 1）风的随机性）风的随机性 风的产生是随机的，但可以根据风随时间的变化总结风的产生是随机的，但可以根据风随时间的变化总结出一定的规律。如出一定的规律。如地面上夜间风弱，白天风强；高空中夜地面上夜间风弱，白天风强；高空中夜里风强，白天风弱，里风强，白天风弱，这个逆转的零界高度为这个逆转的零界高度为100150m。我国大部分地区风随季节变化的情况是：我国大部分地区风随季节变化的情况是：春季最强、冬季春季最强、冬季次之、夏季最弱。次之、夏季最弱。（2）风随高度的变化而变化）风随高度的变化而变化 风速沿高度的变化风速沿高度的变化 风速随高度的升高而增大，具体风速随高度的升高而增大，具体变化规律与地面情况有关，一般可用下式表示：变化规律与地面情况有关，一般可用下式表示：h0为参考高度一般取为参考高度一般取10米，米，v0为为10米高度的风速，米高度的风速，n取取0.160.20 密度沿高度的变化规律密度沿高度的变化规律3 3、风的能量、风的能量 （1 1）风能密度风能密度 空气在空气在1s1s内以速度内以速度流过单位面积产生流过单位面积产生的的 动能。表达式为动能。表达式为：（2 2）风能风能 空气在空气在1s内以速度内以速度流过面积为流过面积为S截面的动能。截面的动能。表达式为：表达式为：（3 3）风能的特点风能的特点 优点：蕴量巨大、可再生、分布广泛、优点：蕴量巨大、可再生、分布广泛、没有污染没有污染 缺点：密度低（只有水力的缺点：密度低（只有水力的1/816）、不）、不 稳定、地区差异大稳定、地区差异大4 4、风能资源、风能资源风能资源储量估算值是指离地面风能资源储量估算值是指离地面1010米高度层的风能资源米高度层的风能资源量，而非整个大气和近地层的风能量。量，而非整个大气和近地层的风能量。估算方法是，设测试风轮的扫掠面积为估算方法是，设测试风轮的扫掠面积为1m1m2 2，相邻风轮的，相邻风轮的间距为间距为1010米（前后左右），每个风轮的占地米（前后左右），每个风轮的占地100m100m2 2,那么那么1 1平方公里可以装平方公里可以装1 1万台，有万台，有1 1万平方米的截面积上的风能万平方米的截面积上的风能可利用，该截面积乘以当地的风能密度就是该地风能资可利用，该截面积乘以当地的风能密度就是该地风能资源储量源储量。根据上述方法计算出的全国理论储量为根据上述方法计算出的全国理论储量为32.2632.26亿亿kWkW。实际可开发为实际可开发为2.532.53亿亿kWkW，不包括海上资源。，不包括海上资源。有效风速有效风速 风力机可利用的风速范围，一般风力机可利用的风速范围，一般3 320(25)m/s20(25)m/s。有效风能密度有效风能密度 有效风速范围内的风能密度。有效风速范围内的风能密度。有效风时数有效风时数 一年内有效风速范围内的累计时数。一年内有效风速范围内的累计时数。根据理论计算，太阳辐射到地球的热能中约根据理论计算，太阳辐射到地球的热能中约2%2%转转变成风能，大气总风能为变成风能，大气总风能为1017kW1017kW，可开发利用的总量，可开发利用的总量约约3500035000亿亿kWkW，是水能的，是水能的1010倍。倍。风能的来源风能的来源风能资源（世界）风能资源（世界）风能资源的利用，取决于风能密度和可利用风能年累风能资源的利用，取决于风能密度和可利用风能年累积小时数。按照有效风能密度的大小和积小时数。按照有效风能密度的大小和3-20m/s3-20m/s风速全年出风速全年出现的累积小时数，我国风能资源的分布可划分为现的累积小时数，我国风能资源的分布可划分为4 4类区域。类区域。1.1.风能丰富区风能丰富区 风速风速3m/s3m/s以上超过半年、以上超过半年、6m/s6m/s以上超过以上超过 2200h2200h的地区。的地区。“三北三北”地区（东北、华北和西北）和某些沿海地区。地区（东北、华北和西北）和某些沿海地区。2.2.风能较丰富地区风能较丰富地区 风速风速3m/s3m/s以上超过以上超过4000h4000h、6m/s6m/s以上超过以上超过1500h1500h的地区。的地区。东部沿海地区、东部沿海地区、“三北三北”地区南部和青藏高原中心区。地区南部和青藏高原中心区。3.3.风能可利用区风能可利用区 风速风速3m/s3m/s以上超过以上超过3000h3000h 、6m/s6m/s以上达以上达 1000h1000h的地区。的地区。新疆、甘肃、宁夏部分地区和内陆地区。新疆、甘肃、宁夏部分地区和内陆地区。4.4.风能贫乏区风能贫乏区 平均风速较小或者出现有效风速的时间较少平均风速较小或者出现有效风速的时间较少的地区。的地区。云贵川、雅鲁藏布江和塔里木盆地。云贵川、雅鲁藏布江和塔里木盆地。中国风能资源分区中国风能资源分区3.1.3 3.1.3 风能的利用风能的利用 风能的利用主要是将大气运动时所具有的动能转风能的利用主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能量，一般利用风推风车的转动以形化为其他形式的能量，一般利用风推风车的转动以形成动能。成动能。风能转换与应用情况风能转换与应用情况