电力新技术概论课件new

1、内容提要第5章 能源与新能源发电技术 能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源，是人类社会的经济基础和发展动力。人类社会的发展与进步与能源消费的增长密切相关。能源的开发和有效利用程度，以及人均消费量是衡量一个国家或地区生产技术和生活水平的重要标志。地球上的常规能源已被大规模开发和利用，从而导致能源稀缺、气候变化及空气污染等全球性问题，人类开始研究开发新能源。新能源是相对于常规能源而言的，泛指太阳能、风能、地热能、海洋能、潮汐能和生物质能等可再生能源，资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。 本章简要介绍能源、新能源及新能源开发利用的基本概念和知识。第5章 能源与新能源发电技术能源的定

2、义 科学技术百科全书能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源。 大英百科全书能源是一个包括所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量。 日本大百科全书在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源。 我国的能源百科全书能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。国际能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中。前三个类型统称化石燃料或化石能源。 能源是自然界中能为人类提供某种形式

3、能量的物质资源，人们通常按能源的形态特征或转换与应用的层次对它进行分类。一次能源和二次能源可再生能源和 不可再生能源污染型能源和清洁型能源常规能源和新型能源从能源产生的方式以及是否可再利用根据能源消耗后是否造成环境污染根据使用的类型能源的分类能源按照来源分类来自太阳的能量，包括直接来自太阳的辐射能，即通常所说的太阳能，以及间接来自太阳的能源，如化石燃料、水能、风能、海洋能；地球本身储存的能量称为储存能，如地球内部的地热能，地球上的可用铀、钍、氘、氚等产生裂变、聚变的核能；由月亮、太阳、地球之间产生的能量为引力能，如潮汐能。以化学能或原子能形式储存于物质中，通过燃烧或原子裂、聚变后释放出热能的自

4、然资源称为燃料能源，如化石燃料、草木、沼气、核燃料。而以光能、机械能或热能形式存在，可直接利用的能量资源称为非燃料能源，如太阳能、水能、风能、地热能等。能源按照利用方式可分为一次能源和二次能源。从能源产生的方式及是否可再利用，可分为可再生能源和不可再生能源。根据能源消耗后是否造成环境污染，分为污染型能源和清洁型能源。目前，这些能源资源中在工农业生产和人类生活消费中得到广泛应用的部分被称为常规能源，如煤炭、石油、天然气、水力、核能等。可再生能源的开发利用受到现阶段技术水平的限制，尚未大规模开发或广泛使用，需不断利用新技术进行开发利用，故称为新型能源 。一次能源二次能源清洁型能源新型能源中华人民共

5、和国可再生能源法法将于2006年1月1日起开始实施。化石燃料 化石燃料是由于地壳内部深处的动植物残骸，历经数千万年漫长的生物、化学和物理变化而形成的，如煤、石油、天然气、油页岩等。化石燃料中的化学能最初来源于太阳。植物通过光合作用收集、转化了太阳能，接着转存于动植物的有机体中，成为化石燃料的原料。由于形成的原因、地质条件与年代的不同，产生了不同种类的化石燃料。目前，全世界能源总消费的80%来自化石燃料，化石燃料的燃烧产生了大量的污染物质，大气中85%的硫、35%的悬浮颗粒物、75%的二氧化碳来自化石燃料的燃烧，特别是CO2排放引起的温室效应。因此，目前的能源消费结构已经对实施可持续发展构成了威

6、胁。1997年，联合国全球气候变化会议上通过的京都议定书中，规定了世界各国进行温室气体减排义务和具体目标，对传统能源的消耗提出了限制性的措施。因此，开发可持续发展的新能源逐步替代矿物能源已成为全球性重大课题。从2010年开始，核能、可再生能源和氢能源等可能逐步地部分替代石油、煤炭、天然气等矿物能源，具有巨大的发展潜力和广阔的市场前景。中国政府是京都议定书的积极倡导国，开发新能源以逐步替代矿物能源已成为中国能源环境战略中的十分重要内容。可再生能源 可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等，具有清洁、无污染、可再生的特点，符合可持续发展的要求。在各种可再生能源中，风电发展最

7、快，据国际风能协会报导，2007年，全球新增发电装机容量2007.6万kW，较2006年增长31%，其中，增长最多的是美国（524.4万kW）、西班牙（352.2万kW）和中国（344.9万kW），另外，欧盟27国新增855.4万kW。截至2007年，全球风力发电装机容量已达9412.3万kW，预计到2020年，全世界风能装机容量将达到12.6亿kW，届时风能发电量将达到3.1万亿kWh，风电将占世界电力供应的12%。风力发电正发展成为一种新兴产业。太阳能发电也发展很快，光伏发电制造能力超过56.0万kW，实际装机容量在220万kW左右，据欧盟估计，全球光伏市场将从现今的3000MW增加到20

8、20年的70GWp。截至2005年底，全球生物质能源发电装机约4400万kW；生物液体燃料超过2000万t；太阳能热水器保有量达到1亿m2提供了约相当于1400万t标准煤的能量。中国能源资源概况中国地大物博，是一个能源资源比较丰富的国家，能源资源总量约4万亿t标准煤，能源生产总量约为100亿t标准煤，是世界第三能源生产大国。煤的探明储量10024.9亿t，占世界储量的11，居世界第三位，可采储量893亿t；水力资源理论蕴藏量居世界第1位，水力的可开发装机容量为3.78亿kW，目前水能利用率不足10%，低于发展中国家水资源平均利用率11.5；石油和天然气的理论储量也很丰富，石油资源量为930亿t

9、，占世界储量的2.4，天然气资源量为38万亿m3，占世界储量的1.2。现已探明的石油和天然气储量约占全国资源量的20%和6%。新能源与可再生能源资源丰富，风能资源量约为16亿kW，可开发利用的风能资源约2.53亿kW，地热资源的远景储量为1353.5亿t标准煤，探明储量为31.6亿t标准煤，太阳能、生物质能、海洋能等储量属于世界领先地位。但由于中国人口众多，占世界总人口21，平均每人每年的能源消费量仍处于较低水平，人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半，石油仅为1/10，能源资源相对匮乏。 21世纪中国能源技术发展战略 中国的能源战略规划目标是保证能源安全、倡导节能降耗和积极开发利用可再生能

10、源，提高主要耗能产品的能源利用率、提高单位能源消耗所创造的经济效益。同时，根据可持续发展战略，积极发展新能源和可再生能源技术，努力减缓温室气体排放的增长率。 中国的新能源及可再生能源资源中国可再生能源法称可再生能源是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。 国家发改委制定的可再生能源发展中长期规划中明确指出，将加快发展水电、太阳能热利用、沼气等技术成熟的可再生能源的合理开发利用；积极推进资源潜力巨大，技术基本成熟的风力发电、生物质能发电、太阳能发电、生物质液化等可再生能源技术的发展，以规模化建设带动产业化发展。在水力发电、风力发电、太阳能发电和生物质能发电4个领域中，水力发

11、电发展最为成熟，截至2005年，我国水力发电装机总容量达1.17亿kW；其次是生物质能，每年蔗渣和城市垃圾等生物质能可发电200万kW；并网风力发电装机总容量为129.6万kW；太阳能发电装机总容量为7万kW。根据规划，到2020年，我国可再生能源发电装机容量将占总装机容量的20，2020年不含大水电在内的可再生能源在一次能源消费中的比重将达到10。可再生能源法要点第十三条规定，“国家鼓励和支持可再生能源并网发电”，“建设可再生能源并网发电项目，应当依照法律和国务院的规定取得行政许可或者报送备案”。第十四条则规定，“电网企业应当与依法取得行政许可或者报送备案的可再生能源发电企业签订并网协议，全

12、额收购其电网覆盖范围内可再生能源并网发电项目的上网电量，并为可再生能源发电提供上网服务。”第十九条规定，“可再生能源发电项目的上网电价，由国务院价格主管部门根据不同类型可再生能源发电的特点和不同地区的情况，按照有利于促进可再生能源开发利用和经济合理的原则确定，并根据可再生能源开发利用技术的发展适时调整。上网电价应当公布。”按照风力发电、太阳能发电、小水电、生物质能发电等不同的技术类型和各地不同的条件，分别规定不同的上网电价。新能源发电技术光伏发电风力发电新能源发电技术 太阳能的利用技术 太阳能是一种辐射能，具有即时性，必须即时转换成其他形式能量才能利用和储存。根据太阳能的特点，太阳能利用的共性

13、技术主要有太阳能采集、太阳能转换、太阳能储存和太阳能传输，将这些技术与其他相关技术结合在一起，便能进行太阳能的光热转换利用、光电转换利用和光化学转换利用等实际应用。目前，利用太阳能发电大致可以分为光热转换和光电转换两种方式。 太阳能的光伏电池 太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统三相全桥主电路的无变压器隔离方式逆变器 光伏发电系统光伏发电系统深圳市园艺博览园兆瓦级并网光伏电站光伏发电系统光伏发电系统风力发电技术 风力发电是利用风力带动风轮叶片（浆片）旋转，再透过增速机将旋转速度提升，以推动风力发电机发电。依据目前的风轮技术，大约3m/s的微风速度便可开始发电。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片

14、等组成。风轮的种类很多，如按形状及旋转轴的方向分，可归纳为水平轴式转子和垂直轴式转子两种基本型式。水平轴式转子型的转动轴与风向平行。垂直轴式转子型转轴与风向成垂直。若按页片数分，有单页双页三页或多页型。垂直轴风力发电机的增速器、联轴器、发电机、制动器等都是安装在地面上的，整个机组的安装、调试和维修均比水平轴风力发电机要方便一些。但由于一些难以解决的技术问题，垂直轴风力发电机的发展和应用受到了很大的限制。 大型水平轴风力发电机主要由塔架、风轮、机舱以及控制系统等部件构成。塔架是风力发电机的安装支撑，一般有型钢桁架结构、混凝土结构、圆锥型钢管焊接并组装而成的3种结构。风轮一般是由23个叶片装在轮毂上组成，是风力发电机接受风能的部件。大型风力发电机的叶片直径都在60m以上，有的甚至到100多米。所有的风轮叶片都应具有承受沙暴、盐雾侵袭的能力，并且具备防雷的措施。 大型风力发电机的自动控制原理 大型风力发电机基本实现了计算机控制，风电场的控制系统由两部分组成：一部分为就地控制系统；另一部分为主控室控制系统。主控室的计算机与风电机组现场具有通信连接。 风力发电机的计算机控制是将风向标、风速仪、风轮的转速、发电机的电