《可再生能源发电技术》全书教学课件

可再生能源发电技术第一讲综述要点能源的概念能源的利用历史能源的品质可再生能源发展的必要性我国能源利用现状本课程主要内容简介主要参考文献及考核方式——资源——在一定时期和地点，在一定条件下具有开发价值、能够满足或提高人类当前和未来生存和生活状况的自然因素和条件，称为自然资源，有时简称资源包括气候资源、水资源、矿物资源、生物资源、能源，等等——能源——能源就是能够向人类提供某种形式能量（光、热、动力等）的自然资源，包括所有的燃料、流水、阳光、地热、风等通过适当转换手段可使其为人类生产和生活提供所需的能量例如煤和石油等化石能源燃烧时提供热能，流水和风力可以提供机械能，太阳的辐射可转化为热能或电能

1能源的概念能源种类很多，通常按其形态特征或转换与应用的层次分类

(1)一次能源和二次能源（按形成条件）以天然形态存在于在自然界中，可直接取得而不需改变其基本形态的能源，称为一次能源。是自然界中现成存在的天然能源。如煤炭、石油、天然气、水能，及太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、核能等。有些能源通常需要经过加工进行直接或间接的转换才能使用。由一次能源经加工转换而获得的另一种形态的能源，称为二次能源。如电力、煤气、沼气、酒精、汽油、柴油、焦炭，以及蒸汽、氢能等。电能是最重要的二次能源。能源的分类一次能源的来源自然界中一次能源的初始来源，大致有三种情况：①来自地球以外天体（主要是太阳）的能量，例如能以光和热的形式直接利用的太阳能，以化石或生物体等物质形式存储的能量，以风、水流、波浪等形式体现的能量②来自地球内部的能源，主要是核能（原子能）和地热能③地球与其他天体相互作用产生的能量，例如月亮、太阳引力变化形成的海洋潮汐能(2)常规能源与新能源（按发展应用状况）常规能源：在当前的技术水平和利用条件下，已广泛应用了较长时间的能源现阶段主要是指煤炭、石油、天然气、水能、核（裂变）能特点：使用较普遍，技术较成熟。新能源：由于技术、经济或能源品质等因素而未能大规模使用的能源如太阳能、风能、海洋能、地热、生物质、氢能、核（聚变）能等特点：已经开始或即将被人们推广利用，但目前还没有被大规模使用，有的甚至还处于研发或试用阶段常规能源和新能源的分类是相对的，不同历史时期会变化，这取决于应用历史和使用规模。例如在1950年代，核(裂变)能属于新能源，现在已经成为常规能源。有些能源虽然应用的历史很长，但正经历着利用方式的变革，而那些较有发展前途的新型应用方式尚不成熟或规模还小，也被归为新能源，例如太阳能、风能。在中国，新能源指除常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电之外的一次能源。(3)非再生能源和可再生能源（按循环恢复能力）非再生能源，也叫不可再生能源，用完后不可重新生成（至少在短期内无法恢复），总有枯竭的一天如化石燃料和核燃料均为非再生能源。按照现有的探明储量和开采程度，地球上的化石燃料最多还可使用几百年可再生能源，可以循环使用，能够有规律地不断得到补充，没有使用期限，也不会因长期使用而减少。如太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和生物质能，均为可再生能源。(4)含能体能源和过程性能源(按能源存在和转移形式)含能体能源是指包含着能量的物质或实体例如化石燃料、核燃料、生物质、地热水和地热蒸汽，等等特点：可以直接储存和运输过程性能源是指随着物质运动而产生、并且仅以运动过程的形式存在的能源如风、水、海潮、波浪、地热等特点：无法直接储存和运输(5)清洁能源和非清洁能源(按环境污染程度)清洁能源是指对环境没有污染或污染较小的能源，有时也叫绿色能源。如太阳能，风能，海洋能，垃圾发电，沼气等。非清洁能源是指可能对环境造成较大污染的能源，例如煤炭等化石燃料。清洁与非清洁能源的划分也是相对的。可再生能源《中华人民共和国可再生能源法》2006年1月1日起施行（2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过，2009年修订）目的是促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展。国家将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域，建议将可再生能源知识和技术纳入普通教育、职业教育课程。中国可再生能源学会（原中国太阳能学会，1979年9月6日在西安市成立）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。2能源利用的历史人类认识和征服自然依靠能源，分5个发展阶段。(1)天然能源的原始利用（又称薪柴时代）几十万年以前人类学会了用火，在漫长的岁月里，一直以柴草为生活能量的主要来源，燃火用于烧饭、取暖和照明。后来逐渐学会将畜力、风力、水力等自然动力用于生产和交通运输这种初级形式的能源利用直到19世纪中期都没有太大突破。在1860年的世界能源消费结构中，薪柴和农作物秸秆仍占能源消费总量的73.8%。(2)煤炭（煤炭时代）2000多年以前人类就知道煤炭可以作为燃料。14世纪的中国、17世纪的英国采煤业都已相当发达，但煤炭长期未能在世界能源消费结构中占据主导地位。18世纪70年代，英国的瓦特发明以煤炭作燃料的蒸汽机。蒸汽机的广泛应用使煤炭迅速成为第二代主体能源。煤炭在世界一次能源消费结构中所占的比重，从1860年的25％，上升到1920年的62％。(3)石油（石油时代）人类很早就发现了石油，直到19世纪，石油工业才逐渐兴起。1859年，美国宾夕法尼亚州打出了世界上第一口油井，是现代石油工业的开端。（苏联和中国有不同的说法）1886年德国人本茨和戴姆勒研制出以汽油为燃料、由内燃机驱动的汽车（德国奔驰），进入大规模使用石油的汽车时代。（1905年，美国福特）石油和天然气逐渐取代煤炭，在世界能源消费构成中占据主要地位。1965年，在世界能源消费结构中，石油首次超过煤炭占居首位，成为第三代主体能源。到1979年，石油所占的比重达到54%，相当于煤炭的三倍。(4)电力1881年，美国建成世界上第一个发电站，同时还研制出电灯等实用的用电设备（爱迪生）以后，电力的应用领域越来越广，发展规模也越来越大，人类社会逐步进入电气化时代石油、煤炭、天然气等化石燃料被转换成更加便于输送和利用的电能，进一步推动工业革命，带来了巨大的技术进步电能使用起来方便清洁、易于输送、易转化成其它型式的能量，成为现代生产不可或缺的动力，与现代生活也密不可分。(5)核能和可再生能源1942年美国建立世界上第一座核反应堆（费米）1954年前苏联建成世界第一座发电的反应堆（库尔恰托夫支持修建的奥布灵斯克核电站）并正式启用。1956年美国的核电站投入运行核能利用迅速发展起来，在世界能源结构中占据重要位置。到20世纪90年代，核能发电所提供的电力占全世界发电总量的17%左右进入21世纪以来，太阳能、风能、海洋能、生物质能等可再生新能源发展很快，并且逐渐走向成熟和规模化，所占的比重也有望大幅度提高，为人类解决能源和环保问题开辟了新的天地各种能源均有优点，也各有不足。如何进行评价和比较？(1)能流密度即在单位空间或单位面积内，能够从某种能源获得的功率化石燃料与核燃料的能流密度大，各种可再生能源的能流密度一般都比较小能量密度太小，则不利于开发利用，因为经济性太差3能源的品质标准煤各种燃料的热值是不同的，在统计能源的生产和消费，特别在计算能耗指标时，常定义一种假想的标准燃料，即标准煤。标准煤的热值为2.9×104kJ/kg。各种燃料均可按平均发热量折算成标准煤。(2)开发费用和设备造价化石能源与核燃料，探、采、加工、运输，需投入大量人力、物力，发电设备单位容量的初期投资较小。可再生能源，开发费用主要是开发能源的一次性投资，设备造价比较高，而运营费用很低。(3)存储的可能性与供能的连续性化石燃料都比较容易存储，也便于连续供应。太阳能、风能等可再生能源则不易保存。能量供应也可能有波动性和间断性。(4)运输费用与损耗运输过程本身也要投资并消耗能源，远距离运输的成本和损耗会影响能源的使用。太阳能、风能、地热能难以运输。化石燃料可以运输，但要考虑运输的成本和耗能。(5)对环境的影响化石燃料燃烧过程中会排放CO2等温室气体，甚至还有一些有毒的或腐蚀性物质，对环境影响较大。核燃料有放射性污染及废料处理的问题。可再生能源大多对环境的影响较小。(6)蕴藏量化石燃料等非再生能源，蕴藏量是有限的，总有用完的时候。太阳能、风能等可再生能源，可以循环使用，不断的得到补充，即使每年更新的数量有限，长期来看，也是无穷无尽的。(7)能源品位能源品味反映的是能源利用的方便程度。一般来说，二次能源要比一次能源品味高。能直接变成机械能和电能的能源（如水力和风能），要比那些必须先经过热利用环节的能源（如化石燃料）的品位高。4发展可再生能源的必要性现代能源现状现代能源三大支柱：煤炭、石油和天然气石油和天然气的形成和开采“生于水际砂石，与泉水相杂，惘惘而出”北宋沈括《梦溪笔谈》根据BP世界能源统计，全球化石燃料可用情况如下：40.6年164年65.1年1636亿吨

179.8万亿方9091亿吨

储量储采比能源形势：化石燃料面临枯竭危险《BP世界能源统计2006》石油天然气煤碳化石燃料储量比储采比石油2.3％20.1/40.6年天然气0.9%49.3/65.1年煤炭11.6%114.5/164年

我国的形势更为严峻：人均能源拥有量仅为世界平均值的一半，化石燃料的储采比低于世界平均值；但工业能耗又高于工业发达国家，主要能源消耗已经名列世界前茅（煤炭第一，石油第二）。《2006中国能源发展报告》世界人均的能量消耗则不断上升，在过去一世纪中总能耗增长到25.8倍！

1kg标准煤的发热值=29308kJ

年份总人口人均能耗(亿）[t标准煤/(人.年)]

190015.710.493195025.011.026

200060.503.300

探明的化石燃料藏量有限，而工业与生活所需数值不断增长，这是世界能源所面临的主要问题。

国际上出现三次石油危机化石能源的消费带来严重的环境问题当前，威胁人类生存的十大环境问题是：（1）全球气候变暖；（2）臭氧层的耗损与破坏；（3）生物多样性减少；（4）酸雨蔓延；（5）森林锐减；（6）土地荒漠化；（7）大气污染；（8）水污染；（9）海洋污染；（10）危险性废物越境转移化石能源利用的环境影响

酸雨煤和石油的燃烧排放出二氧化硫或氮氧化物烟气与天上的水蒸气相遇，就会形成硫酸和硝酸小滴，使雨水酸化，这时落到地面的雨水就成了酸雨。酸雨的危害有：1)

腐蚀建筑物和工业设备；2)

破坏露天的文物古迹；3)

损坏植物叶面，导致森林死亡；4)

使湖泊中鱼虾死亡；5)

破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡；6)

饮用酸化造成的地下水，对人体有害。（1）北美死湖事件，美国受酸雨影响的水域达3.6万平方公里，加拿大受酸雨影响的水域5.2万平方公里，大量湖泊酸化，甚至成为死湖。湖中无鱼，湖滨树木枯萎。（2）西德森林枯死病事件，有80多万公顷森林被毁。每年有数万儿童感染特殊的喉炎症。1002001750180018501900195019900煤→CO2石油→CO2天然气→CO2CO2(billiontons/year)RapidGlobalWarmingItisanimportantissue

toreducefossilfuelconsumption化石燃料排放的CO21750180018501900195019900280340300320CO2(ppm)inAir360工业革命

大气

CO2Temperaturevariation（℃）bythermometerfromtreerings，coral，・・・Averagetemp.in1961～1990过去1000年北半环平均气温变化工业革命

100012001400160018002000

Source；IPCC#3ReportYear0.00.5-0.5-1.0

温室效应（花房效应）加拿大冰山区域不断缩小－K.Suzuki34气温上升、冰川熔化、海平面上升，太平洋岛国图瓦卢举国迁移Arctic

1979-2003

大气污染（1）英国伦敦毒雾事件，1952，1956,1957,1962年连续发生12次，死亡近4万人，直到1965年后才消失；（2）美国洛杉矶毒烟事件，1943，1952,1955年多次反生光化学烟雾事件，使人出现眼睛痛、头痛、呼吸困难等症状，直到70年代后期才消失；（3）2013年上半年，全国中东部发生严重的雾霾和污染天气……如果人类都按照美国人的方式生活…60亿人口需要4.3个地球!能源开采、运输和加工过程中存在不良影响，如煤炭开采会有人员伤亡和土地塌陷。核能的利用存在核安全和核废料问题。（如前苏联切尔诺贝利1986.4.26和日本福岛2011.3）世界范围内的核能利用，将产生成千上万吨的核废料。如果不能妥善处理，放射性的危害或风险将持续几百年。

其它影响可持续发展社会环境经济联合国世界环境与发展委员会提出了可持续发展概念。就是“满足当代人的需求，又不损害子孙后代满足其需求能力的发展”。可持续的解决方案更加广泛地使用可再生能源进一步提高能源效率减少排放资料来源:《中国光伏发展报告2007》能源结构预测The21stcenturywillbeelectric…andintelligent03691215195020002050电能GDPEnergyIndex(1=1950)未来的智能电力可控精确灵活干净快速安全电力是高品位的终端能源水能风能地热潮汐和波浪太阳能化石核能生物质能电力农业文明工业文明信息化低碳化（1）能源生产和消费（增长率大，世界第一）5我国能源利用现状2005年能源消费结构石油天然气煤炭水电核电世界36.8%23.7%27.2%6.2%6.1%中国22.3%2.5%69.0%5.4%0.8%我国能源需求估计2020年22～29亿吨标准煤，2050年33~47亿吨标准煤。未来50年内能源需求总量将会增长到现在的3倍煤炭生产和消费占世界比重的1/3强，世界第一

石油生产低于消费，对外依存度高，接近50%环境约束与能源需求的矛盾日益加大（2）能源利用效率低能源开发利用设备和技术落后，能源利用效率低，浪费严重我国能源终端利用效率仅为33％，比发达国家低约10～20%单位产品的能耗平均比发达国家高约40%能源消费强度（单位GDP耗能）高，是美国的4倍，日英德法等国的8倍（我国人口占20.43%，GDP占4.03%）人均能源消费低，是美国的1/8，日本的1/4（3）能源品种以煤为主，污染严重典型的能源消费型污染——煤炭消费型污染城市空气污染、酸雨、温室气体排放（4）可再生能源发展面临的几个问题经济效益：成本高，效率低，需要依靠科技创新和科技进步持续可靠性：克服能源间歇性、不连续性的影响局限性：最佳容量研究，分布式发电与联网输电环境及生态：调整结构，合理替代；节约优先，环境友好管理体制和机制：加快科技生产力的转化，健全相关法律法规，有序有利健康发展风力发电势头正劲，科技进步和成熟，成本快速下降光伏发电超常规发展，与风电一起年增长率高达30%生物质发电困难重重可再生能源的发展可再生能源是多种能源的统称，本课程将逐一对目前正大力发展和探索的发电技术进行介绍，内容如下：水力发电技术风力发电技术太阳能利用及发电技术生物质能利用及发电技术地热能利用及发电技术海洋能多种发电技术氢能与燃料电池发电技术6本课程的内容常见的能量形式有机械能、热能、电能、化学能、原子能等机械能：包括与位置相关的势能和与运动相关的动能，以这种能量形式出现的是水能、风能、波浪能等热能：与分子热运动有关的能量，也是人类常利用的能量形式，化石能源的利用都是先将燃料的化学能转换为热能，以这种能量型式出现的有太阳辐射热能、地热能等电能（电磁场能）：电荷流动和积累相关的一种能量，是高品质的二次能源，是当前利用的最主要的能源型式，可以由各种能量转换而来。化学能：存在于物质各组分之间连接键内的一种能量，是在发生每种化学反应时形成和释放的，以这种型式存在的有很多一次能源：煤炭、石油、天然气、生物质等原子能：原子核质量发生变化时释放的能量，分衰变、裂变和聚变，目前核能的利用主要是裂变能源的型式及转换燃料燃烧是获取热能的最主要方式。所谓燃料，就是能在空气中容易燃烧并释放出大量热能的气体、液体或固体物质，是能在经济上值得利用其发热量的物质的总称。燃料按形态分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。天然的固体燃料有煤炭和木材；人工的固体燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭应用最为普遍，是我国最基本的能源。天然的液体燃料有石油（原油）；人工的液体燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。天然的气体燃料有天然气，人工的气体燃料则有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液化石油气等。化学能转换为热能液体燃料固体燃料气体燃料燃烧燃烧设备锅炉工业炉窑化学能

热能热能转换为机械能通常需要一种介质，成为工质，推动旋转机械从而转换为旋转机械能以水及其蒸汽作为工质，蒸汽轮机直接以燃烧后的高温混合气体作为工质的，燃气轮机、内燃机等热能转换为机械能蒸汽轮机压缩室燃烧室涡轮机燃气汽轮机应用广泛内燃机电能能够方便地以高转换效率转换成其它形式的能量，因此电能是非常有用的一种能量形式。电能可以通过多种途径生产，最主要的途径是通过发电机将机械能直接转换成电能。将机械能转换成电能的发电机都是同步发电机。可以输出交流电或直流电。根据动力机械的特点，同步发电机有立式和卧式两种。由汽轮机和内燃机驱动的发电机多为卧式。另外，可在燃料电池和蓄电池中由化学能直接转换成电能；在太阳能电池中由辐射能直接转换成电能。磁流体发电、热电偶温差发电可将热能直接转变成电能。机械能转换为电能发电机发电厂是实现电能转换的场所，将其它型式的一次能源转换为电能。传统发电厂按其所用一次能源的不同，可分为水力发电厂、火力发电厂和核能发电厂。随着新能源技术的不断发展，风能发电厂、生物质能发电厂、太阳能发电厂、海洋能发电厂等多种发电形式和技术。发电厂水电站是将水能转变成电能的工厂，其能量转换的基本过程是：水能→机械能→电能。按利用能源的种类，水电站可分为：（1）将河川中水能转换成电能的常规水电站，也是通常所说的水电站，按集中落差的方法它又有三种基本形式，即堤坝式、引水式和混合式；（2）调节电力系统峰谷负荷的抽水蓄能式水电站；（3）利用海洋能中的水流的机械能进行发电的水电站，即潮汐电站、波浪能电站、海流能电站。60水力发电厂火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气或其他燃料的化学能生产电能的工厂。我国电源构成是以火电为主，至2004年底，全国总装机容量为44070万kW，火电装机容量为32490万kW,占我国发电装机总容量的73.7%。火电厂按使用燃料的不同可分为燃煤、燃油和燃气等几类电厂。我国的煤炭资源比较丰富，燃煤火电厂是我国目前电能生产的主要方式。62火力发电厂核电厂是利用核裂变能转化为热能，再按火电厂的发电方式，将热能转换为电能，它的原子核反应堆相当于锅炉。核反应堆中，除装有核燃料外，还以重水或高压水作为慢化剂和冷却剂，所以，反应堆又可分为重水堆、压水堆等。核反应堆内，铀-235在中子撞击下，使原子核发生裂变，产生的巨大能量主要以热能形式被高压水带至蒸汽发生器，在此产生蒸汽，送至汽轮发电机组。

1kg铀-235所发出的电力约等于2700t标准煤所发出的电力。64核能发电厂

风能就是指流动的空气所具有的能量，是由太阳能转化而来的。风能是一种干净的自然能源、可再生能源，同时风能的储量十分丰富。据估算，全球大气中总的风能量约为1017kW，其中可被开发利用的风能约为2×1010kW，比世界上可利用的水能大10倍。因此，风能的开发利用具有非常广阔的前景。66风力发电厂将吸收的太阳辐射热能转换成电能的发电技术称太阳能热发电技术，它包括两大类型：一是利用太阳热能直接发电（光伏发电技术）；二是太阳热能间接发电，就是利用光—热—电转换，即通常所说的太阳能热发电。68太阳能发电厂生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。生物质能是由太阳能转化而来，是可再生能源。生物质能发电厂的种类较多，规模大小受生物质能资源的制约，主要有：垃圾焚烧发电厂、沼气发电厂、木煤气发电厂、薪柴发电厂、蔗渣发电厂等。70生物质能发电厂地球本身就是一个巨大的热库，其内部蕴藏的热能即“地热能”，是取之不尽的可再生能源。在未来一段时期内能够经济、合理地利用的地热能称为地热资源，目前人类只是开发利用了其中的极少一部分。地热资源可分为五种类型：（1）蒸汽型地热资源。（2）热水型地热资源。（3）地压型地热资源。（4）干热岩型地热资源。（5）岩浆型地热资源。72地热发电厂我国的一次能源结构决定了我国发电必然以煤电为主的基本格局，这是长期难以改变的。由于火电给环境带来很大压力，必须加大水电开发力度，使火电、水电、核电都得到不同程度的发展，并通过开发新能源和可再生能源，在满足电力需求和经济发展的同时，尽可能减少石油、煤炭等不可再生能源的使用。74（1）尹忠东、朱永强主编，《可再生能源发电技术》，中国水利水电出版社，2010（2）邢运民、陶永红主编，《现代能源与发电技术》，西安电子科技大学出版社，2007（3）王长贵、崔容强等主编，《新能源发电技术》，中国电力出版社，2003（4）中国可再生能源网：（5）中国新能源与可再生能源网（6）百度、google、维基百科（wikipedia）主要参考资料

课堂考勤10%

课程展示或论文20%

考试70%7课程考核方法

课件下载地址：kzsny@，密码123456注意不要更改密码，论文发到我邮箱lukeping@8思考题1、能源是什么？常规能源有哪些？试说明其应如何利用？2、新能源和可再生能源有哪些？试说明应如何利用?3、我国能源结构是怎样的？存在哪些问题？如何实现能源的可持续发展?4、电能有哪些优点？传统发电厂可以分为哪几类?可再生能源发电技术第二讲水力发电要点水能资源概述水力发电基本原理水电站的基本类型水电站的组成建筑物水电站厂房的分类和组成水电站动力设备水能利用历史悠久，运用广泛（动力）地球上有14亿km3水，97.4%为盐水（海洋），2.6%为淡水其中淡水中有3/4以冰的形式存在，余下的大部分为地下水和土壤水。仅有0.02%存在河流和湖泊中。1水能资源太阳辐射能的22%为水循环提供动力80%降雨回到海洋，20%到陆地水从陆地上流回海洋具有能量（机械能）水循环世界1/6的水资源在中国，其理论蕴藏量为6.94亿kW其中技术可开发装机容量5.42亿kW，经济可开发装机容量4.02亿kW,占全世界可开发水能资源总量的17.8%，居世界第一位2004年底发电总装机容量突破4亿kW。2004年9月26日，水电开发总装机容量已突破1亿kW，跃居世界第一。2009年水电总装机达1.9亿kW，2010年电力总装机9亿kW。2012年水电总装机2.49亿kW，电力总装机11.4亿kW。水电比重维持在22%左右而以技术可开发水电装机容量5.42亿kW为基数，中国目前水电资源开发程度不足50%（42.4%）中国水能资源资源总量丰富，但人均资源量较低；大电站装机容量比重大，中小电站数量多，分布广泛以电量计，人均资源量只有世界平均值的70%左右水电资源分布不均，与经济发展不匹配，需要西电东送

水电资源量的78%集中在经济发展相对滞后的西部地区，而经济发达、人口集中的东部沿海11省市，仅占6%，用电量却占全国的51%江河来水量年内年际变化大，水电开发利用的难度较大，需要建设水库进行调节年径流最大与最小量的比值，长江、珠江、松花江为2～3倍，淮河达15倍，海河更达20倍之多集中在大江大河，便于战略性集中开发，但开发利用不足截至2012年底，全国水电开发量占可开发量的45.9%，低于国际上发达国家平均60~80%以上的开发程度我国水资源4大特点

水系名称水能蕴藏量（亿千瓦）比例全国6.94100%长江2.7840%黄河0.436%珠江0.325%雅鲁藏布江及西藏其它河流1.6024%我国水能资源分布地区水能蕴藏量（亿千瓦）可开发容量（亿千瓦）比例华北0.120.0691.2%东北0.120.1202.0%华东0.300.1793.6%中南0.640.67415.5%西南4.732.32367.8%西北0.840.4199.9%全国6.763.79100%水电是清洁、廉价、可再生的绿色能源，当前唯一具备大规模开发条件的可再生能源。对水资源丰富的国家，开发水电是首选，发达国家的水电开发程度都很高24个国家依靠水电提供90%以上的电力，如巴西、挪威55个国家依靠水电提供50%以上的电力，如加拿大、瑞士、瑞典62个国家依靠水电提供40%以上的电力，如南美大部分国家发达国家的经济可开发水电资源已经基本开发完毕，平均开发程度在60%以上，如美国82%，日本84%，法国100%，意大利95%，加拿大65%目前的重点是更新改造，加大泄洪保安全、运行调度，生态保护和修复世界水电开发情况水电大国水电消费变化截断巫山云雨，高峡出平湖☆三峡水利枢纽☆

三峡水利枢纽的位置：三峡水利枢纽是建立在三峡地区（西陵峡中部）的综合利用水利枢纽。坝址距离宜昌市区40km，距离葛洲坝水利枢纽38km。☆三峡水利枢纽☆☆三峡水利枢纽☆1、工程规模大:三大主体建筑物（拦河坝、水力发电厂、航运建筑物）都有世界规模。被公认为世界超级工程。2、效益显著：

三峡工程具有综合效益（防洪、发电、航运、南水北调等）；效益显著，是治理长江和开发长江的主体工程。3、技术复杂：如长江截流、高边坡稳定、砼温度控制、高强度砼生产、大型水轮发电机组的制造安装等都是世界水平。☆三峡水利枢纽☆主要任务

长江防洪☆三峡水利枢纽☆

大坝泄洪☆三峡水利枢纽☆世界规模的船闸☆三峡水利枢纽☆最大效益水力发电三峡水电站大坝顶部高程185m，蓄水高程175m，水库长600余km，总投资954.6亿元，装机32台单机容量70万kW机组（其中左岸14台，右岸12台，右岸地下6台），另有厂备小水电站2台单机容量5万kW机组。总装机容量2250万kW，年发电量980亿kWh。

三峡电厂内部☆三峡水利枢纽☆---长江流域规划及三峡工程经济效益三峡左岸电厂内部

三峡电厂夜景☆三峡水利枢纽☆---长江流域规划及三峡工程经济效益

三峡电厂中央控制室☆三峡水利枢纽☆----存在的问题

1、水库搬迁问题，工程成败的关键，提出开发性移民新思路“建设一座电站，带动一方经济，改善一片环境，造福一批移民”2、生态环境问题，稀有动植物保护，清洁水源的保护3、对自然景观和人文景观的影响4、泥沙问题，蓄清排浑5、人防问题6、诱发地震问题7、水库岸坡稳定问题☆三峡水利枢纽☆----存在的问题

光叶水青罔黄桷树及其树种化石稀有植物保护☆三峡水利枢纽☆----存在的问题库区清理漂浮物☆三峡水利枢纽☆----存在的问题

文物保护挖掘☆三峡水利枢纽☆----存在的问题

新滩滑坡水头H:上下游水位差流量Q:水轮机引用流量出力N=9.81QHη(kW),η是水轮机的效率2水力发电基本原理两个基本要素水电站建筑物：Q,H水轮机：N=9.81QHη，水能->旋转机械能发电机:旋转机械能->电能1－水库；2－进水建筑物；3－引水隧洞；4－调压室；5－压力钢管；6－发电机；7－水轮机；8－主阀；9－尾水渠水轮发电机组水电站系统系统图水力发电的生产过程☆水力发电的优点☆Hydropowerisfuelledbywater,soitisacleanandrenewablefuelsource.Hydropowerisgenerallyavailableasneeded;theflowofwaterthroughtheturbinescanbecontrolledtoproduceelectricityondemand,bestforthepeakdemand.Hydroelectricprojectshavealongusefullifeextendingover50years.Andthecostofgeneration,operationandmaintenanceoverlifetimeislow,andefficiencyishigh.Storagebasedhydroschemesoftenprovideattendantbenefitsofirrigation,floodcontrol,drinkingwatersupply,navigation,recreation,tourism,piscicultureetc.Thelocationinremoteregionsleadstothedevelopmentofbackwardareainland.按集中落差形成水头的措施分为坝式水电站：用坝集中落差河床式：厂房也起挡水作用引水式水电站：用引水道集中水头混合式水电站：同时采用筑坝和有压引水道共同集中落差另外特殊水电站抽水蓄能电站：大规模储蓄能量，抽水-发电潮汐电站：利用潮汐能发电3水电站基本类型水电站的基本类型-坝式坝后式水电站厂坝分缝,厂房不起挡水作用坝后式水电站1－水轮机；2－导流墙；3－主阀；4－厂房；5－闸门；6－拦河坝；7－溢流坝；8－拦污栅；9－压力管道重力坝三峡水电站剖面图总装机2250万kW潘家口水电厂，1台15万kW常规机组，3台9万kW抽水蓄能机组。位于河北省迁西县滦河干流伊泰普水电站是目前世界第二大水电站，由巴西与巴拉圭共建，发电机组和发电量由两国均分。装有20台70万kW的水轮机发电机组，总装机1400万kW。伊泰普水电站位于巴西与巴拉圭之间的界河——巴拉那河（世界第五大河，年径流量7250亿立方米）上，伊瓜苏市北12公里处。水电站的基本类型-河床式河床式水电站1－桥式吊车；2－主厂房；3－发电机；4－水轮机；5－蜗壳；6－尾水管；7－水电站厂房；8－尾水导墙；9－闸门；10－工作桥；11－溢流坝；12－拦河坝；13－闸墩河床式水电站厂房是挡水建筑物一部分河床式水电站坝后式水电站葛洲坝水电站最大水头27m，最小水头8.3m，设计水头18.6m,2×17万kW和19×12.5万kW,共装机21台，总271.5万千瓦，年平均发电量为141亿度位于湖北宜昌市浙江桐庐富春江水电站，装有4台6万kW和1台5.72万kW的水轮发电机，总装机29.72万kW。上游是新安江水电站广西横县郁江上的西津水电站，总装机23.44万kW，其中2台单机容量为6万kW，2台单机容量为5.72kW。电站保证出力4.65万kW，多年平均发电量为109.91kWh，兼有灌溉和航运功能。湖北宜都清江高坝洲水电站，装有3台8.4万kW的轴流式机组，总装机25.2万kW，年发电量8.98亿kWh。水电站的基本类型-引水式无压引水式水电站1－拦河坝；2－溢流坝；3－进水闸；4－引水渠道；5－压力前池；6－日调节池；7－压力钢管；8－厂房；9－泄水道；10－开关站；11－尾水渠无压引水式水电站无压引水式水电站有压引水式水电站水电站的基本类型-引水式有压引水道式西南地区大型水电站大多是引水式水电站水电站的基本类型-混合式同时采用筑坝和有压引水道共同集中落差的开发方式称为混合式开发。坝集中一部分落差后，再通过有压引水道集中坝后河段上另一部分落差，形成了电站的总水头混合式水电站和引水式水电站之间没有明确的分界线，在工程实际中常将具有一定长度引水建筑物的混合式水电站统称为引水式水电站，而较少采用混合式水电站这个名称混合式水电站示意图1－水库；2－引水隧洞；3－压力管道；4－厂房拱坝土石坝水电站的基本类型-抽水蓄能电站以一定水量作为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能的一种特殊形式的水力发电站。抽水蓄能电站兼备抽水和发电两类设施。电力系统负荷低谷或丰水期，吸收低谷电能，将电能以位能型式储存起来；电力系统负荷高峰或枯水期，将位能转化为电能，向系统提供峰荷电能。作用：保证系统稳定安全；调峰、调频、事故备用等；特点：水头高、容量大、多为地下式、双向水流；在负荷中心附近。抽水蓄能电站示意图广州抽水蓄能电站8×30万KW广州抽水蓄能电站8×30万KW天荒坪抽水蓄能电站6×30万KW羊卓雍湖抽水蓄能电站4×2.25万KW,840m水头水电站的基本类型-潮汐电站利用潮汐能发电多修建于海湾其工作原理是修建海堤，将海湾与海洋隔开，并设泄水闸和电站厂房，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水流经水轮机，通过水轮机的转动带动发电机组发电。涨潮时外海水位高于内库水位，形成水头，这时引海水入湾发电；退潮时外海水位下降，低于内库水位，可放库中的水入海发电。海潮每昼夜涨落两次，因此海湾每昼夜充水和放水也是两次。潮汐水电站可利用的水头为潮差的一部分，水头较小，但引用的海水流量可以很大，是一种低水头大流量的水电站潮汐水电站布置示意图1－挡水坝；2－电站厂房法国朗斯电站波浪能发电洋流发电挡水建筑物用以拦截河流，集中落差，形成水库的拦河坝、闸或河床式水电站的厂房等水工建筑物。如混凝土重力坝、拱坝、土石坝、堆石坝及拦河闸等。泄水建筑物用以宣泄洪水，供下游用水，放空水库的建筑物。如开敞式河岸溢洪道、溢流坝、泄洪洞及放水底孔等。4水电站的组成建筑物进水建筑物用以从河道或水库按发电要求引进发电流量的引水道首部建筑物。如有压、无压进水口等。引水建筑物用以集中水头，输送流量到水轮发电机组或将发电后的水排往下游河道的建筑物。如渠道、隧洞、压力管道、尾水渠等。平水建筑物用以平稳由于水电站负荷变化在引水或尾水系统中引起的流量及压力的变化，保证水电站调节稳定的建筑物。如有压引水式水电站的调压塔或调压井，无压引水式水电站渠道末端的压力前池。厂区枢纽建筑物水电站厂区枢纽建筑物主要是指水电站的主厂房、副厂房、变压器场、高压开关站、交通道路及尾水渠等建筑物。这些建筑物一般集中布置在同一局部区域内形成厂区。厂区是发电、变电、配电的中心，是电能生产的中枢进水建筑物拦污栅两道闸门通气孔及充水阀引水建筑物压力管道厂区枢纽建筑物主厂房副厂房主变室开关室(站)进水建筑物拦污栅闸门两道通气孔及充水阀引水建筑物压力引水道引水建筑物高压管道引水建筑物尾水道厂区枢纽建筑物主厂房副厂房主变室开关室(站)平水建筑物调压室进水口隧洞调压室地面式厂房坝后式厂房坝内式厂房河床式厂房岸边式厂房引水式厂房地下式厂房引水地下式坝旁地下式厂区枢纽5水电站厂房的分类和组成水电站厂房的5大系统（1）水流设备系统是指将水能转变为机械能的水轮机及其进出水设备系统，包括压力管道、主阀（如蝴蝶阀）、水轮机引水室（如蜗壳）、水轮机、尾水管及尾水闸门等。（2）电流设备系统是指水电站进行发电、变电、配电的电气一次回路系统，包括发电机及其主引出线、发电机母线、发电机中性点引出线、发电机电压配电装置（户内开关室）、主变压器、高压配电装置（户外开关站）及各种电缆等。（3）电气控制设备系统是指操作、控制水电站运行的电气二次回路设备系统，包括机旁盘、励磁设备、中央控制室的各种电气设备，各种控制、监测及操作设备等。这些控制及操作设备如各种互感器、表计、继电器、控制电缆、自动及远动装置、通讯及调度设备等直流系统。（4）机械控制设备系统是指操作、控制厂房内水力机械的一系列设备系统，包括水轮机的调速设备（如接力器及操作柜）、事故阀门的控制设备，以及主阀、减压阀、进水口拦污栅和各种闸门的操作控制设备等。（5）辅助设备系统是指水电站安装、检修、维护、运行所必需的各种电气及机械辅助设备系统。包括厂用电系统（厂用变压器、厂用配电装置、直流电系统等）；油系统（透平油和绝缘油的存放、处理及流通设备等）；气系统（高压和低压空气压缩机、贮气筒、输气管及阀门等）；水系统（技术供水、生活供水、消防供水等供水系统以及渗漏和检修排水等排水系统等）；起重设备（厂房内外的桥式及门式起重机、各种闸门的启闭机等）水电站的主厂房安装场安装、检修机组段水轮发电机组上游副厂房主变室,GIS室副厂房主厂房6水轮发电机组-水电站心脏发电机水轮机蜗壳:引水导叶:调节流量转轮:能量转换尾水管:泄水

水轮机按工作原理可分为反击式水轮机和冲击式水轮机两大类。

冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；

反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。水轮机的分类冲击式示意图反击式示意图根据水流特征、转轮结构特征和工作方式分类反击式混流式轴流式斜流式贯流式轴流定桨式轴流转桨式冲击式水斗式（切击式）斜击式双击式可逆式混流式轴流式斜流式贯流式水轮机的分类高水头混流式水轮机转轮低水头混流式水轮机转轮混流式水轮机低水头轴流式水轮机转轮高水头轴流式水轮机转轮轴流式水轮机冲击式实物图1贯流式水轮机冲击式水轮机斜流式式水轮机水轮发电机组总体结构图同步发电机交流电的产生交流电源频率的测量

水轮发电机的转速将决定发出的交流电的频率，为保证这个频率的稳定，就必须稳定转子的转速。为了稳定转速，可采用闭环控制的方式对原动机（水轮机）转速进行控制，即将发出的交流电的频率信号采样，并将其反馈到控制水轮机导叶开合角度的控制系统中，去控制水轮机的输出功率，通过反馈控制原理，就可以让发电机的转速稳定了。

同步发电机机组发电机转子吊装7思考题1、简述水力发电基本原理2、水电站的组成建筑物3、水电站厂房的基本类型4、水轮机基本类型可再生能源发电技术第三讲风力发电要点风能的利用风力机的工作原理风力资源评估风力发电设备风力发电系统及装置风电场发展与规划自制风力发电机过程简介历史悠久，磨坊或提水太阳辐射到地球的热能中约有2％被转变成风能全球风能蕴藏量约2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比水能大10倍。1风能的利用利用风能的历史我国是世界上最早利用风能的国家之一，公元前数世纪我国人民就利用风力碾米，提水，磨面，用风帆推动船舶前进。在国外，公元前2世纪，古波斯人就利用垂直轴风车碾米；10世纪伊斯兰人用风车提水，11世纪风车在中东获得广泛应用；13世纪风车传至欧洲；14世纪成为欧洲不可缺少的原动机；到了18世纪，在北美洲风力机被用于灌溉和驱动发电机发电。从1920年起，人们开始利用风力机大规模发电。什么是风能？风能就是空气流动产生的动能。风能的大小取决于风速和空气的密度。风能是由太阳辐射转化而来的，风能大约占太阳提供总能量的1%-2%。还有一部分被地球上的植物转化为生物能。被转化的风能总量是生物能的50-100倍太阳能辐射是动力，赤道吸热，两级放热，产生不均匀压力驱动热能交换，风循环地球自转影响、地形和建筑物的影响改变方向风的形成地球大气环流陆海风形成山谷风形成风向指风吹来的方向，如果风是从西面吹来的，则称为西风。观测陆地上的风向，一般分16个方位（海上的风向常采用32个方位），以正北为零，顺时针每转过22.5度为一个方位。

某风向频率=某风向出现的次数/风向的总观测次数×100%在一定的时间范围内，某风向出现的次数占各风向出现总次数的百分比，称作此风向的风向频率，即风速风在单位时间内所流过的距离称为风速。①瞬时风速与平均风速②起动风速、切除风速、有效风速起动风速是指能够使风力机开始转动工作的风速。切除风速也称上限风速，大于这个风速时，会导致风力机损坏。国内风力机常以3m/s为起动风速，20m/s为切除风速，把3-20m/s的风速称为有效风速，据此值算出的风能为有效风能。③风速频率与风速变幅在一定时间内，相同风速出现的时数占测量总时数的百分比，称作该风速频率，即某风速频率=某风速出现的时数/观测风速总时数×100%风力等级表

注：本表所列风速是指平地上离地10米处的风速值风能空气流动形成的动能称为风能。风能是太阳能的一种转换形式。风具有的动能计算公式如下：已知空气密度、断面积、风速及持续时间，流过的风所具有的动能为：风能功率和风能密度在1s内通过面积为A的空气所具有的动能，称为风所具有的功率，以P表示风能功率，则：含义：①风能与空气的密度成正比；②风能与通过的面积成正比；③风能与风速的立方成正比。在1s内通过1m2面积的风所具有的动能，称为风能密度，以E0表示，则有效风能对于风力机的有效风速为3~20m/s，一年内通过1m2面积的有效风能W1（Wh/m2）为：则有效风能密度E（W/m2）为：风能玫瑰图

它是将各方位风向频率与相应风向的平均风速立方数的乘积，按一定比例尺作出线段，分别绘制在16个方位上，再将线段端点连接起来，根据风能玫瑰图可以看出哪个方向的风具有能量的优势。风频分布测风仪和风向标全球风电发展势头良好，截止到2011年底，全球风电总装机为2.38亿kW，其中拉丁美洲、亚洲、非洲发展迅速，如中国、印度、巴西、墨西哥、南非等；欧洲发展相对平稳，亮点在海上风电，2011年新增100万kW海上风电，90%在欧洲，10%在亚洲，欧洲海上风电总装机381万kW，主要位于北海、波罗的海、英吉利海峡（英国、德国、丹麦、葡萄牙、罗马尼亚、波兰、土耳其）2风能发电利用现状数据来源：GWEC，GlobleWindReport2011中国风电装机容量世界第一，截止到2013年6月，中国风电总装机容量达到67.49GW，占世界的1/4。2012年并网容量是60.83GW，其中内蒙最大，其次是河北、甘肃、辽宁等。2009年以前，风电规模小，主要是提升风电技术水平和装备制造能力；2009年开始，风电装备制造能力领先世界，具备开发千万kW级大型风电场的能力。中国风电市场现状（1）经过5-6年的高速发展之后，风电企业发展速度下降，效益下滑；（2）并网难和消纳难的问题日益突出；（3）风电装备的质量问题凸显。必须过渡到稳步发展时期，从重规模转变到重效益，从重速度转变到重质量，从重装机转变到重电量。（华锐风电、金属科技、东方电气、国电联动）2012年中国风电累计装机排名前20的机组制造商阻力和升力风就是流动的空气，一块薄平板放在流动的空气中会受到气流对它的作用力，这个力可分解为阻力与升力。图F是平板受到的作用力，FD为阻力，FL为升力。阻力与气流方向平行，升力与气流方向垂直3风力机工作原理按照风能利用的方法可将风力机分为阻力型风力机和升力型风力机。阻力型风力机靠迎风横放的流面上的风阻力作为驱动，最佳功率系数只有0.16，如荷兰的风车，转速一般很小（线速度小于风速）。按照风能利用的方法可将风力机分为阻力型风力机和升力型风力机。升力型风力机主要靠空气通过风机的叶片后产生的升力拖动风力机的转动，理论最佳功率系数为0.593，叶片为翼形（线速度大于风速）。翼型及其受力在与飞行器设计有关的空气动力学中，升力是促使飞行器飞离地面的力，因而被称为升力（由伯努利效应产生）。当攻角为0º时，升力最小。当气流方向与物体表面垂直时，物体受到的阻力最大。风力机工作原理风能利用系数风力机能够从风中吸取的能量，与风轮扫过面积内的全部风能(未受风轮干扰时)之比，称为风能利用系数。根据Betz理论，风能利用系数有理论最大值为0.593。风能利用系数主要取决于风轮叶片的设计（如攻角、桨距、翼型）以及制造水平，还和转速有关。高性能的螺旋桨式风力机，Cp值一般在0.45左右。叶尖速比叶片尖端旋转速率与上游未受干扰的风速之比，称叶尖速比，常用字母λ来表示。风能利用系数Cp与叶尖速比有关。当取特定值时Cp值最大，称之为最佳叶尖速比。定桨距风力机功率调节风轮叶片的桨距角固定不变，利用叶片的失速特性调节风力机的输出功率。在额定风速以下，吸收的能量随流速上升而增加；当超过额定风速后，叶片翼型功角发生变化，叶片后侧的气流分离产生湍流，叶片效率急剧下降，输出功率不随风速上升而增加。定桨距风力机的风功率捕获控制完全依靠叶片的气动性能，优点是结构简单、造价低、同时具有较好的安全系数。缺点是难以对风功率的捕获进行精确的控制。变桨距风力机功率调节通过调节桨距角改变叶片攻角，以改变叶片的风能捕获能力。低于额定风速时，保持桨距角恒定，通过调速控制使风力机运行于最佳叶尖速，维持风力机组在最佳效率下运行。高于额定风速时，调节风力机桨距角，使风轮叶片的失速效应加深，从而限制风能的捕获。变桨距功率调节可在高于额定风速时保持稳定的功率输出，并且机组结构受力相对较小。缺点是控制系统复杂，价格较高，容易损坏。吸收风能，承受推力单位面积风中的能量，与风速的3次方成正比风机吸收的能量（功率）风力机工作原理风力机尾流4世界风力资源评估实际上陆地面积中风力大于5m/s的地区，其中仅4％有可能安装风力发电机组。我国风力资源丰富：陆上加海上总量约有7亿至12亿千瓦。主要分布：沿海及其岛屿地区风能丰富带：山东，江苏，浙江，福建等；北部地区风能带：东三省，河北，宁夏，内蒙，甘肃。我国风能特点：1.风能资源季节分布与水能资源的季节分布互补；2.风力资源地理分布与电力负荷地理分布不匹配。我国风力资源2022/10/21205中国有效风功率密度分布图.jpg风能不存在环境污染的问题平均每安装一台1MW的风力机每年可以减排2000t二氧化碳，10t二氧化硫和6t二氧化氮风电技术日趋成熟，经济性日益提高，成本逐渐降低风电场建设工期短，建设灵活，可以建立在交通不便的边远地区和沿海岛屿风能是一种绿色能源风力发电特点及优势一种安全可靠的发电方式，随着大型机组的技术成熟和产品商品化的进程，风力发电成本降低风力发电不消耗资源、不污染环境，具有广阔的发展前景建设周期一般很短，一台风机的运输安装时间不超过三个月，万千瓦级风电场建设期不到一年，而且即时投产装机规模灵活，可根据资金多少来确定运行简单，可完全做到无人值守实际占地少，机组与监控、变电等建筑仅占风电场约1％的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用对土地要求低，在山丘、海边、河堤、荒漠等地形条件下均可建设在发电方式上还有多样化的特点，既可联网运行，也可和柴油发电机等级成互补系统或独立运行风力发电机组包括两大部分：

一部分是风力机，由它将风能转换为机械能；

另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能。5风力发电设备风力发电机按结构形式及空间布置，可分为水平轴式或垂直轴式风力发电设备特点：风力机的风轮轴与地面呈水平状态，称水平轴风力机。组成：它一般内风轮增速器、调速器、调向装置、发电机和塔架等部件组成，大中型风力机还有自动控制系统。应用：功率从几十千瓦到数兆瓦，是日前最具有实际开发价值的风力机。类型：有传统风车、低速风力机及高速风力机等3大类型。可参见水平轴风力机水平轴风力机叶轮型式垂直轴风力机特点：凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风力机叫垂直抽风力机形式有：如s型、H型、Ф型等。应用：目前垂直轴风力机尚未大量商品化，但是它有许多特点，如不需大型塔架、发电机可安装在地面上、维修方便及叶片制造简便等，研究日趋增多，各种形式不断出现。各种形式的垂直轴风力机。目前最新研究成果显示其综合效率可能高于水平轴，从而重新得到关注。垂直轴风力机叶轮型式垂直轴风力机叶轮型式(一)风力发电机组的系统组成风力发电系统是将风能转换为电能的机械、电气及控制设备的组合通常包括风轮、发电机、变速器(小、微容量及特殊类型的也有不包括变速器的)及有关控制器和储能装置。风力发电系统及装置（二）调向机构作用：用来调整风力机的风轮叶片旋转平面与空气流动方向相对位置的机构。因为当风轮叶片旋转平面与气流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机从流动的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率最大，所以调向机构又称为迎风机构(国外通称偏航系统)。类型：小型水平轴风力机常用的调向机构有尾舵和尾车；风电场中并网运行的中大型风力机则采用由伺服电动机。（三）发电机微型及容量在10kW以下的小型风力发电机组，采用永磁式或自励式交流发电机，经整流后向负载供电及向蓄电池充电容量在l00kW以上的并网运行的风力发电机组，则应用同步发电机或异步发电机恒速恒频的鼠笼式感应发电机、变速恒频的双馈感应式发电机、变速变频的直驱式永磁同步发电机（四）升速齿轮箱作用：是将风力机轴上的低速旋转输入转变为高速旋转输出，以便与发电机运转所需要的转速相匹配(五)塔架水平抽风力发电机组需要通过塔架将其置于空中，以捕捉更多的风能。类型：即由钢板制成的锥形筒状塔架和由角钢制成的桁架式塔架(六)控制系统组成：100kW以上的中型风力发电机组及1MW以上的大型风力发电机组皆配有由微机或可编程控制器(PLC)组成的控制系统来实现控制、自检和显示功能控制系统主要功能：①按预先设定的风速值(一般为3—4m／s)自动启动风力发电机组，并通过软启动装置将异步发电机并入电网②借助各种传感器自动检测风力发电机组的运行参数及状态，包括风速、风向、风力机风轮转速、发电机转速、发电机温升、发电机输出功率、功率因数、电压、电流等以从齿轮箱轴承的油温、液压系统的油压等③当风速大干最大运行速度(一般设定为25m/s)时实现自动停机④故障保护⑤通过调制解调器与电话线连接水平轴中大风力发电机组基本结构独立运行独立运行小风力发电机组的系统组成风力发电机、整流器、调节器、蓄电池、热电阻、用户独立运行的风力发电机组，又称离网型风力发电机组，是把风力发电机组输出的电能经蓄电池蓄能，再供应用户使用，如需要交流电，则要加逆变器储能系统：蓄电池储能、抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、电解水制氢储能等柴油发电联合运行、大阳能光伏发电联合运行（1）切换运行，即有风时由风力发电机组供电，有太阳光时由太阳能电池方阵供电，系统效率较低（2）同时运行，风力发电机组与太阳能电池方阵同时向蓄电池组充电，系统效率高作用：采用风力发电机与电网连接，由电网输送电能的方式应用：10kW以上直至MW级的风力发电机组皆可采用这种方式并网运行又可分为两种不同的方式：①恒速桓频方式，即风力发电机组的转速不随风速的波动而变化，始终维持恒转速运转，从而输出恒定额定频率的交流电。这种方式目前已普遍采用，具有简单可靠的优点，但是对风能的利用不充分。②变速恒频方式，即风力发电机组的转速随风速的波动作变速运行，但仍输出恒定频率的交流电。这种方式可提高风能的利用率，但将导致必须增加实现恒频输出的电力电子设备，同时还应解决由于变速运行而在风力发电机组文撑结构上出现共振现象等问题。并网运行截止2012年，世界上最大的风力机直径达到150m，容量为6MW，由德国西门子公司开发，在丹麦生产，安装在英国海岸。英国Arup公司也设计了一种建于海面上的新型发电机，容量10MW。设计中的风力机扇叶长达275m德国西门子公司开发，容量为6MW，直径150m，纤维玻璃钢叶片25t一片。风电系统图6风电场风力发电场是日前世界上风力发电并网运行方式的基本形式。在风能资源良好的地区，将几十台、几百台或几千台单机容量从数十kw、数百kw直至MW级以上的风力发电机组按一定的阵列布局方式成群安装而组成的风力发电机群体．称为风力发电场，简称风电场。风力发电场属于大规模利用风能的方式，其发出的电能全部经变电设备送往大电网。风力发电场的选址1、考虑因素：风电场场址选择的最主要的因素是风能资源、环境影响、道路交通及电网条件等许多出素。2、主要依据：风力资源风塔建设条件气象数据地形地貌对居民影响风力发电场的风力发电机组排布作用：合理地选择机组的排列方式，以减少机组之间的相互影响，风电场内风力发电机组的排列应以风电场内可获得最大的发电量来考虑。影响因素：主要受风能分布、风场地形和土地征用的影响。机组排列的最主要原则：是充分利用风能资源，最大程度利用风能。风力发电场的经济效益评估风电场容量系数即发电成本，是衡量风力发电场经济效益的重要指标。风电场内风力发电机组容量系数的计算方法为：风能资源特性(主要是风速频率分布)、风力发电机组设备的投资费用、风电场建设工程费用、风电场运行维护费用、建场投资回收方式及期限(指投资贷款利率、设备规定使用寿命及所要求的固定回收率等)某些部件进口关税、设备增值税和设备保险所付出的费用等。风电场每kWh电能的发电成本的影响因素风力发电场的安装和调试风电机组运行安装方式灵活，既可以单机运行，也可以组成风力发电场机群运行，采用何种运行方式主要决定于风场的建设条件；机组安装简单，单机安装调试仅需5～7天的时间。主要工作包括：机组基础建设（基础钢筋敷设、敷设接地网、混凝土浇筑和混凝土捣震）主要部件吊装内部线路连接机组系统调试我国风电造价从统计数据看，全国风电上网电价比常规水电和火电厂高出许多，新疆常规火电上网平均电价在0.25元/千瓦时左右，而风电则平均达到0.6元/千瓦时以上。而风电利用小时数约在2000至3000小时左右，仅为火电的一半。虽然风电单位千瓦平均造价已从10000元降到8000元左右，但仍远高于火电的4000元/千瓦造价。建设一座装机10万千瓦的风电场，约需8亿元以上，而建设同样规模的火电厂约为4至5亿元。中国已建和在建风电分布图新能源发电技术----宋长华237风电场3激励风电发展的政策2009年8月1日起按照风能资源分地区制定了风电的上网标杆电价，对于经营期（至少20年）是固定的，比特许权项目中标电价有较大提高，相同价格数字也比按项目审批的电价有所提高，投资者可以自己判断风电项目的效益。风电上网标杆电价按地级市行政边界分地区定为0.51、0.54、0.58和0.61元/kWh。为了补偿风电与火电之间的差价等用途，继2006年在用户消费电价中征收每千瓦时1厘钱的可再生能源附加以后，2008年又加征了每千瓦时1厘钱。2009年11月20日将可再生能源电价附加标准提高到每千瓦时4厘钱。千万千瓦风电基地规划建设千万千瓦级风电基地思路的提出和实施，落实了“建设大基地，融入大电网”的发展方针，保证“3%电量目标”的实现。在中国北部区域，风能资源非常丰富，土地辽阔，但是电力负荷小，电网薄弱，不能按照欧洲“分散上网，就地销纳”的模式发展，只能是“大规模-高集中-高电压-远距离输送”的模式，对电网企业是很大的挑战，千万千瓦风电基地规划在千万千瓦级风电基地规划编制过程中，就要统筹考虑风能资源、发电、输电和负荷各个方面的问题。国家电网公司已于2008年3月开工建设兰州-酒泉-瓜州的750千伏超高压输变电工程项目，千万千瓦级风电基地生产的大量清洁电能将通过这一输电通道送往东部地区的电力负荷中心。千万千瓦级风电基地的规划，将保证2020年1亿千瓦风电基地生产的2000亿千瓦时电能输出和销纳。Locationsof10GWsizewindpowerbase千万千瓦风电基地规划甘肃酒泉地区第一个启动的千万千瓦风电基地规划，规划建设9个风电场，到2015年装机容量1270万千瓦，已进入实施阶段。2008年8月完成了380万千瓦规模的风电设备招标工作，加上原来已建和在建风电场项目，规模超过500万千瓦。西北电网公司正在将750千伏超高压线路延伸到酒泉风电基地。按照年等效满负荷小时数为2200来估算，2015年风电上网电量约280亿千瓦时。千万千瓦风电基地规划新疆哈密地区风能资源丰富、场址平坦，规划在哈密东南部、三塘湖和淖毛湖3个区域建设风电场，2020年达到1080万千瓦。接入规划建设的750kV变电所。需要开展接入系统输电规划、电力电量消纳研究，调峰电源建设及抽水蓄能研究。按照年等效满负荷小时数为2200来估算,2020年风电上网电量约260亿千瓦时。千万千瓦风电基地规划河北省风能资源丰富的地区，主要分布在张家口、承德地地区及东部沿海，包括潮间带和近海。规划2020年达到1200万千瓦。位于京津唐电网区域内的风电场主要接入500kV电网运行,沿海地区的风电场并入地区220kV或110kV电网运行。按照年等效满负荷小时数为2200来估算,2020年风电上网电量约264亿千瓦时。千万千瓦风电基地规划吉林西部风能资源丰富的地区，主要在松源和白城等市，规划到2020年达到2300万千瓦。规划拟新建10个500kV升压站，将风电送入吉林省和东北电网。按照年等效满负荷小时数为2200来估算,2020年风电上网电量约506亿千瓦时。千万千瓦风电基地规划内蒙古自治区面积辽阔，