风能与太阳能发电介绍

1、太阳能及风能发电介绍众所周知，地球资源特别是不可再生资源，其供给能力有限，并非取之不尽、 用之不竭。全球能源日渐枯竭的21世纪，在经济不断发展同时，能源消耗不断 增加，传统能源无以为继，经济发展越来越受制于能源的开发利用，新能源作为 一种替代能源，未来能极大的缓解我们能源大量需求，可以保证经济可持续发展。 而且在当今社会传统能源产生环境问题越来越严重，危害人类健康和生存环境。 新能源的需求越来越迫切了。太阳能和风能作为新能源的代表，越来越受到人们 的重视。传统的发电手段分为三类：火电：火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越 烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资

2、源再有30年便将枯竭。 另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨， 恶化地球环境。水电：水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦 塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季 节的影响。三峡造成的不利影响依然还是评估当中。核电：核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可 怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而 且这一影响并未终止。在这次日本的地震中，核电造成的问题能够引起人们的这 么强烈的关注，说明了人们对核电安全性的担忧。这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两

3、个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有这几 种，太阳能、燃料电池。以及风力发电等。其中，最理想的新能源是太阳能。太阳能（Solar）是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量，是各种 可再生能源中最重要的基本能源，也是人类可利用的最丰富的能源。太阳每年投 射到地面上的辐射能高达1.05X1018千瓦时，相当于1.3X106亿吨标准煤， 大约为全世界目前一年耗能的一万多倍。按目前太阳的质量消耗速率计，可维持 6X1010年，可以说它是“取之不尽，用之不竭”的能源。太阳能光伏技术（Photovoltaic ）是将太阳能转化为电力的技术，其核心

4、是 可释放电子的半导体物质。最常用的半导体材料是硅。地壳硅储量丰富，可以说 是取之不尽、用之不竭。太阳能光伏电池有两层半导体，一层为正极，一层为负 极。阳光照射在半导体上时，两极交界处产生电流。阳光强度越大，电流就越强。 太阳能光伏系统不仅只在强烈阳光下运作，在阴天也能发电。其优点有：燃料免 费、没有会磨损、毁坏或需替换的活动部件、保持系统运转仅需很少的维护、系 统为组件，可在任何地方快速安装、无噪声、无有害排放和污染气体等。早在1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导体 材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称 “光伏效应”。195

5、4年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了 光电转换效率为4.5%的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用 光伏发电技术。此后太阳能光伏产业技术水平不断提高，生产规模持续扩大。在1990-2006 年这十几年里，全球太阳能电池产量增长了 50多倍。随着全球能源形势趋紧， 太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，于近年得到迅速发展，并首先 在太阳能资源丰富的国家，如德国和日本，得到了大面积的推广和应用。在国际 市场和国内政策的拉动下，中国的光伏产业逐渐兴起，并迅速成为后起之秀，涌 现了无锡尚德、常州天合和天威英利等一大批优秀的光伏企业，带动了上下游企 业的发展，中国光伏

6、发电产业链正在形成。据欧洲光伏工业协会EPIA预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能 源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。 预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏 发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将 占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末， 可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些 数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。太阳能光伏材料分为三大类：-单晶硅具有转换效率高，稳定性好，但是成本

7、较高；-非晶硅太阳则具有生产效率高，成本低廉，但是转换效率较低，而且效率 衰减得比较快；-铸造多晶硅太阳能则具有稳定的转换的效率，而且性能价格比最高；-薄膜品体硅太阳能则现在还只能处在研发阶段。硅系列太阳能中，单晶硅和多晶硅继续占据光伏市场的主导地位，单晶硅和 多晶硅的比例已超过80%，而这一发展趋势还在继续增长。光伏发电系统分为独立光伏系统和并网光伏系统。独立光伏电站包括边远地 区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路 灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。并网光伏发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。可以分 为带蓄电池的和不带蓄电池的并

8、网发电系统。带有蓄电池的并网发电系统具有可 调度性，可以根据需要并入或退出电网，还具有备用电源的功能，当电网因故停 电时可紧急供电。带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑；不带蓄 电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能，一般安装在较大型的系 统上。太阳能转化为电能有2种主要途径：以上是其中一种方式，通过光电装置将 太阳光直接转化为电能.即“太阳光发电”，常称为“光伏发电”；另一种是收集 太阳辐射能转化为电能。即“太阳热发电”。太阳能热发电是利用太阳的热能发电.通过集热装置将太阳辐射的热能集中， 驱动发电机发电。热发电系统一般包括集热系统、热传输系统、蓄热储能系统、 热机、发电

9、机等。集热系统聚集太阳能后。经过热传输系统将热能传给热机。并 由热机产生动力。而热发电中应用较广泛的应属太阳能塔式热发电。太阳能热发电是利用聚光器聚集太阳能，经吸收器吸收后，转化成热能，产 生高温蒸汽或气体进入汽轮发电机组或燃气轮机发电机组产生电能。按聚光形式 不同，太阳能热发电可分为塔式太阳能热发电、槽式太阳能热发电和碟式太阳能 热发电。一、塔式太阳能热发电塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光 聚集到1个固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温。加热工质产生过热蒸汽或 高温气体，驱动发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。塔式太阳能热发电系 统包括：聚光子系统、集热子

10、系统、发电子系统、蓄热子系统和辅助能源子系统。 具有规模大、热传递路程短、热损耗少、聚光比和温度较高等特点，极适合于大 规模并网发电。二、槽式太阳能热发电槽式太阳能热发电系统是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列， 产生高温，加热工质，产生蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。槽式太阳能热发电 系统具有规模大、寿命长、成本低等特点，非常适合商业并网发电。整个系统包 括：聚光集热子系统、换热子系统、发电子系统、蓄热子系统和辅助能源子系统。三、碟式太阳能热发电碟式太阳能热发电系统是利用旋转抛物面反射镜.将入射阳光聚集在焦点 上，放置在焦点处的太阳能接收器收集较高温度的热能，加热工质，驱动发电机 组发

11、电或在焦点处直接放置太阳能斯特林（stir. ling）发电装置发电。碟式太阳 能热发电系统具有寿命长、效率高、灵活性强等特点，可以单台供电，也叮以多 套并联使用，非常适合边远山区发电。新能源的另一个代表就是风能。风能就是空气的动能，是指风所负载的能量， 风能的大小决定于风速和空气的密度。风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳 每小时辐射地球的能量是174,423,000,000,000千瓦，换句话说，地球每小时接 受了 1.74 x 10”17瓦的能量。风能大约占太阳提供总能量的百分之一，二，太 阳辐射能量中的一部分被地球上的植物转换成生物能，而被转化的风能总量大约 是生物能的50100倍。风

12、电的优势在于技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，已是 一种安全可靠的能源，风力发电的经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于 油电与核电，若计及煤电的环境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优 于煤电。风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、安装到投产， 只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比拟的。投资规模灵活，有多少钱装多 少机。对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网 和近期内电网还难以达到的农村、边疆来说，可作为解决生产和生活能源的一种 有效途径。现代风力发电机采用空气动力学原理，就像飞机的机翼一样。风并非推动 叶轮叶片，而是吹过叶片

13、形成叶片正反面的压差，这种压差会产生升力，令叶轮 旋转并不断横切风流。风力发电机的叶轮并不能提取风的所有功率。理论上风电 机能够提取的最大功率，是风的功率的59.6%。大多数风电机只能提取风的功率 的40%或者更少。风力发电机组主要由两大部分组成：风力机部分一一它将风能转换为机械 能；发电机部分一一它将机械能转换为电能。大体上可分风轮（包括尾舵）、发 电机和铁塔三部分。（大型风力发电站基本上没有尾舵，一般只有小型（包括家 用型才会拥有尾舵）风轮是吧风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只（或更 多只）螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。 由于风轮的转速比较低，而且

14、风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定; 所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮 变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风 轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾 舵。铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得 较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响 的情况，以及风轮的直径大小而定，一般在6-20米范围内发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀 运转，因而把机械能转变为电能。风电机组的结构基本可以划分为以下几个部分：

15、（一）转子又叫叶轮、风轮，包括三个叶片和轮毂，以及相应的附件。（二）传动系统包括主轴、齿轮箱、联轴器三个部分。主轴是指叶轮与发电机或者齿轮箱之间的连接部分，起支撑叶轮和传动风转 矩的作用；齿轮箱也叫增速齿轮箱，起到增速作用；联轴器是连接传动轴（driving shaft，指齿轮箱高速轴）和非传动轴（driven shaft,指发电机前轴）的弹性部件。对于直驱型机组，其传动系统由较大区别。以金风1.5WM系列机组为例，传 动系统比较特殊，没有齿轮箱、联轴器、主轴等部件，叶轮直接与发电机外转子 （永磁体）相连接。（三）发电机发电机是风力发电机组最重要的设备之一，是机电一体化的产物。从机械角 度看，发电机的安装、对中、减震等都很重要。（四）液压系统在风力发电机组中，液压系统是机组重要的执行系统，从液压系统的组成上 来说，它主要包括动力元件一一液压泵、执行元件一一液压缸和液压马达、控制 元件一一各种控制阀、辅助元件一一蓄能器和油箱等；从液压的应用上来说，液 压系统主要包括高速轴（或低速轴）机械刹车、液压变桨、叶尖扰流器控制、偏 航阻尼控制等四个方面。（五）偏航系统偏航系统的机械部件主要包括：偏航电机、偏航减速器、偏航驱动齿轮、偏 航轴承、偏航卡钳。其中偏航卡钳分为机械式偏航卡钳和液压式偏航卡两种，偏 航轴承分为滑动轴承和滚动