新能源发电与并网技术

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3目录能源的概念、分类与利用历史能源与可持续发展战略新能源的发展现状与趋势能量转换系统与新能源发电形式第一部分：绪论华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3能源的概念能源的分类能源利用历史Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3一.能源的概念Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史

资源能源华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史——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的自然资源及其转换物，即能量的源泉，包括所有的燃料、流水、阳光、地热、风等，通过适当的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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史——能源的属性——(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。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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史——能源的属性——(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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史——能源的属性——(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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史——能源的属性——(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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3二.能源的分类Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史能源种类很多，通常按其形态特征或转换与应用的层次等标准分类，具有多种分类方法华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:1.1能源的概念、分类与利用历史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。简单说，一次能源就是自然界中现成存在的天然能源。如煤炭、石油，及风能、地热能等。为了满足生产和生活的需要，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。如沼气、酒精、汽油，以及蒸汽、氢能等。电能是最重要的二次能源。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史2.常规能源与新能源（按发展应用状况）常规能源是指在当前的技术水平和利用条件下，已被人们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。这类能源，使用较普遍，技术较成熟。新能源是指由于技术、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、氢能等。这类能源，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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史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，现在有些国家已把它被归为常规能源。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。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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史新能源及主要特征新能源：技术上可行；经济上合理；环境和社会可以接受；能确保供应和替代常规化石能源的可持续发展能源体系。包含两方面：新能源体系：可再生能源(风能、太阳能、生物质能、水能、海洋能)和地热能、氢能、核能新能源利用技术：高效利用能源、资源综合利用、替代能源、节能等新技术华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史“新”与“旧”的区别“新”与传统的“旧”能源利用方式和能源系统相对立。“旧”：以化石燃料为主的传统能源利用形态；只强调转换端效率，不注重能源需求侧的综合效率；只强调经济效益，不注重资源、环境代价的传统理念。“新”：①高效利用能源；②资源综合利用；③可再生能源；④替代能源；⑤节能。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史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。据估计，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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史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。这类能源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。这类能源无法直接储存和运输。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史一次能源可再生能源非再生能源来自地球以外天体的能量来自地球内部的能量来自地球与其他天体相互作用产生的能量二次能源华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史三.能源的利用历史人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史柴草时期煤炭时期石油时期常规能源向新能源的过渡华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史1.天然能源的原始利用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%。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史2.煤炭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％。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史3.石油人类很早就发现了石油，《汉书》、《梦溪笔谈》有描述。直到19世纪，石油工业才逐渐兴起。1854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。1886年德国人本茨和戴姆勒研制出第一辆以汽油为燃料、由内燃机驱动的汽车，进入大规模使用石油的汽车时代。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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史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。从此以后，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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史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，1954年前苏联建成世界第一座发电的反应堆并正式启用，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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史热能（最成熟的利用方式）电能（最广泛的利用方式）氢能（最期待的利用方式）华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略常规能源对环境的影响我国的能源格局与结构可持续发展战略华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略一.常规能源对环境的影响大气污染、酸雨、温室效应…，常规能源对环境具有多方面的巨大影响。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略一.常规能源对环境的影响1.大气污染化石燃料的利用过程会产生CO、SO2、NOx等有害气体，不仅能导致生态系统的破坏，还会直接损害人体健康。在很多国家和地区，因大气污染造成的直接和间接损失已经相当严重。2.酸雨SO2、NOx等污染物，经大气传输，在一定条件下形成酸雨，危害农作物和森林生态系统，破坏水生生态系统，腐蚀材料，造成重大经济损失。酸雨还导致地区气候改变。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略一.常规能源对环境的影响3.温室效应大气中CO2的浓度增加，地表平均温度将上升，尤其在极地，结果可能导致海平面上升，将给许多国家造成严重的经济和社会影响。由于大量化石能源的燃烧，大气中CO2浓度不断增加。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略一.常规能源对环境的影响4.其它影响若再考虑能源开采、运输和加工过程中的不良影响，

则造成损失将更为严重。如煤炭开采会有人员伤亡和土地塌陷。核能的利用虽然不会产生上述污染物，但存在核废料问题。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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略二.我国的能源格局与结构煤多油少、效率低下、污染严重、人均能源严重不足是我国能源格局的基本特点华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略二.我国的能源格局与结构

1.煤多油少

我国是世界上最大煤炭生产和消费国，占世界煤产量的1/4。煤多油少是中国能源储存结构的基本特点，这种结构到今后20年，甚至到本世纪中叶，我以煤为主的能源结构将不会改变。在能源生产与消费中，以煤炭为主要能源直接进行燃烧，因燃烧工艺落后，燃烧不充分，造成环境污染严重、效率低下、浪费惊人。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略二.我国的能源格局与结构华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略二.我国的能源格局与结构中国与世界一次能源消费结构比较（2004年）

（美国数据为2001年）华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3年份占能源消费总量的比重/%煤炭石油天然气水电、核电、风电198072.220.73.14198575.817.12.24.9199076.216.62.15.1199574.617.51.86.1200067.823.22.46.7200166.722.92.67.9200266.323.42.67.7200368.422.22.66.820046822.32.67.1200569.1212.87.1200669.420.437.2中国一次能源消费结构华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略二.我国的能源格局与结构

2.石油安全预计到2020年我国石油的对外依存程度将达到60%。我国的能源安全尤其是石油安全问题日趋严峻。

3.煤烟型污染严重煤烟型污染给生态环境带来严重的问题，占大气污染的70%以上。新能源开发与替代、煤炭燃烧污染控制技术、煤炭深度加工技术、先进火力发电技术必须推广、重视。

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4.人均能源资源不足

中国是一个能源大国，在能源结构中煤炭储量最为丰富，仅次于俄罗斯、美国。但是，中国又是一个能源贫国，中国的人均能源资源占有量为全世界人均水平的1/2，仅为美国人均水平的1/10。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略发展新能源是可持续发展战略的基本要求和关键内容。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略1.可持续发展战略的提出世界人口从1900年到目前，净增加了2倍多，而能源消耗增加了16倍，说明人类对能源的依赖越来越强烈。目前化石能源在世界能源消费结构中所占的比重仍然很高。如果没有新的替代能源充分发展，按目前的消耗情况估算，

21世纪人类又将面临着新的能源危机。另一方面，人类大量使用化石燃料，环境污染日益严重，生态平衡惨遭破坏，直接危及人类的生存和发展。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略联合国世界环境与发展委员会完成调查报告《我们共同的未来》，提出了可持续发展概念。这一概念及其构想在1992年联合国环境与发展大会上得到世界一百多个国家的认同。可持续发展就是“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”。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略2.新能源战略与政策美国：2007年，布什总统签署新的能源法案，资助可再生能源的

研究和开发。2009年，奥巴马政府提出能源新政，大力发展清洁能源，

每年拨款……，鼓励可再生能源利用。欧洲：1997年可再生能源发展白皮书。2000年能源安全绿皮书。2003生物液体燃料发展规划，2005年生物质能发展行动计划。2006

建立欧洲可持续、可竞争、安全的能源战略绿皮书。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略2.新能源战略与政策1995年《电力法》明确宣布，国家鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源来发电。强调指出，农村利用太阳能、风能、地热能、生物质能和其他能源进行农村电力建设，增加农村电力供应，将得到国家的支持和鼓励。1997年《节约能源法》再次肯定了新能源对于节能减排、改善环境的重要战略作用和地位。一些地方政府也制定并出台了关于新能源和可再生能源的法律、法规和条例。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略2.新能源战略与政策

在2006年初，我国正式颁布了《可再生能源法》，即将陆续出台一系列鼓励政策与配套措施。这标志着可再生能源的利用已进入法制化、规范化和可持续发展的新阶段，并将迸发超前的活力，为中国能源事业的发展、为国民经济与社会事业的繁荣再添辉煌。未来，我国将以水电、沼气发电、秸杆发电、太阳能供热等常规清洁能源转换成熟技术和风电、光伏发电、燃料电池、微燃机组热——电联产分布供电等具有大规模发展潜力的新技术为重点。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略2.新能源战略与政策国家中长期发展规划，特别提到风电等可再生能源：通过大规模开发，促进技术进步和产业发展，实现设备制造国产化，尽快使风电具有市场竞争力；在沿海地区和“三北”地区建设大型和特大型风电场,在其他地区，因地制宜发展中小型风电场。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略2009年《新能源产业振兴规划(草案)》提出新能源发电2020年的装机目标：风电……亿千瓦，太阳能发电……万千瓦。胡锦涛总书记“大力推进节能减排，积极开发新能源，这是贯彻落实科学发展观、促进经济社会可持续发展的重大举措”。温家宝总理在人大十一届三次政府工作报告中明确指出：“要积极应对气候变化。大力开发低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设”。三.可持续发展战略2.新能源战略与政策华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势概述风电光伏生物质发电海洋能发电地热发电华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势一.概述2010年可再生能源发电装机大约占2010年欧盟电力新增装机的41%，占总计55363MW的新增电力装机中的22645MW。根据美国WorldwatchInstitute发布的《2010-2011年世界核电产业发展状况报告》，2010年可再生能源技术总投资达到2430亿美元。2010年，全球累计可再生能源装机达381吉瓦，其中风力发电193吉瓦、生物质能发电和垃圾发电65吉瓦、太阳能发电43吉瓦等，超过核电375吉瓦的总装机规模。在可再生能源蓬勃发展的当口，突发了福岛核泄漏事故，而且目前危机尚在继续。这一事件无疑令可再生能源发展动力更足，速度更快，远超核电。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势2007年初，欧盟提出的发展目标要求到2020年，可再生能源消费占到全部能源消费的20％，可再生能源发电量占到全部发电量的30％。美国、日本、澳大利亚、印度、巴西等国也制定了明确的可再生能源发展目标，引导可再生能源的发展。国家发改委已制定公布的2020可再生能源目标规定，可再生能源发电到2015年占电力总消费的比例为11.4%，到2020年还将提高至15%。最近20多年来，大多数可再生能源技术快速发展，产业规模、经济性和市场化程度逐年提高，预计在2010－2020年间，大多数可再生能源技术可具有市场竞争力，在2020年以后将会有更快的发展，并逐步成为主导能源。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:新能源的发展现状与趋势根据《新兴能源产业发展规划》，预计到2020年，中国新能源发电装机2.9亿千瓦，约占总装机的17％。其中，核电装机将达到7000万千瓦，风电装机接近1.5亿千瓦，太阳能发电装机将达到2000万千瓦（即20GW），生物质能发电装机将达到3000万千瓦。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势二.风电2010年底，全球风电总装机容量达199,520兆瓦，发电量超过4099亿千瓦时，占世界电力总发电量的1.92%。2008年和2009年全球年装机容量分别增加42%和35%，而2010年年度装机增长率仅为3%。受金融危机的影响，2010年年度装机增长率仅为3%。2010年美国风电装机新增下滑最厉害，欧洲保持平稳增长。中国、印度等新兴市场显示出强大的生命力。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:新能源的发展现状与趋势二.风电经过2010年的转折，最大风电国家市场的排名发生了变化：中国以18,928兆瓦的新增装机容量稳居第一位，并且创造了单个国家年度新增装机容量的世界纪录；美国以5,115兆瓦的新增装机容量位列第二；第三名是印度，新增装机容量2,139兆瓦。在欧洲，德国、英国和西班牙成为排名前三的欧洲国家，每个国家的新增装机容量大约是1,500兆瓦。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:新能源的发展现状与趋势二.风电从2005年开始，中国的风电总装机连续5年实现翻番。2009年，中国以2580万千瓦的总累计装机容量超过德国，成为世界第二，但与排名第一的美国仍有近1000万千瓦的差距。截至2010年底，中国全年风力发电新增装机达1600万千瓦，累计装机容量达到4182.7万千瓦，首次超过美国，跃居世界第一。《中国风电发展报告2010》预测：2020年，中国风电累计装机可以达到2。3亿千瓦，相当于13个三峡电站；总发电量可以达到4649亿千瓦时，相当于取代200个火电厂。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势二.风电“十二五”将加快海上风电投资，预计2020年海上风电装机容量将超过3200万千瓦。

上网瓶颈是风电发展的最大障碍，也是急需解决的问题，我国电网“十二五”期间风电并网目标是9000万千瓦。日本核电危机后，我国核电政策偏紧，水电的规划目标已经被充分挖掘，风电和光伏是最有可能弥补核电缺位的清洁能源，风电与光伏将“临危受命”，得到更大的发展空间。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势全球风电累计装机容量

全球风电装机的区域分布

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:新能源的发展现状与趋势我国的风电装机情况

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势三.光伏全球范围来看，2010年预计全球太阳能电池产量达15.8G瓦，同比增长48.2%；完成太阳能发电装机容量12.5G瓦，同比增长58.2%。2010年中国光伏太阳能电池产量将达到8G瓦，占世界生产总量的50%，居世界首位。而2009年该比例为40%。

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新能源的发展现状与趋势三.光伏2009年光伏市场同比增长了15%，总装机容量更是增长了45%，至22.9吉瓦。2010年全球新增太阳能光伏装机容量为16GW,是上年新增容量的两倍。目前光伏装机主要集中在欧洲、美国、日本，欧洲仍是全球光伏应用市场主导者，德国累计光伏安装量世界第一。中国是众所周知的光伏产品制造大国，但在世界应用市场上却排不上名次。中国2010年光伏发电市场装机量预计约380兆瓦，仅占全球总装机量3%。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势三.光伏欧洲光伏工业协会（EPIA）预计，全球2014年光伏装机容量单年可突破30吉瓦。中国2009年能源战略显示，预计2020年实现光伏发电装机容量20吉瓦的目标。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势四.生物质发电在“生物质技术路线图”中，美国计划到2020年，生物燃油取代全国燃油消费量的10%，生物基产品取代石化原料制品的25%。到2050年，生物质能源占总能耗的50%。欧盟委员会在“欧盟能源发展战略绿皮书”中指出，2015年生物质能将由目前占总能源消费量的2%左右提高到15%，到2020年生物质燃料将替代20%的化石燃料。2020-2050年，生物质将逐渐成为主要能源之一。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势四.生物质发电2000年－2007年，全球生物燃料（包括生物柴油）的产量从1440万吨增加到4800万吨，但占运输燃料总消耗比重仍不到3％。截至2004年，世界生物质发电装机已达3900万千瓦，年发电量约2000亿千瓦时，可替代7000万吨标准煤。有关资料显示，到2020年，西方工业国家15%的电力将来自生物质发电，而目前比例为1%。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势四.生物质发电根据《新兴能源产业发展规划》，预计到2020年，中国生物质能发电装机将达到3000万千瓦。最近还有券商研究所认为，到2020年，生物质发电装机将超预期，有可能达到1亿千瓦，总投资将达6000亿元。截至2010年底，生物质发电装机约550万千瓦。生物质发电全国总装机水平低，未来5到10年发展空间超预期的可能性大。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势四.生物质发电华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势四.生物质发电华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势五.海洋能发电英国从70年代以来，鼓励发展包括海洋能在内的多种可再生能源，加强了对海洋能源的开发利用，把波浪发电研究放在新能源开发的首位。日本在海洋能开发利用方面十分活跃，成立了海洋能转移委员会，在海洋热能发电系统和换热器技术上领先于美国，取得了举世瞩目的成就。美国1979年在夏威夷岛西部沿岸海域建成一座温差发电装置，其额定功率50kW，净出力18.5kW，是世界上首次从海洋温差能获得具有实用意义的电力。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势五.海洋能发电法国早在60年代就投入巨资建造了至今仍是世界上容量最大的潮汐发电站，装机容量24万kW，年发电量5亿kWH的朗斯潮汐电站。欧洲海洋能协会出炉了一个新的2050年欧洲海洋能发展路线图。路线图中清晰地指出，到2050年，欧洲的波浪能和潮汐能发电可以满足欧洲15%的能源需求。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势五.海洋能发电我国潮汐能的蕴藏量是非常丰富的，至少约有1．9亿多千瓦，占世界总蕴藏量的15％左右，可供开发的年发电量达800多亿度。其中，渤海3000万千瓦，黄海5500万千瓦，东海7400万千瓦，南海4000万千瓦。钱塘江的潮汐能约在700万千瓦以上，著名的钱塘江大潮，潮差高达9米，如用来发电，发电能力几乎等于三门峡水电站的50％。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势五.海洋能发电中国海洋石油总公司、华能集团公司、大唐集团公司、国电龙源集团公司等国内常规能源集团公司已开始关注海洋能，并且杭州和广州已创立了三家参与海洋能开发的民营公司。海洋能开发预期在2-3年内建成海岛多能互补独立供电系统（l00kW级）1-2个，3-5年内建成l00kW级的波浪能和潮流能实用化电站，10年内研建中型（万千瓦级）潮汐电站1-2座。2020年前我国海洋能开发的总装机容量有望达到或超过20万kW。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:

能量转换系统与新能源发电方式能量转换系统新能源发电方式华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式一.能量转换系统各种能量形式通过一定的设备和系统实现相互转换，能量转换过程及转换设备是能量转换技术的核心内容。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式一.能量转换系统华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式1.

能量转换过程与设备能源能源形态转换过程转换机械或系统石油、煤炭、天然气等矿物燃料氢和酒精等二次能源化学能热能化学能热能机械能化学能热能机械能电能化学能电能热能化学能电能炉子、燃烧器各种热力发动机热机、发电机，磁流体发电，EGD发电（压电效应）热力发电，热电子发电燃料电池华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式能源能源形态转换过程转换机械或系统水力、风力、潮汐、海流、波浪太阳能机械能机械能机械能机械能电能光能热能光能热能机械能电能光能热能电能光能电能光能化学能光能生物能电磁波电能水车、风车。水轮机——发电机，波力发电、风力发电、潮汐发电、海流发电热水器，采暖、制冷、光化学反应，太阳灶太阳热发动机太阳热发电热力发电，热电子发电光电池、光化学电池光化学反应（水分解）光合成华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式能源能源形态转换过程转换机械或系统核能核分裂热能机械能电能核分裂热能核分裂热能电能核分裂电磁能电能核聚变热能机械能电能电能光（激光）热能电能热能聚变核发电，磁流体发电核能炼钢热力发电，热电子发电光电池核聚变发电1.

能量转换过程与设备华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式2.热能的产生

燃料燃烧核能转换太阳能转换地热电能转换华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式2.热能的产生华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式2.热能的产生燃烧设备锅炉工业炉窑化学能

热能华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式3.机械能的产生华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式3.机械能的产生热机效率内燃机

——往复运动热机燃气轮机

——外燃式热机蒸汽轮机

——将蒸汽热能转换为机械功的热机燃烧室发电机燃料空气废气华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式3.机械能的产生华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式4.电能的产生机械能发电机华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式4.电能的产生机电转换发电机涡轮机华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式4.电能的产生热电转换磁流体发电热电偶温差发电热电子发电华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式4.电能的产生化电转化－电化学电池燃料电池

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。用于电动自行车的金属储氢装置华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式二.新能源发电方式新能源发电是最重要的新能源开发方式，包括风电、光伏、燃料电池发电、生物质发电、海洋能发电……华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式二.新能源发电方式1.风力发电系统

从能量转换的角度来看，风力发电机组包括两大部分：风力机:

由它将风能转换为机械能；发电机:

由它将机械能转换为电能。风力机在结构型式上分水平轴式与垂直轴式。水平轴式垂直轴式华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式风力发电系统是将风能转换为电能，由机械、电气及控制３大系统组合构成。包括风轮（风力机）、发电机、变速器及有关控制器和储能装置。

1.风力发电系统华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式1.风力发电系统独立运行的风力发电机组

又称离网式风力发电机组，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。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式储能方式：蓄电池蓄能(主要）

——在风力发电系统中，多采用铅酸蓄电池和碱性蓄电池作为存储电能的装置。抽水蓄能——地形条件合适压缩空气储能飞轮储能电解水制氢储能华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式海岛上的独立运行风力发电机华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式并网运行的风力发电机组恒速恒频方式

——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。采用笼形异步发电机。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式恒速发电的特点：电气系统简单，可适合于在野外缺少维护的环境下工作。转速不变，输出功率和转速的控制全靠倾角控制完成，要求倾角控制响应快，动作次数多，调节机构易疲劳损坏；强阵风来时，转速不变，机械承受应力大，要求坚固，所以又称“刚性”风力发电。适用于小功率风电系统，通常不大于600kW。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式并网运行的风力发电机组变速恒频方式

——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。采用同步发电机采用异步发电机华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式直驱式风力发电机双馈式风力发电机华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式变速发电的特点：在不同风速下，涡轮机都工作在最高效率点，提高效率10%；减小发电机电磁转矩脉动和机械承受的应力，减轻机械强度要求，又称“弹性”风力发电；电磁转矩脉动小，发出电力的波动小，提高发电质量；在强风来时倾角控制器才工作，对倾角控制的响应速度大大降低、动作次数显著减少、机构寿命得以延长。适用于大功率发电场合，通常大于1000kW。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式二.新能源发电方式2.光伏发电系统

光伏发电是指利用光伏电池板将太阳光辐射能量转换为电能的直接发电形式，典型的光伏发电系统是由光伏阵列、蓄电池组、控制器、电力电子变换器、负载等构成。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式光伏发电系统的构成

光伏阵列

实际的光伏发电系统根据用户需求，将若干个光伏电池组件经串并联排列组成光伏阵列，满足光伏发电系统输出电压和电流的需要。光伏电池组件的串联，要求所串联组件具有相同的电流容量；光伏电池的并联，要求所并联组件具有相同的电压等级。

1个光伏电池额定输出电压大约为0.45V.

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式光伏发电系统的构成蓄电池组作为电能存储环节，通过充电控制器实现对蓄电池组的充放电（太阳能电池阵列――蓄电池组的充电、蓄电池组――负载的放电）双向变换控制。电力电子变换器电力电子变换器实现DC－AC或DC－DC电能变换，是光伏发电系统的关键部分。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式光伏发电系统的构成

控制器

光伏发电系统中的控制器实现系统的总体控制。功能包括：太阳能最大功率点控制（MPPT）蓄电池充放电控制光伏直流输电升降压变换控制逆变器控制等负载

终端电能消耗设备，通过消耗电能作功，将电能再次转换成其他形式的能量。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式光伏发电系统的分类

按电力系统终端供电模式分为孤立光伏发电系统和并网光伏发电系统。独立光伏发电系统

——独立用户安装的为自身供电的小型光伏发电系统华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式光伏发电系统的分类

光伏并网系统

由太阳能电池阵列、变换器（斩波器、逆变器）和控制器组成。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式二.新能源发电方式3.燃料电池发电系统分类：固定式的燃料电池汽车专用移动式燃料电池特点：低噪声；变换效率高，对环境的污染几乎为零；体积小，使用方便；能使用多种燃料发电，可以代替火力发电。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式燃料电池发电系统的结构燃料重整系统空气供应系统控制系统DC/AC变换系统剩气循环系统排热回收系统燃料空气电力热输出（高温燃料电池）华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式燃料重整系统――将得到的燃料转化为燃料电池能使用的以氢为主要成分的转换系统；空气供应系统――可以使用电动机驱动的送风机或空气压缩机；DC/AC变换系统――直流到交流的逆变装置；排热回收系统――用于回收燃料电池发电时产生的热能；控制系统――燃料电池发电时的起动、停止、运行、外接负载等的控制装置；剩余气体循环系统――在高温燃料电池发电装置中，由于燃料电池排热温度高，因此安装可以使用蒸汽轮机与燃气轮机剩余气体的循环系统。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式燃料电池的分类按电解质性质分：碱性燃料电池（AlkalineFuelCell－AFC）质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell－PEMFC）磷酸燃料电池（PhosphoricAcidFuelCell－PAFC）熔融碳酸盐燃料电池（MoltenCarbonateFuelCell－MCFC）固态氧化物燃料电池（SolidOxideFuelCell－SOFC）按工作温度分：低温燃料电池（AFC、PEMFC、PAFC）高温燃料电池（MCFC、SOFC）按开发早晚顺序：把PAFC称为第一代燃料电池；把MCFC称为第二代燃料电池；把SOFC称为第三代燃料电池。Ⅳ:华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20纵览起源：世界上第1台用于发电的风力机于1891年在丹麦建成。1986年5月，我国第一个并网风场建于山东荣成。发展：风电技术经过20年的开发日臻成熟，商业化机组的单机容量从55kW增加到1650kW，风电成本从20美分/（kW·h），持续下降到5美分/（kW·h），运行可靠性和发电成本接近常规火电，迅速发展成为初具规模的新兴产业。目前风力机之最为美国CE公司的“超级风力机”，单机功率为7.3MW，风车直径为112m.第一章：风力发电的现状与趋势华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势一.风电的发展1.世界风电的发展历史与现状自1990年以来,风力发电一直是世界上增长最快的可再生新能源。从1996年起，全球累计风电装机连续11年增速超过20％，平均增速达到28.35％。

2006年，全球风电总装机容量逾74GW，增长25%，新增发电设备价值约180亿欧元。欧洲风电仍居全球之首，截至2006年底，欧洲风电装机达48000MW，占全球64.67％。发展中国家中，印度的风力发电发展迅速，2006年以6270MW的总装机容量居全球第四。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势全球风电新增装机（单位MW）

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势全球风电累计装机前十

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20发展趋势与预测世界风电在加速发展，装机容量每年以近30％的速度递增。按照德国风电发展计划，到2010年，风电电量将占总发电量的12.5％；到2050年，将占到50％。丹麦规划到2030年，风电将占总发电量的50％。美国风力发电在总发电量中所占比重有可能从1998乍的2％提高到2010年的5.5％。西班牙、英国和法国也加快了风电的发展。

第一章：风力发电的现状与趋势华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.202.中国风电的发展我国的风电自2003年进入高速发展时期。2006年，中国新增风电装机1337MW，占全球新增装机的8.9％，同比增长165.83％。我国风电累计装机已跃居全球居第六位，但仍与第二大电力装机大国地位不相称。风力发电中长期规划：全国风机总装机容量2010年达到4000MW,2015年达到10000WM,2020年达到20000WM。第一章：风力发电的现状与趋势华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势1998－2006我国风电装机及增速华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势2006年我国风电装机分布华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势二.风电技术概述1.分类

定浆矩

变浆矩

恒速恒频

变速恒频定浆矩

恒速恒频定浆矩变速恒频变浆矩

恒速恒频变浆矩

变速恒频

目前世界上风力发电技术主要有恒速恒桨与变速变桨两种华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势2.恒速恒桨技术恒速恒桨一般采用鼠笼式异步发电机，风力机桨距固定，其运行完全靠叶片气动特性控制，当风机带动发电机达到或接近同步速时并入电网，此后电机转速基本保持恒定，系统送入电网的电压频率恒定。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势3.变速变桨技术分类采用DFIG（交流励磁转差功率变换型）华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势采用普通同步发电机（全功率变换型）华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势采用多极永磁同步发电机（全功率变换直驱型）华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势变速恒频的优点优化风力机的运行状况可实现最大风能追踪运行还控制机组无功特性，功率因数可控发电机组与电网之间为柔性连接，易于并网华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势风电技术现状趋势大型化、变速运行、变浆距是世界风电设备发展的趋势。目前世界上主流机型为兆瓦级，如美国主流1.5MW，丹麦主流2.0～3.0MW，目前单机容量最大的风电机组是德国Repower公司生产的容量为5MW瓦的机组。随着未来海上风电的开发，单机容量可能继续上升。在风电技术研发上，国内风电机组制造企业面临着技术路线从定桨定速提升到变桨变速，单机功率从百千瓦级提升到兆瓦级的双重压力，华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势三.主要的风电设备厂商与市场1.国外厂商世界风电巨头企业主要集中在欧洲和北美：丹麦Vestas

西班牙Gamesa

美国GE德国Dewind华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势2.国内厂商与市场总览风电场业主主要来自国营大型电力集团，如龙源、华能、北国电、国华、华电国际、中电投等，另外有越来越多的民营企业参与投资风电场建设。风力发电机组整机制造厂约29个。零部件制造厂约30个。进行过风电技术研究的高校和科研院所约12家。专业研发中心2个。风资源前期咨询单位约5家。有能力进行风力发电机组整机及其零部件测试的机构约14家。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势国内风电设备厂商主要分为四种类型：具有自主知识产权的企业新疆金风科技股份有限公司、浙江运达风力发电工程有限公司、特变电工沈阳工大风能有限公司新近加入风电领域的中小企业湘潭电机集团有限公司、中国东方电气集团东方汽轮机厂、广东明阳风电技术有限公司等涉足风电领域的国家大型企业保定天威风力发电设备制造公司、上海电气集团股份有限公司、大连重工•起重集团、北京北重汽轮机有限责任公司等华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势

国内风电整机主要厂商情况华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势

国内风电零部件主要厂商情况华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势

2006年中国风电设备制造商市场份额（不含台湾省）华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势四.我国风电产业政策《可再生能源法》

2006的《可再生能源法》允许多种投资主体进入可再生能源领域，并且要求电网公司全额收购新能源发电量，从法律上为以风电为代表的新能源快速发展提供了法律和政策保障。国产化率指标

国家发改委公布的《关于风电建设管理有关要求的通知》强调风电设备国产化率要达到70%以上特许权招标制度

该方式不但规定由风电上网电价最低的投标商中标，而且要求投标商绑定设备制造商进行投标，为设备国产化率提供了实施性保障华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第一章：风力发电的现状与趋势电价分摊

《可再生能源发电价格与费用分摊管理试行办法》规定了可再生能源电价分摊的实行办法5.《国务院关于加快振兴装备业的若干意见》

提出大力发展大功率风力发电机等新能源装备，将大型清洁高效发电装备列为国家重点发展的16个重大技术专项之一华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20纵览起源：世界上第1台用于发电的风力机于1891年在丹麦建成。1986年5月，我国第一个并网风场建于山东荣成。发展：风电技术经过20年的开发日臻成熟，商业化机组的单机容量从55kW增加到1650kW，风电成本从20美分/（kW·h），持续下降到5美分/（kW·h），运行可靠性和发电成本接近常规火电，迅速发展成为初具规模的新兴产业。目前风力机之最为美国CE公司的“超级风力机”，单机功率为7.3MW，风车直径为112m.第一章：风力发电的现状与趋势华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20机组主结构及控制系统机组主结构：主要的机电设备控制系统：微机控制软、硬件第三章：双馈式变桨变速风电机组控制华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制（一）机组主结构风轮系统传动链系统发电机系统偏航/解缆系统刹车系统辅助系统华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制机组主结构示意图华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制1.风轮系统桨叶轮毂变距（桨矩）机构华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制2.传动链系统低速轴齿轮箱多级变速，变比较大（接近100）采用行星齿轮和正（斜）齿轮实现多级变速

润滑油冷却或加温机构高速轴联轴器华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制通用标准型膜片联轴器连接齿轮箱和发电机补偿轴向、径向和角度偏差易于装拆维护实现电绝缘力矩限定华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制传动链系统布局华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制3.发电机系统DFIG发电机本体冷却系统保护系统励磁变流器四象限运行能力、输入、输出特性优良设计容量为机组容量30％IGBT器件，PWM调制技术动作频率为数kHz-十几kHz并网机构华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制4.偏航/解缆系统偏航机构风向标偏航饲服电机（或液压马达）减速装置偏航液压制动器偏航行星齿轮对风/解缆操作根据风向标控制对风计算机控制的自动解缆纽缆开关控制的安全链动作报警及人工解缆华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制偏航的作用对风，获取最大发电量减少斜风给机组带来的不平衡载荷华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制5.刹车系统机械抱闸刹车*液压驱动和电气驱动通过制定卡钳和连轴器上制动盘配对实现，一般在气动刹车后转速降低后采用安装位置：高速轴，低速轴气动刹车变桨控制变桨控制系统控制桨距角为90度偏航控制电磁刹车

通过控制发电机电磁阻转矩实现华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制6.辅助系统塔架机舱罩机舱底盘变压器防雷系统及电气保护装置华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制冷却系统发热部件液压系统齿轮箱发电机变频器冷却方式：空气冷却，液体冷却，混合冷却其他部分华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制（二）控制系统1.概述与一般工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。它不仅要监视电网风况和机组运行参数，而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。比较普遍采用的是分布式控制系统。信号处理通常有两个独立的计算机或高速数字信号处理芯片。主控制器在地面控制室的开关柜内,从机设在机舱内。主控制器监控风轮所有的运行状态。主控制器和从控制器间通过光纤达到可靠快速地交换信息。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制2.结构与功能结构硬件系统和软件系统主控制器和从控制器功能运行控制变桨距控制、偏航控制、刹车控制、变流器（发电机）控制本地控制与远程控制信号采集与监视采集量：电压、电流、频率、功率、转速、油温、压力本地监视与远程监视华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制3.主从分布式控制系统主控制器（PLC,PID控制算法）变桨控制偏航控制制动控制参数监视与远程通讯系统级控制协调华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制主控制器实现案例华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制从控制器（DSP，矢量动态控制算法）机侧变流器控制网侧变流器控制华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制从控制器实现案例华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20英国EU-ENERGYWIND公司SEG1250型风机变频器控制系统第三章：双馈式变桨变速风电机组控制华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20二.运行区域及控制目标主要运行区域各运行区域的控制目标第三章：双馈式变桨变速风电机组控制华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制（一）主要运行区域运行区域的划分一般按照风速和机组运行特性分为五大运行区域：并网区MPPT区转速限制区（过渡区）功率限制区切出停机区华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2008.6.20第三章：双馈式变桨变速风电机组控制并网控制区域转速控制区域最大风能追踪区域功率控制区域