新能源发电技术的进展

第一篇：新能源发电技术的进展

新能源发电技术的进展

1、引言

自20世纪70年代以来，许多国家开展了对新型可再生能源的研究、开发和利用工作，到目前为止，除水电外，全世界可再生能源发生的总容量已经接近4×104MW，占全世界总装机容量的1%。其中风力发电装机容量已达到1.8×104MW，太阳能光伏发电装机容量近的1×104MW。美国、日本、澳大利亚等国家和欧盟都制订了相关政策积极发展新能源产业。

我国自然能资源 非常丰富，开发潜力巨大，然而，由于技术、资金以及政策引导等方面的原因，新能源的开发步伐明显滞后。至2000年底，我国风能、太阳能等新能源发电约为 33×104kW，只占我国电力装机总容量的0.4%。因此，推动新能源产业的快速发展，已成当务之急。本文就目前国内外新能源发电的最新动态做一论述。

2、国外新能源发电技术发展情况

(1)太阳能发电美国是世界上太阳能发电技术开发较早的国家，太阳能槽式发电系统已经积累了10多年联网营运的经验，1×104kW塔式和 5~25kW盘式太阳能发电系统正处于示范阶段。法国、西班牙、日本、意大利等国太阳能发电的应用也有一定发展。太阳能光伏发电最早用于缺电地区，从80 年代开始，联网问题得到很大重视。目前，在世界范围内已建成多个兆瓦级的联网光伏电站，光伏发电总装机容量约1×103MW。

(2)风力发电风力发电经历了从独立系统到并网系统的发展过程，大规模风力田的建设已成为发达国家风电发展的主要形式。目前，风力田建设投资已 降至1000美元/kW，低于核电投资且建设时间可少于一年，其成本与煤电成本接近，因而具有很大的竞争潜力。世界上最大的风力田位于美国加利福尼亚州，年发电约221×108kW.h。全世界风电装机容量已达17706MW。美国将在俄勒冈州至华盛顿州沿线建立一个世界最大的风力发电基地，德国计划30 年后用风力发电取代核电，风力发电在德国供电系统中的比重将占到25%。

(3)地热能发电地热发电的相关技术已经基本成熟，进入了商业化应用阶段。美国拥有世界上最大的盖塞斯地热发电站，装机容量达2080MW。菲 律宾的地热发电装机容量也高达1050MW，占该国电力装机总容量的15%。目前全世界地热发电站约有300座，总装机容量接近1×104MW，分布在 20多个国家，其中美国占40%。

(4)海洋能发电目前，世界各地已建成了许多潮汐电站，其中规模最大的是法国的郎斯电站，装机容量240MW。规模较大的还有加拿大的安那波利斯电站、中国的江厦电站和幸福洋电站、原苏联的基斯洛电站等。

(5)生物能发电城市垃圾发电是30年代发展起来的新技术，最先利用垃圾发电的是德国和美国。目前，美国垃圾焚烧发电约占总垃圾处理量的 40%，已建立了几百座垃圾电站，其中底特律市拥有世界上最大的日处理垃圾4000t的垃圾发电厂。日本城市垃圾焚烧发电技术发展更快，垃圾焚烧处理的比 例已接近100%。

(6)燃料电池发电美国每年投资数亿元开发燃料电池，掌握了许多最先进的技术。日本也大力开展燃料电池及发电技术的研究，仅磷酸型燃料电池(PAFC)

发电装机就已超过30MW。加拿大、韩国以及欧洲许多国家也在燃料电池的研究与应用上取得了很大进展。目前，PAFC是技术最成熟、商业化应 用最广泛的燃料电池，其价格已降至1500美元/kW。已有数百座PAFC型电站在美国、日本以及欧洲各国投入运行，容量最大的是东京电力公司的五井电厂(11MW)。

3、我国新能源发电的现象

我国的太阳能电池制造水平比较先进，实验室效率已经达到21%，一般商业电池效率是10%~13%。已建成1座光伏电站，容量约40MW。其中 容量最大的是1998年投运的西藏安多100kW电站。太阳能发电项目正在启动，计划在拉萨建立一座35MW的鲁兹型太阳能电站。

我国独立风电装置有10多万台，总容量20MW左右，80%以上在内蒙古。80年代中后期以来，联网风电场建设迅速发展，全国共建成20个联网 风电场，容量234MW。新疆达板城风电二场是我国目前最大的联网风电场，我国自行研制的7.5MW风力发电机组已经投入运行。

我国地热发电站总装机容量30MW左右，其中西藏羊八井、那曲、郎久三个地热电站规模较大。目前我国共有八座潮汐电站建成运行，容量5.4×104kW.h，最大的是80年代建成的浙江江厦电站，装机容量3.2MW。

生物能发电在我国尚处于起步阶段，蔗渣/稻壳燃烧发电、稻壳气化发电和沼气发电等技术已得到应用，总装机约800MW。深圳垃圾发电厂已运行了七年，为垃圾发电在我国的发展积累了一定的经验，这将为解决我国城市垃圾处理问题带来新的希望和契机。

90年代中期以来，我国在PEMFC燃料电池研究方面取得了较大的进展。燃料电池技术列入了国家“九五”科技攻关项目和中国科学院“九五”应用研究与发展重大项目，其研究目标直指国际水平。

4、研究热点介绍

4.1太阳能光伏电池

太阳能电池是制约太阳能发电产业发展的瓶颈技术之一。主要的工作集中在新材料、新工艺、新设计等方面，其目的是为了提高电池转换效率和降低电池 制造成本。制作太阳电池的材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及其他新型化合物半导体材料。其中非晶硅属直接转换型半导体，光吸收率大，易于制成厚度 0.5μm以下、面积1m2以上的薄膜，并且容易与其他原子结合制成对近红外高吸收的非晶硅锗集层光电池，这是目前日本光电池开发的主攻方向之一。另一种 是非晶硅和多晶硅混合薄膜材料，它转换率高、用材省，是新世纪最有前途的薄膜电池之一。据报道，日本通产省计划在今后10年内，开发出使用薄膜晶体硅和以 铜、钇、硒的合金作光电转换材料的太阳能发电装置，其光电转换效率将比现在提高大约50%。

目前，高效聚光太阳能电池效率已经达到32%，高效平板太阳能电池效率达到25%~28%。世界最大的太阳能电池生产厂年产电池36MW，价格 在3~4美元/峰瓦，并且正在设计制造年产500MW的生产线，力球使电池价格进一步降至1美元/峰瓦左右。届时，太阳能光伏发电的成本将降至6美元 /kW.h，可以与火力发电进行价格竞争。

4.2大型风力发电机组

风力发电机组是风电系统的关键设备，很多国家为此进行了大量投资，就风

轮机的材料、结构、发电机控制技术、功率容量以及可靠性等展开研究，其技 术也取得了长足的进步。主要表现在：①单机功率逐步增大。80年代中期，商品化机组的单机功率只有55kW，目前，单机功率已上了兆瓦级，1MW以下的并 网风力发电机组单机技术已经成熟。②由于控制技术的改进、设计水平的提高以及新型材料的运用，机组功率曲线改善，运行可靠性不断提高，故障率显著下降。③ 运用先进的计算机控制技术，能实现对机组的远程集中监控和通信，从而可做到无人值守运行。

最近，美国格伦曼公司开发成功了一种带有扩散体的增强型风轮机。据测算，当转轮直径达到20m时，发电电价可小于3.1美分/kW.h，具有很 强的竞争力。这种风轮机已在新西兰投入运行。目前，单机容量500kW的三翼刚性构造风力机组及集合型风力机组群有关技术是开发热点之一。风电机组的发展 方向是超大容量、智能化、高稳定性和可靠性。

4.3地热发电设备

当前营运的地热电站主要采用水蒸汽发电或双循环发电方式，全流发电和干热岩体发电等形式正在研究开发中。地热发电设备的主要发展趋势，一是便于 安装和移动的3~5MW小功率积木式机组，二是为了利用量大面广的85~130℃的地热水而开发的低沸点有机工质朗肯循环机组。此外，热泵技术、防腐技 术、去垢技术及其相关材料，也正处于积极开发和完善阶段。

4.4最大能量跟踪技术

在不同的光照强度和电池温度下，太阳能电池的最大输出功率(MPP)点是不相同的。为了得到最佳的能量利用效率，必须采取措施使电池的输出自动 跟踪气候条件的变化，最大能量跟踪技术就是针对这一问题而提出的。最大能量跟踪的常用方法是：首先使输出电压产生一个微小的变化量，然后通过判断输出功率 的改变方向(增大还是减小)来决定下一步输出电压的改变方向，使电池输出电压不断朝着使输出功率增大的方向改变，从而使电池总是工作在MPP点附近。其缺 点是跟踪速度不够快，特别当光照或者温度改变频繁时更慢。文献[4]提出了一种改进方法，其思路是通过反馈控制使电池输出功率与输出电压的微分dρ/dυ 趋于零，从而使电池的工作点总是指向MPP点。这种方法的优点是MPP点对应于dρ/dυ=0的点，而且这种关系不随光照和温度而改变。

在风力发电中，风力的强度和方向也是经常变化的，具有很大的随机性，因而也存在最大能量跟踪的问题。其一般方法是采用变速恒频控制方案，使风机 能够随风向的变化而自动改变叶片方向，从而最大限度地捕捉风能；而通过控制功率变换器恒频运行，可以保证输出电能与电网电能频率、相位等参数的一致性。

4.5并网技术

独立发电系统容量不太稳定，电能质量不佳，调节能力有限，投资成本较高，为了优化电力结构和方便统一调度，并网发电已是大势所趋。为了不影响电 网的质量，必须保证使发电系统的输出电压与电网电压在频率、相位和幅值上保持高度一致，而且发电系统和电网间功率能够双向调节。这就牵涉到功率因数较正、大功率变换以及高稳定性系统设计等技术，这正是当前各个国家研究的热点，也是我国国内新能源发电技术中最薄弱的环节之一。目前，国外单向功率变换技术已经 基本成熟，三相大功率变换技术则还有很多值得研究的问题，如具有高效率的系统主电路结合设计、低损耗的软开关技术以及单位功率因数的实现技术等。

5结语：

新能源发电将成为未来主要的研究热点，必将成为发电的主流

第二篇：新能源发电技术概况和发展前景

新能源发电技术的前景

摘要：能源是人类生存和发展的重要物质条件。煤炭、石油、天然气等化石能源支持了19和20世纪近200年来人类文明进步和经济社会发展，但煤炭、石油、天然气等不可再生能源持续增长的大量消耗，不仅使人类面临资源枯竭的压力，同时更感到了环境问题的严重威胁。目前，提高能源利用效率、开发利用可再生能源、保护生态环境、实现可持续发展已成为国际社会的共同行动可再生能源丰富、清洁，可永续利用。加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路。关键词：新能源 发电技术前景

在经济发展、社会进步的同时，人们认识到了一个严峻的现实：几亿年形成的矿物质燃料储量是有限的，地球自净化的环境容量也不是无限的，在经济高速发展进程中，人类过度消耗能源的同时，严重地污染了自己赖以生存的地球和空间，能源与环境是进入21世纪必须考虑的四大难题之首--能源、环境、人口和粮食。节约能源，抑制化石燃料的过度消耗；保护环境，净化人类生存的有限空间；开发与利用再生能源与新能源，带来在环境及价格上均有竞争能力的能源革命。既满足人类当前发展的需要，又不对后代人满足其需求的能力构成危害，这一“持续发展”已成为人类当前和未来共同遵循的迫切问题。

可再生能源包括生物质能、水能、太阳能、风能。地热、海洋能等。1995年全球可再生能源占一次能源的18％，预计到2050年将达22％，到21世纪末，将达到33％，即11G吨标煤。因此可以说，21世纪是可再生能源世纪。目前技术比较成熟，已经开始大规模利用的新能源是风能、太阳能、沼气、燃料电池这四种。现有的新能源发电方法很多，其中有：地面太阳能发电、卫星太阳能发电、地面风能发电、高空风能发电、地壳热能发电、岩浆热能发电、潮汐发电、波浪发电、海水温差发电、核聚变能发电等等。由此可见，人类对新能源发电方法探索，已处在全方位、高科技、重资金投入的时期，目的只有一个，就是要找到一种可以解决人类能源需求的新能源发电方法。自20世纪70年代以来，许多国家开展了对新型可再生能源的研究、开发和利用工作，到目前为止，除水电外，全世界可再生能源发生的总容量已经接近4×104MW，占全世界总装机容量的1%。其中风力发电装机容量已达到1.8×104MW，太阳能光伏发电装机容量近的1×104MW。美国、日本、澳大利亚等国家和欧盟都制订了相关政策积极发展新能源产业。

我国自然能资源非常丰富，开发潜力巨大，然而，由于技术、资金以及政策引导等方面的原因，新能源的开发步伐明显滞后。至2000年底，我国风能、太阳能等新能源发电约为33×104kW，只占我国电力装机总容量的0.4%。因此，推动新能源产业的快速发展，已成当务之急。

太阳能作为清洁无污染的新能源方式之一，同样具有广阔的发展前景。美国是世界上太阳能发电技术开发较早的国家，太阳能槽式发电系统已经积累了10多年联网营运的经验，1×104kW塔式和5~25kW盘式太阳能发电系统正处于示范阶段。法国、西班牙、日本、意大利等国太阳能发电的应用也有一定发展。太阳

能光伏发电最早用于缺电地区，从80年代开始，联网问题得到很大重视。目前，在世界范围内已建成多个兆瓦级的联网光伏电站，光伏发电总装机容量约1×103MW。我国的太阳能电池制造水平比较先进，实验室效率已经达到21%，一般商业电池效率是10%~13%。已建成1座光伏电站，容量约40MW。其中容量最大的是1998年投运的西藏安多100kW电站。太阳能发电项目正在启动，计划在拉萨建立一座35MW的鲁兹型太阳能电站。在我国太阳能发电主要以光伏发电为主，近年来，我国通过国陈合作．光伏发电取得了一定的进展。据统计，到2001年我国的太阳电池年产量已达4 MW，累计装机容量达到23MW，此后陆续建成了一些新的生产厂，使我国太阳电池的生产能力得到了较大的增长，到2002年底我国的光伏系统累计的装机容量达40 MW，但是多晶硅太阳能电池还仅仅处于少量的试生产阶段。虽然我国的光伏生产和开发研究取得了一些成绩，但与国外相比，还有很大的差距，投人太少，生产规模小，技术水平较低，应用系统的商品化程度不高，市场发展迟缓等，另外目前我国的太阳能发电还处于中小规模利用阶段。

人类大规模利用太阳能的另一条有效途径。燃料电池电池发电。燃料电池(Fuel Cell: FC)是一种新型的发电方式，与传统的火力发电等方式比它具有效率高、噪声低、污染低等优点，发电效率可达60%一70%,是迄今为止发电效率最高、污染物排放最少的化石燃料发电技术。随着技术的发展，不仅可直接用作分散电源，安装在用户附近节省输变电投资。未来可建成以煤为原料的大型中心电站，被视为21世纪很有发展前途的高效清洁的发电方式之一。美国每年投资数亿元开发燃料电池，掌握了许多最先进的技术。日本也大力开展燃料电池及发电技术的研究，仅磷酸型燃料电池（PAFC）发电装机就已超过30MW。加拿大、韩国以及欧洲许多国家也在燃料电池的研究与应用上取得了很大进展。目前PAFC是技术最成熟、商业化应用最广泛的燃料电池，其价格已降至1500美元/kW。已有数百座PAFC型电站在美国、日本以及欧洲各国投入运行，容量最大的是东京电力公司的五井电厂（11MW）。90年代中期以来，我国在PEMFC燃料电池研究方面取得了较大的进展。燃料电池技术列入了国家“"九五”“科技攻关项目和中国科学院”“九五”"应用研究与发展重大项目，其研究目标直指国际水平。

风力发电是新能源中技术最成熟的、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式，随着利用风能发电的技术逐渐成熟，其发电成本已可以和常规能源相比拟了，在美国其上网电价5美分，而其他国家大体上也是如此。风力发电经历了从独立系统到并网系统的发展过程，大规模风力田的建设已成为发达国家风电发展的主要形式。目前，风力田建设投资已降至1000美元/kW，低于核电投资且建设时间可少于一年，其成本与煤电成本接近，因而具有很大的竞争潜力。世界上最大的风力田位于美国加利福尼亚州，年发电约221×108kW·h。全世界风电装机容量已达17706MW。美国将在俄勒冈州至华盛顿州沿线建立一个世界最大的风力发电基地，德国计划30年后用风力发电取代核电，风发电在德国供电系统中的比重将占到25%。我国独立风电装置有10多万台，总容量20MW左右，80%以上在内蒙古。80年代中后期以来，联网风电场建设迅速发展，全国共建成20个联网风电场，容量234MW。新疆达板城风电二场是我国目前最大的联网风电场，我国自行研制的7.5MW风力发电机组已经投入运行。同时国产化风力机组的开发也取得了一定成果，但我国风力发电成本仍然较高，主要原因之一是大型风力发电机组几乎都是引进的。我国小型风力发电技术已经比较成熟。我国能够自行研制和开发容盆从100W--l0kW共约10个风力发电机组品种，累计保有量已经居于世界第一位，与国外同类型机组相比，具有启动风速低、低速发电性好、限速可

靠、运行平稳等优点，而且成本低，价格便宜。但在外观质量、叶片材料的应用和制作工艺水平上以及在较大容量的离网型机组的生产制造技术方面，还存在一定差距。我国发展风力发电的三大支柱是：技术、政策。投资。可以期望，进入新的世纪之时，风力发电会得到迅速发展，为我国经济可持续发展提供能源与环保的保证。

地热电站既没有燃料运输设备，也没有庞大的锅炉设备，所以也气对环境的污染，是比较清沽的能源。地热发电站发电后排出的热水，可供诸如采暖、医疗、洗涤、提取化学物质和农，业养殖。地热发电成本较水电、火电都低。地热发电是以地下热水和蒸气为动力源，其基本原理与火力发电类似。地热发电的相关技术已经基本成熟，进入了商业化应用阶段。美国拥有世界上最大的盖塞斯地热发电站，装机容量达2080MW。菲律宾的地热发电装机容量也高达1050MW，占该国电力装机总容量的15%。目前全世界地热发电站约有300座，总装机容量接近1×104MW，分布在20多个国家，其中美国占40%。我国地热发电站总装机容量30MW左右，其中西藏羊八井、那曲、郎久三个地热电站规模较大。目前我国共有八座潮汐电站建成运行，容量5.4×104kW·h，最大的是80年代建成的浙江江厦电站，装机容量3.2MW。

城市垃圾发电是30年代发展起来的新技术，最先利用垃圾发电的是德国和美国。目前，美国垃圾焚烧发电约占总垃圾处理量的40%，已建立了几百座垃圾电站，其中底特律市拥有世界上最大的日处理垃圾4000t的垃圾发电厂。日本城市垃圾焚烧发电技术发展更快，垃圾焚烧处理的比例已接近100%。生物能发电在我国尚处于起步阶段，蔗渣/稻壳燃烧发电、稻壳气化发电和沼气发电等技术已得到应用，总装机约800MW。深圳垃圾发电厂已运行了七年，为垃圾发电在我国的发展积累了一定的经验，这将为解决我国城市垃圾处理问题带来新的希望和契机。

潮汐是指海水时进时退、海面时涨时落的这种自然现象。潮汐的最大潮差为

8.9 m，据计算，世界海洋潮汐能或费量约为27亿kW，若全部转换成电能每年发电t大约为1.2万亿kW•he MP发电与水力发电的原理基本相似.目前，世界各地已建成了许多潮汐电站，其中规模最大的是法国的郎斯电站，装机容量240MW。规模较大的还有加拿大的安那波利斯电站、中国的江厦电站和幸福洋电站、原苏联的基斯洛电站等。2003年4月，英国科学家在德文郡北部距离海岸1.3 km的海洋中，建造了世界第一座潮汐发电站。这台潮汐发电机采用单转子发电系统，装有一个直径11m的叶轮，工作时可产生300 kW的电力。

中国的煤炭资源以及开始显现枯竭迹象，而且煤炭所产生的大量二氧化碳不利于环境保护，寻找替代能源 及利用可再生能源成为中国经济发展的决定力量。新能源的开拓是我国能源产业发展的必由之路。到2020年中国年需用煤量为40亿吨。我国已探明的煤炭储量为1145亿吨，按照目前能源的消耗速度，中国已探明的煤 炭储量仅能维持30年的消耗。寻找可替代能源及开 发可循环利用的能源将决定中国经济发展的命脉。从2003年开始，政府大力推进风能、太阳能、小 水电、生物质能的发展，以期改变对传统能源的依 赖。经过7年的高速发展，各种新能源的发展呈现出不同态势。

太阳能发电目前最大的问翅是成本昂贵，约为火电的6一8倍，提高转换效率、降低成本是光伏发电技术发展的关键。晶体硅太阳能电池转换效率虽高，但成本难以大幅度下降，而商效新型太阳能电池技术的发展是降低光电池成本的另一条切实可行的途径，据估算，到2020年，太阳能发电的成本可大体与火电成本相比拟，那时，光伏发电进入规模发展期。在我国，按照国家计委制订的“光明工程”计划，2010年解决2000万人口的照明和用电，光伏总容量将达到300 MW，到2015年将开始大规模发展并网式光伏系统。另外，随着人类航天技术以及微波输电技术的进一步发展，空间太阳能电站的设想可望得到实现。由于空间太阳能电站不受天气、气候条件的制约，其发展显示出美好的前景，是人类大规模利用太阳能的另一条有效途径。

我国然料电池发电的发展应以优先发展能组成大容量联合循环发电系统，能以煤气为燃料，并具有降低造价潜力的高温燃料电池发电技术。即选择MCFC和SOFC为我国电力系统燃料电池发电技术的主要发展方向。MCFC和SOFC各有特点，都有各自适用范围和发展潜力，但目前均未达到商业化。MCFC适合与底部热回收系统组成热电联供，SOFC则适合加压运行扩底部采用燃气轮机和余热回收系统，组成高效率的复合循环发电系统。随着氢能技术发展，PEFC在移动电源、分散电源、应急电源、家庭电源等方面具有一定优势和市场潜力。AFC不适合民用发电，PAFC技术目前已趋于成熟，与MCFC, SOFC和PEFC比较，技术已相对落后，这4种燃料电池不应作为开发的方向。

中国风力资源极为丰富，风能发电很可能作为可再生能源的主力军在今后能源产业中起到领军作用。中国气象科学院研究员朱瑞兆提供的数据显示，中国风能资源仅次于美国 和俄罗斯，居世界第 三。已探明的中国风 能理论储量为32.26亿 千瓦，可利用开发为2.53亿千瓦。风能如果 能够全部利用起来，将满足当前能源需求 的近四分之一。

陆上风电市场化 竞争效果显著，规模经 济引领风能成本大大下 降。中国风能市场从2003年开始推进市 场化运营，经过7年的高速发展，陆上风 能已经全面开发。风能资源最丰富的内 蒙古、新疆及东北地区等一级城市的风 力发电的招投标及建设工作已经完成。目前风能开发工作已经开始向风力资源较为丰富的二三级城市发展。海上风能尚处于起步阶段，有着巨大的发展空间，将成为未来5年的投 资热点。中国拥有十分丰富的近海风资源，我国近海10米水深的风能资源约14.9亿千瓦。另一方面，东部沿海地区 经济发达，能源紧缺，开发丰富的海上风能资源将有效改善能源供应情况。

国际在线消息：能源专家们认为，环保的地热发电将在今后有强劲的发展前景。地热发电成本与其它再生能源的发电成本相比是有竞争力的，而且在发电过程中不产生废水、废气等污染，所以它是一种未来的新能源。另一个好处是，地热几乎是取之不尽、用之不竭的，并能随时随地被利用。

垃圾发电的种种优点已经得到发达国家的实践证明。垃圾发电将成为阳光产业，已经成为社会共识。不过，垃圾焚烧发电造成的二次污染也不容忽视。有专家指出，垃圾燃烧不完全会产生对人体有害的致癌物质，垃圾焚烧产生的飞灰还会造成空气污染。因此，进行垃圾发电必须符合技术和环保双重要求。由于目前一些城市环卫部门一级垃圾分拣较为粗糙，造成一些建筑垃圾中的塑料等材料与少部分医疗垃圾也进入了垃圾发电处理场，使得焚烧中二恶英等有毒气体超标，造成二次污染。因此，严格执行排放标准不容忽视。我国的生活垃圾焚烧发电远远低于发达国家水平。

能源是人类社会发展的重要基础。经过工业革命以来100多年的变迁，全球已形成了以煤炭、石油等化石能源为主的能源结构。目前，化石能源消费占到全部能源消费的88%。这种以化石能源为主的能源消费方式，给人类社会的可持续发展带来了很大的隐患，突出表现为资源的有限性与消费的无限性之间的矛盾，以及化石能源生产和消费对环境的影响。开发利用可再生能源已成为应对日益严峻的能源环境问题的必由之路。

参考文献：

孙云莲,，新能源及分布式发电技术，2009年11月 国电招标网，新能源发电的储能技术，2008年11月 新能源与可再生能源发电技术的发展，2007年1月 黄其励，21世纪发电新技术，2003年12月 中华商务网讯 新能源发电技术的最新进展，2002年2月 新能源发电技术 新能源发电，供电配电，电气技术，土木在线社区

第三篇：关于新能源风能发电报告

关于新能源风能发电报告

姓名：陈祝平 班级：英本三班 学号：2010103061 2011.10.21 2 风能发电

在不断持续的能源紧张中，不少人想到了新能源利用。利用洁净的能源（可再生能源）是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现。洁净能源指太阳能、风能、潮汐能、生物能等，这都是可再生取之不尽的能源，特别是风能技术最为成熟，经济可行性较高，是一种较理想的发展能源。风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。

我国风能资源总量约42亿千瓦，技术可开发量约3亿千瓦。目前东南沿海是最大风能资源区，风能密度为200W/M2～300W/M2，大于6m/s的风速时间全年3000h以上就可取得较大经济效益。

一 风力发电的现状

21世纪是可再生能源的世纪，由于风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯竭，又可以在很大范围内取得，非常干净、没有污染，不会对气候造成影响，因而风力发电具有极大的推广价值。在中国，风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。这些地区缺少煤炭及其他常规能源，并且冬春季节风速高，雨水少；夏季风速小，降雨多，风能和水能具有非常好的季节补偿。另外，在中国内陆地区，由于特殊的地理条件，有些地区具有丰富的风能资源，适合发展风电，比如江西省都阳湖地区以及湖北省通山地区。目前我国的风能利用方面与国际水平还在一定差距，但是发展很快，无论在发展规模上还是发展水平上，都有很大提高。据资料显示，2004年全国在建项目的装机容量约150万千瓦，其中正在施工的约42万千瓦，可研批复的68万千瓦，项目建议书批复的45万千瓦，包括五个10万千瓦特许权项目。

江西都昌老爷庙风电场风能资源丰富，建设条件较好，已被列为全国大型风电场预可研项目。目前，江西省能源结构性矛盾突出，一次能源只有煤炭和水电；而且电煤大部分需要从省外运入，水电开发程度又较低。风电和水电具有不同步发生规律，风力发电高峰处于秋季与冬季，水利发电高峰期处于春季和夏季，风电和水电具有季节性特性，可实现季节性互补；风力发电是环保型可再生能源，可改善电源结构，替代一部分火电容量，节约煤炭，减少污染，保护环境。二 风力发电的潜力 长期以来，由于风电电价高于火电电价，作为清洁能源的风电对于解决能源短缺和环境保护问题的意义长期得不到应有的重视。事实上，风电作为一项高新技术，具有着巨大的产业前景。而它作为新兴能源，更对促进边远地区经济发展有着巨大的作用。在电力紧张、能源紧缺的情况接踵而至的今天，我国应该重新认识风能的利用问题。

首先，风力发电的潜力体现为风电电价的快速下降。截止到目前，风电电价正在快速下降，甚至已日趋接近燃煤发电的成本，经济效益开始凸现。数据显示，风力发电能力每增加一倍，其成本就下降15％。纵观近几年，风电增长一直保持在30％以上，因而成本也正随之不断下降。目前，中国风电成本约在0.5元以上，随着中国风力发电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。此外，风电外部成本几乎为零，甚至低于核电成本。据初步测算，如果将内部成本和外部成本同时计入成本，风电将是当前世界上最经济、最洁净的能源。

其次，风电的潜力体现于风能资源的丰富性。据初步统计、中国陆地10米和海面15米可供开发的风力资源在几亿千瓦以上，相当于可开发水能资源（3.9亿千瓦）的2.5倍。而50米风力资源还会增大一倍。根据现有技术，地面 50－100米的风力资源都可开发利用。此外，风电技术正日臻成熟。随着科学技术的发展，风电技术已经相当成熟。更大型、性能更好的机组的已开发并投人生产试运行，可利用的风速要求还会降低。

再者，风电工程的建设工期短，见效快。火电、水电的建设工期需要用年来计算，而在有风场数据的前提下，风电项目只需要以周、月来计算。风场建设在短时间内即可完成，能够解决我国电力短缺的燃眉之急。

另外，风电的发展对于遏制温室效应具有重大的意义。据统计，风力发电每生产100万千瓦时的电量，便能减少600吨二氧化碳的排放。因此，大力发展风能可以大幅度削减造成温室效应的二氧化碳，缓解气候变暖的状况，并能有效地遏制沙尘暴灾害，抑制荒漠化的发展。最后，风场也成旅游项目。风电场还能带动当地经济发展。内蒙古风电场就是很好的例子。它虽然不大，但场面很壮观，已发展成为旅游区。三 发展风电刻不容缓

风电产业要全面健康可持续发展，需要解决的问题很多，但依靠科技进步来推动风电产业是摆在我们面前的现实课题。

首先，需建立以企业为主体、市场为导向、产学研技术结合的创新体系。对开展试点的企业应对其研发机构，研发人员，研发资金，研发项目，专利申请，产品品牌，能力建设等方面提出具体要求和量化的指标。

第二，正确处理技术引进和技术创新的关系。采用自主研究开发和引进消化国外技术相结合的方式，是实现提高竞争能力的较好途径。、第三，加强风电创新能力建设，建立风电公共技术服务平台，共同对资源进行整合、共享、完善和提高，通过建立共享机制和管理程序逐步做到资源有效利用。第四，加速风电技术人才培养。目前已有一些高等院校准备设置风能专业或者风能专业方向，开设风能课程培养本科生和研究生。除了学校培养人才外，企业也应将人才培养和建立一支高素质的队伍放在战略地位，特别需要建立激励机制和创造良好的环境，使技术队伍能够稳定地成长。

中国风电行业发展比较迅速，但与国际风电行业的发展水平还有很大差距，国内的风电设备主要依靠进口，对外依赖性强，虽然风电成本已下降很多，但相比火电成本的优势在短期内并不会明显突出，风电行业的发展还有很多的阻碍因素。但是风电行业投资的高风险，必然会为风电行业发展带来高收益，不论是风电产业的经济效益、社会效益，还是中国目前奉行的可持续发展和节约战略，都为风力发电行业提供了很大的发展空间。现在，风能发电成本已经下降到1980年的1/5。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。

第四篇：新能源发电曲折路

２００９年，很多关注能源发展的人称之为中国新能源发展元年。从国务院总理温家宝在政府工作报告中，首次把新能源发展提到国家战略层面开始，我国政府对新能源产业的重视程度逐步加深。１２月初召开的中央经济工作会议，进一步提出要发展战略性新兴产业，推进产业结构调整——在我国能源结构和电源结构调整工作中，发展新能源产业正是其主要工作方向和有力推手。

然而，前途是光明的，道路是曲折的。２００９年我国新能源发电，从政府的热切到企业的狂热，经历了不同阶段的跌宕起伏、惊心动魄：

２００９年，我国风电装机迅猛发展，但风电的并网难、核准难、送出难等问题尚没有得到解决，风机制造业又显现出低水平重复建设的倾向；

也是２００９年，国家发展改革委启动了国内首个光伏发电示范工程特许权项目的招投标工作，光伏发电开始“中兴”，但我国光伏产业“两头在外”的状况并没有从根本上得到扭转，原料生产过程中高污染、高耗能依然存在，而“过剩”问题又引起全社会关注；

同样是２００９年，核电建设遍地开花，我国成为核电在建机组最多的国家，成为核电建设的“大工地”，但人们对如此大规模建设安全性的担忧也逐渐升级……

主题：扩内需高奏进行曲

关键词：ＡＰ１０００千万千瓦级风电基地

纵观２００９年我国几大主要新能源的发展，则不得不追溯到２００８年年底。国际金融危机蔓延，给我国经济带来了巨大影响。我国政府迅速出台了４万亿投资计划，其中，核电成为能源领域拉动内需的方向之一。在此基础上，２００９年５月出台的《装备制造业调整和振兴规划》明确提出，将大型核电站建设项目、大型风电场工程等高效清洁发电项目，列入振兴装备制造业的重点依托工程。从２００８年年底到２００９年，我国政府对新能源产业的发展给予了空前的重视。

２００８年１１月，广东阳江核电工程一次性获批６台机组，创造了我国核电史上核准批量最大的纪录。国务院副总理李克强在阳江核电站开工时作出重要批示，并表示祝贺。

２００９年４月１９日，李克强来到了浙江省三门县，宣布全球首台第三代ＡＰ１０００核电机组在这里正式开工建设。他强调，新能源产业正孕育着新的经济增长点，也是新一轮国际竞争的战略制高点，当前国际金融危机为新能源产业发展带来了机遇，要把发展新能源作为应对危机的重要举措。

２００９年８月，位于甘肃省酒泉市的中国首个千万千瓦级风电基地正式开工。国家发展改革委副主任、国家能源局局长张国宝在开工仪式上表示，酒泉风电基地开工标志着我国风电建设进入了规模化发展的新阶段。

与政府的重视相呼应，２００９年我国新能源发电突飞猛进：核电方面，延续２００８年势头，在建项目如火如荼，新建项目大批量上马，我国核电的在建机组已达到２８台，装机容量达到３１４０万千瓦。风电方面，还有几个标志性事件值得关注：７月２０日，国家发展

改革委把全国分为四类风能资源区，风电从此告别了竞价上网，普遍亏损的局面，迎来了最大的利好消息；１０月２０日，国内首个海上风电项目启动。光伏发电领域也频传佳音：３月初，国家财政部发布《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》，决定有条件地对部分光伏建筑进行补贴；７月，国内首个光伏发电示范工程特许权项目——甘肃敦煌１０兆瓦并网太阳能电站招投标工作尘埃落定；紧随其后，西藏阿里的１０兆瓦光伏电站也开始部署特许权招标事宜。

在我国应对金融危机的关键时期，新能源产业对完成扩内需、保增长任务起到了积极而重要的作用。在经济发展目标的指挥下，我国２００９年的新能源产业高调扬帆，多方面大力发展，齐头并进，已形成了高速度、大规模的发展趋势。

主题：振人气发展超规划

关键词：可再生能源核电

在我国新能源发展的编年史上，新能源的发展速度超过规划似乎已成定律，很少被打破，２００９年也不例外。

２００７年９月４日，国家发展改革委发布了《可再生能源中长期发展规划》，提出了我国风电建设的目标是到２０１０年装机容量达到５００万千瓦。２００８年３月３日，国家发展改革委《可再生能源发展“十一五”规划》，将２０１０年风电发展目标由原来的５００万千瓦增至１０００万千瓦。而从目前的实际发展来看，２００９年底，我国风电装机将毫无悬念地超过２０００万千瓦，是《可再生能源发展“十一五”规划》中２０１０年规划风电装机容量的整整两倍！目前，我国风电发展速度已远远超出预期，不仅地方政府的规划目标超过国家的规划目标，而且风电前期工作的规模及投产规模又远远大于国家和地方政府的规划目标。

根据《可再生能源中长期发展规划》，到２０１０年，我国的光伏发电总容量达到３０万千瓦。《可再生能源发展“十一五”规划》再次重申：２０１０年，光伏发电总容量达到３０万千瓦。两个规划中虽然没有提及２００９年光伏发电总容量应达到多少，但按目前的速度，到２０１０年，我国太阳能发电总容量将会大大超过３０万千瓦。

２００７年１０月，我国《核电中长期发展规划（２００５～２０２０年）》正式出台，根据《规划》中设定的发展目标，到２０２０年，核电运行装机容量争取达到４０００万千瓦，并有１８００万千瓦的在建项目；核电占全部电力装机容量的比重从不到２％提高到４％左右。如今，还有整整１０年时间，而核电在建装机容量已逼近４０００万千瓦，按照计划，目前的在建机组将于２０１４年左右全部建成投产。

从２００９年５月份以来，《新能源产业振兴规划》的即将出台就成为业界关注的焦点。８月初，国家能源局有关负责人向媒体透露，一直未出台的原因在于，国家已经将其从一个短期振兴规划，升格为《新兴能源产业发展规划》，着眼的目标也从短期的２０１２年，延长至２０２０年。

业内人士分析，新能源产业的发展速度过快，往往使能源规划赶不上发展的速度，因此，能源规划的出台必须更加小心，务求更加贴近实际。同时，新能源产业在发展过程中也已遇

到了一些困难，如何能够高速、健康地进行新能源建设，更成为业界关注的重点。

主题：频预警高热度遇冷

关键词：产能过剩新能源泡沫

有媒体曾用“高烧不退”来形容我国新能源产业的发展。然而，新能源发展的高热度最近却频频遇冷。

８月２６日，国务院常务会议指出，风电、多晶硅等新兴产业出现重复建设倾向；同日，工信部、国家发展改革委在其《２００９年中国工业经济运行夏季报告》中指出，太阳能、风能等新兴产业重复建设、无序上马的问题非常严重。至此，产能过剩的风声与新能源高速发展过程中遇到的各种问题交织，构成了２００９年新能源发展的多面体。

促进产业发展与导致产能过剩，似乎是一对孪生兄弟，总是如影随形。在国务院常务会议发出风电产能过剩的预警后，风机制造业的问题开始成为人们关注的焦点。因为这一年，全国已有７０多家企业进入并网风力发电机组整机制造行业，产品已安装到风电场的约３０家，初步形成了华锐、金风、东汽等龙头企业。人们担心的是，按照最乐观估计，中国每年风电装机增加的上限是１０００万千瓦到１５００万千瓦，然而，风机制造企业第一梯队一年的产能已经达到这个数。在市场“蛋糕”无法做大的情况下，互相压价、恶性竞争将不可避免。此后，国家发展改革委又更新了《鼓励进口技术和产品目录》，将“２兆瓦以上风力发电设备设计制造技术”从《目录》中删除；作为太阳能光伏发电组件最重要原料的多晶硅也被从《目录》中删除，不再享受政府给予的进口贴息等优惠政策，一时间“新能源泡沫”之说甚嚣尘上。

然而，科技部近期完成的内部报告中，对工信部、国家发展改革委的新能源产业“产能过剩”说法表示了质疑。报告以多晶硅提纯和风机设备设计规划产能与实际产量的比较，多组数据表明了新能源产业过剩的说法有待商榷。相关数据显示，２００９年行业预计多晶硅产量１７０００吨，将生产３．５ＧＷ光伏电池，预计需要消耗３．５万吨多晶硅，扣掉国内产量，还需要进口１万吨。科技部部长万钢表示，新能源部分产业过剩就像两条腿走路，左脚走太快不怨左脚，右脚应该迈快一点。而上网问题就是新能源发展的那个“右脚”。

在核电领域，业内专家也表现出了一些担忧。自去年年底环保部正式受理湖北咸宁、湖南桃花江、江西彭泽三座内陆核电厂的评审申请之后，我国核电建设的规划已经快速蔓延到了我国内陆的诸多省份。在核电发展的高速路上，安全性、技术掌握水平、核电装备力量、人才队伍、核燃料来源和核废料后处理等方面的问题也成了热点话题。

主题：强法制冀望健康行

关键词：保障性收购制度

如此看来，我国新能源产业的发展，势必经历一些摸索和思考的曲折过程。那么，如何在产能过剩和配套设施“瘸腿”的争议中寻找到合适的平衡点，如何规范和行之有效地确保新能源的健康、有序建设？记者认为，我国新能源的高速发展速度虽然令人吃惊，但是它是符合我国国情和国家能源安全战略的，高速发展中的问题也必须在发展中解决，这就要求相应的法规来为新能源的健康发展保驾护航。

在我国新能源法制史上，２００９年注定是一个重要的年份。

８月２５日，十一届人大常委会第十次会议举行分组会议，审议《中华人民共和国可再生能源法（修正案）草案》，科学规划可再生能源发展，坚持太阳能、风能和生物质能并重，加强可再生能源技术创新成为大家的共识。另外，修正案草案提出，国家将实行可再生能源发电全额保障性收购制度。国家电力监管机构负责监管最低限额指标的实施。１２月２６日，全国人大常委会表决通过了关于修改中华人民共和国《可再生能源法》的决定，风电、光伏发展上网难的问题有望从根本上解决。

我国已建立了可再生能源电价附加资金制度，２００９年，全国人大代表以及国务院有关部门明确了这一制度。具体意见是把现行《可再生能源法》规定征收的电价附加和国家财政专项资金合并为政府基金性质的国家可再生能源发展基金。这些基金将重点用于支持并网发电的技术和标准、检测等方面。以期从法律层面保障可再生能源的稳步发展。据悉，有关方面正在着手起草可再生能源发展基金的管理办法，不久的将来将颁布实施。

同时，在风电、光伏发电的相关法律日渐完善之时，针对我国核电发展中可能遇到的问题，核电的法制化进程在２００９年也备受关注。

尽管核电是安全的清洁能源，但核电发展中，安全仍然是其首要标准。我国核电要健康、稳定地快速发展，必须以安全为前提，核电安全是全国乃至世界核电产业的重中之重。然而，回顾我国目前现有的核能安全立法，其基本法仍是２００３年起实施的《放射性污染防治法》，其余行政法规多为上世纪８０、９０年代制定的，时间上最新的一个规定，是２００４年的《核动力厂设计安全规定》。也就是说，在我国核电近几年的快速发展过程中，与之配套的法律法规尚不完善。立法滞后于发展，其可能带来的后果是难以预料的。

今年３月，时任国家能源局副局长的孙勤在接受本网记者采访时透露，我国正在抓紧制订《核电管理条例》和建立中国核电标准体系，力争从技术和监督上，规范核电建设。专家认为，只有尽快出台能与现阶段核电发展相适应的法律法规，才能有效保障我国核电产业的安全、健康发展。

２００９年，我国新能源发电的成绩将以一种特殊的方式被世界人们铭记：

因为这一年的年尾，哥本哈根气候大会召开，大会再次把近几年来世界范围内对新能源产业的关注推向高潮，而我国在这方面取得的成绩让世界人们看到了、听到了！２００９年，我国新能源发电取得的成绩绝不能只看做是新中国成立６０周年的厚积薄发，它注定是继往开来的，因为我国作为世界人口大国和能源大国，加快新能源发展也关乎着国家的能源安全和可持续发展战略。

第五篇：大工16春《新能源发电》大作业-风力发电技术

网络教育学院

《新能源发电》课 程 设 计

题

目： 风力发电技术

学习中心：奥鹏学习中心

层 次： 专升本 专 业： 电气工程及其自动化

年 级： 2016年 春季 学 号： 学 生： 辅导教师： 完成日期： 2016年03月22日

总则

风力发电是一种技术最成熟的可再生能源利用方式，发电机是风力发电机组中将风能转化为电能的重要装置，控制技术是风力机安全高效运行的关键。

第一章 风力发电发展的现状

我国是世界上风力资源占有率最高的国家，也是世界上最早利用风能的国家之一，据资料统计，我国10m高度层风能资源总量为3226 GW，其中陆上可开采风能总量为253 GW，加上海上风力资源，我国可利用风力资源近1000 GW。如果风力资源开发率达到60%，仅风能发电一项就可支撑我国目前的全部电力需求。

我国利用风力发电起步较晚，和世界上风能发电发达国家如德国、美国、西班牙等国相比还有很大差距，风力发电是20世纪80年代才迅速发展起来的，发展初期研制的风机主要为1 kW、10 kW、55 kW、220 kW等多种小型风电机组，后期开始研制开发可充电型风电机组，并在海岛和风场广泛推广应用，目前有的风机已远销海外。至今，我国已经在河北张家口、内蒙古、山东荣城、辽宁营口、黑龙江富锦、新疆达坂城、广东南澳和海南等地建成了多个大型风力发电场，并且计划在江苏南通、灌云及盐城等地兴建GW级风电场。截止2007年底，我国风机装机容量已达到6.05 GW，年发电量占全国发电量的0.8%左右，比2000年风电发电量增加了近10倍，我国的风力发电量已跃居世界第5位。

第二章 比较各种风力发电机的优缺点

一．当前风力发电机有两种形式： 水平轴风力发电机（大、中、小型）2 垂直轴风力发电机（大、中、小型）。

水平轴风力发电机技术发展的比较快，在世界各地人们已经很早就认识了，大型的水平轴风力发电机已经可以做到3-5兆瓦，一般由国有大型企业研发生产，应用技术也趋于成熟。小型的水平轴风力发电机一般是一些小型民营企业生产，对研发生产的技术要求比较低，其技术水平也是参差不齐。

小型水平轴风力发电机的额定转速一般在500-800r/min，转速高，产生的噪音大，启动风速一般在3-5m/s，由于转速高，噪音大，故障频繁，容易发生危险，不适宜在有人居住或经过的地方安装。

垂直轴风力发电机技术发展的较慢一些，因为垂直轴风力发电机对研发生产的技术

要求比较高，尤其是对叶片和发电机的要求。近几年垂直轴风力发电机的技术发展很快，尤其小型的垂直轴风力发电机已经很成熟。

小型的垂直轴风力发电机的额定转速一般在60-200r/min，转速低，产生的噪音很小（可以忽略不计），启动风速一般在1.6-4m/s。

二． 参数对比：

序号 性能 水平轴风力发电机 垂直轴风力发电机 1 发电效率 50-60% 70%以上 2 电磁干扰（碳刷）有 无 3 对风转向机构 有 无 4 变速齿轮箱 10KW以上有 无 5 叶片旋转空间 较大 较小 抗风能力 弱 强（可抗12-14级台风）7 噪音 5-60分贝 0-10分贝 8 启动风速 高（2.5-5m/s）低(1.5-3m/s)9 地面投影对人影响 眩晕 无影响 10 故障率 高 低.11 维修保养 复杂 简单 12 转速 高 低 13 对鸟类影响 大 小 14 电缆绞线问题 有 无

（或碳刷损坏问题）发电曲线 凹陷 饱满

第三章 介绍相关风力发电控制技术

风力发电机组可以分为两大类：恒速恒频机组和变速恒频机组。风力发电机并入电网运行时，要求风力发电的频率保持恒定为电网频率(在我国，电网频率为50Hz)。恒速恒频指在风力发电中控制发电机的转速不变，从而得到频率恒定的电能；变速恒频指发电机的转速随风速变化而变化，通过一定的控制方法来得到恒频的电能。

一、如今投入实际运行的恒速恒频机组主要分为2类：

1、一类采用鼠笼式异步发电机，如图2.1所示。并网后，在电机机械特性的稳定区内运行，异步发电机的转子速度需要高于同步转速。当风力机传给发电机的机械功率随风速增加时，发电机的输出功率及其电磁转矩也相应增大。一般情况下，当转子速度

高于同步转速3％-5％时达到最大值，若超过这个转速，异步发电机会进入不稳定区，产生的电磁转矩反而减小，导致转速迅速升高，引起飞车。另外，异步发电机并网运行后，在向系统输出有功功率的同时，需要从电网吸收无功功率来建立磁场，它不具有调节和维持机端电压的能力。最后，由于转子速度的变化范围比较小，而风速经常变化，显然，风能利用系数Cp不能保持在最佳值。

图2.1采用鼠笼式异步发电机的恒速恒频机组

2、另一类采用绕线式异步感应发电机，如图2.2所示。它的特点是，采用了外接的可变转子电阻。这种结构最初是由丹麦的Vestas公司提出来的，又称OptiSlip风力发电系统。通过电力电子变换器调节外接转子电阻的大小，可以改变异步发电机的转差率S。相比鼠笼式异步发电机，转差率S的变化范围变大了，可达0-10％。然而，这种系统仍然需要从电网吸收无功功率，另外，转差功率转换成了外接转子电阻的热能损耗，没有被有效利用。

图2.2采用绕线式异步感应发电机的恒速恒频机组

二、投入实际运行的变速恒频机组也主要分为2类：

1、一类是绕线转子双馈感应发电机系统，如图2.3所示。这类系统的特点是：在绕线式异步发电机的转子上连接了一个交-直-交(AC-DC-AC)的电力电子变流器。该变流器能够实现转子和电网之间的双向能量流动，转子侧变换器控制异步发电机，网侧变换器控制和电网的能量交换。双馈发电机本质上是同步发电机，所以可以调节双馈发电机吸收的无功功率。另外，双馈发电机的转速运行范围可以达到70%-130％同步转速，即

其转差率S可以达到-30％～30％。

图2.3绕线转子双馈感应发电机系统

2、另一类是直驱型风力发电系统，如图2.4、2.5、2.6所示。直驱型风力发电系统中，风轮机与发电机(永磁同步发电机或绕线式感应发电机或绕线式同步发电机)直接相连，无需升速齿轮箱，但是需要直驱多级发电机，其直径较大。首先将风能转化为频率变化、幅值变化的交流电，经过整流之后变为直流，然后经过三相逆变器变换为三相恒频恒幅交流电连接到电网。通过中间的全功率电力电子变换装置，对系统有功功率和无功功率进行控制，可以实现最大功率跟踪，从而能够实现对风能最高效率的利用。

图2-4直驱型风力发电系统

直驱式永磁同步发电机根据全功率变流器的不同又可分为：（1）不可控整流+DC/DC升压+PWM电压源型逆变器型

DC/DC环节将整流器输出的直流电压提高并保持稳定在合适的范围内，使得逆变器的输入电压稳定，提高运行效率、减小谐波。全控型器件数量较少，控制电路较简单。

图2-5直驱型风力发电系统

（2）背靠背双PWM变流器型

PWM整流器可同时实现整流和升压，效率较高，通过电流隔离，机侧和网侧可以实现各自的控制策略。但是，全控型器件数量多，控制电路复杂，增加了变流系统成本。

图2-6直驱型风力发电系统

三、变桨距直驱型风电机组实现功率调节的途径和方法

永磁直驱式风力发电系统的整体控制框图如图3-1所示，控制系统主要分为三部分：主控制系统、变流器控制系统、变桨距控制系统。变速恒频同步直驱风力发电机的运行可分为两个主要方式：最大功率输出运行和额定功率输出运行。主控制器根据风力发电机组的运行工况，通过最大风能捕获算法得到发电机的功率指令来控制变流器的开关动作，从而使风力机捕获最大的风能；当风速超过额定风速时，变桨系统开始动作，避免风速太大而损坏风力机；变流器系统、变桨系统执行主控制器发给它们的控制指令。

图3-1永磁S驱式风力发电系统整体控制框图

从图3-2中可以看出，在达到额定风速之前，风力发电机运行在最大功率输出模式，待达到了额定风速之后，风力发电机运行在额定功率输出模式。

图3-2 风力发电机运行曲线

主控制系统的最大风能跟踪算法是保证风力机稳定运行的核心，它主要实现风力机的变速、变桨控制。在低风速区，为实现最大风能的跟踪，风力机的转速变化与风速变化成正比，以保持最佳叶尖速比，它是通过机侧变流器的控制来实现的，而此时控制器将叶片攻角置于零度附近，不作变化；当风速超过额定风速时，风力机要限制功率的输出，保持额定功率运行，这一阶段主要通过变桨距角来控制，变桨距机构发挥作用，调整叶片攻角，将发电机的输出功率限制在额定值附近。在这两个阶段之间，一般的风力机还有一个恒速区域，到达这个区域后风力机转速已达到额定速度，但是输出功率还没有达到额定功率，不同的风力机在这个阶段有不同的控制方案。如图3-3，当发电机没有并入电网的时候(状态A)，这个时候整个控制系统通过改变桨距角度来改变叶片的转矩，使得发电机转速上升到转速给定值，发电机并网。并网后，控制系统切换到状态B进行功率控制。

图3-3 变桨距直驱式风力发电机组控制图

通常情况下，风力机从切入风速到额定风速不是一直保持最桂叶尖速比运行。由于变流器容量和风力机机械强度的约束，风力机设有启动转速和额定转速，在风速不同的情况下，其控制策略完全不同，根据风速的变化进行分区域控制。风力机依据转速的变化来分区域、分阶段控制，以下依据风力机的转速-转矩曲线来说明永磁直驱式风力发电机组的分区控制原理风力机的转速-转矩曲线如图3-4所示。

图 3-4 风力机理想的转速-转矩曲线

风力机的分区域控制可以分成四个典型的控制区，在这四个控制区对应着不同的风速范围，不同的区域的控制方法也不相同。

(1)Ⅰ；

(2)在最小转速ω1以上，转速随风速的改变而改变，风力机运行在最佳叶尖速在切入风速以上的低风速区域，风力机以最小转速ω1，恒转矩运行在区域比，这个区域风能利用系数最大，如图3-4所示区域Ⅱ，也即是最大风能跟踪(MPPT)模式；

(3)受风力机的机械强度和变流器的电压、容量的限制，风力机运行在转速ω3时，达到区域Ⅱ模式的最大转速，这时风速还没有达到额定风速，但必须保持额定转速运行而不能超过额定转速，这个恒速运行阶段一直到风力机输出额定功率为止，即区域Ⅲ模式；

(4)风力机运行到H点达到额定功率，当风速超过额定风速后，变桨系统启动，以控制风力机运行在额定功率，即区域Ⅳ模式。

(5)当风力机的转速超过最大安全转速ω5时，要求风力机必须安全停机。从图2-8的转速-转矩曲线可以看出，在风力机控制的前三个阶段，风力机转速控制都是低于额定风速下的变速控制，也就是通过控制发电机组的输出转矩来实现风力机的变速控制。在H点，风力机运行到额定转速，风速若继续增大，风力机也自然会增速，为控制风力发电机组的输出功率为额定功率，变桨系统开始动作。为了防止风力机在变速控制与变桨控制之间频繁切换，为变桨控制留了一定转速的余量，即变桨系统的启动控制速度为ω4。也就是说风力机转速在ω3以下进行变速控制，而转速在ω4以上时进行变桨控制。一般桨距角随风速变化的情况如图3-4所示：

图3-4桨距角随风速变化的情况

第四章 对风力发电技术发展趋势的展望

随着现代工业的飞速发展，人类对能源的需求明显增加，而地球上可利用的常规能源日趋匮乏。据专家预测，煤炭还可开采221年，石油还可开采39年，天然气只能用60年。这种预测也许不很准确，但常规能源必然是越用越少，总有一天要用尽的。未雨绸缪，我们必须为将来考虑，为子孙后代的能源问题着想，开发利用新能源，实现能源的持续发展，从而保证经济的可持续发展和社会的不断进步，最终实现人El、资源、环境的协调发展，已成为各国政府必须解决的大问题。惟一的出路就是有计划地利用常规能源，节约能源，开发新能源和可再生能源。

由此可以推测，21世纪风力发电前景非常广阔。科学技术的长足进步，经济的快速发展，使人们的生活水平有了新的飞跃。同时，人口的增加，对能源的需求也越来越大，环境污染越来越严重，人类必须解决人口、资源、环境的可持续发展问题。从能源、电力市场看，世界能源、电力市场发展最快的已不再是石油、煤和天然气，风力发电、太阳能发电等可再生能源异军突起，特别是风力发电，以其无污染，可再生，技术成熟，近几年以25%的增长速度位居各类能源之首，倍受世人青睐。l999年全世界新增装机容量36×105kW，1zLl998年增加36%，也创下了风电工业史的纪录。据“绿色和平”组织和欧洲风能协会组织估计，至1J2020年风力发电可提供世界电力需求的l0%，创造l70万个就业机会，降低全球二氧化碳排放量超过l012t，至lJ2040年这个比例可达20%，甚至更高，有望超过水力发电。因此，国际能源专家预言：21世纪是风力发电的世纪。可以说，绿色能源--风力发电将为人类最终解决能源问题带来新的希望。