可再生能源发电技术课件

綜述

——資源——在一定時期和地點，在一定條件下具有開發價值、能夠滿足或提高人類當前和未來生存和生活狀況的自然因素和條件，稱為自然資源，有時簡稱資源包括氣候資源、水資源、礦物資源、生物資源、能源，等等——能源——能源就是能夠向人類提供某種形式能量（光、熱、動力等）的自然資源，包括所有的燃料、流水、陽光、地熱、風等通過適當轉換手段可使其為人類生產和生活提供所需的能量例如煤和石油等化石能源燃燒時提供熱能，流水和風力可以提供機械能，太陽的輻射可轉化為熱能或電能

1能源的概念能源種類很多，通常按其形態特徵或轉換與應用的層次分類

(1)一次能源和二次能源（按形成條件）以天然形態存在於在自然界中，可直接取得而不需改變其基本形態的能源，稱為一次能源。是自然界中現成存在的天然能源。如煤炭、石油、天然氣、水能，及太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物質能、核能等。有些能源通常需要經過加工進行直接或間接的轉換才能使用。由一次能源經加工轉換而獲得的另一種形態的能源，稱為二次能源。如電力、煤氣、沼氣、酒精、汽油、柴油、焦炭，以及蒸汽、氫能等。電能是最重要的二次能源。能源的分類一次能源的來源自然界中一次能源的初始來源，大致有三種情況：①來自地球以外天體（主要是太陽）的能量，例如能以光和熱的形式直接利用的太陽能，以化石或生物體等物質形式存儲的能量，以風、水流、波浪等形式體現的能量②來自地球內部的能源，主要是核能（原子能）和地熱能③地球與其他天體相互作用產生的能量，例如月亮、太陽引力變化形成的海洋潮汐能(2)常規能源與新能源（按發展應用狀況）常規能源：在當前的技術水準和利用條件下，已廣泛應用了較長時間的能源現階段主要是指煤炭、石油、天然氣、水能、核（裂變）能特點：使用較普遍，技術較成熟。新能源：由於技術、經濟或能源品質等因素而未能大規模使用的能源如太陽能、風能、海洋能、地熱、生物質、氫能、核（聚變）能等特點：已經開始或即將被人們推廣利用，但目前還沒有被大規模使用，有的甚至還處於研發或試用階段常規能源和新能源的分類是相對的，不同歷史時期會變化，這取決於應用歷史和使用規模。例如在1950年代，核(裂變)能屬於新能源，現在已經成為常規能源。有些能源雖然應用的歷史很長，但正經曆著利用方式的變革，而那些較有發展前途的新型應用方式尚不成熟或規模還小，也被歸為新能源，例如太陽能、風能。在中國，新能源指除常規化石能源和大中型水力發電、核裂變發電之外的一次能源。(3)非再生能源和可再生能源（按迴圈恢復能力）非再生能源，也叫不可再生能源，用完後不可重新生成（至少在短期內無法恢復），總有枯竭的一天如化石燃料和核燃料均為非再生能源。按照現有的探明儲量和開採程度，地球上的化石燃料最多還可使用幾百年可再生能源，可以迴圈使用，能夠有規律地不斷得到補充，沒有使用期限，也不會因長期使用而減少。如太陽能、水能、風能、海洋能、地熱能和生物質能，均為可再生能源。(4)含能體能源和過程性能源(按能源存在和轉移形式)含能體能源是指包含著能量的物質或實體例如化石燃料、核燃料、生物質、地熱水和地熱蒸汽，等等特點：可以直接儲存和運輸過程性能源是指隨著物質運動而產生、並且僅以運動過程的形式存在的能源如風、水、海潮、波浪、地熱等特點：無法直接儲存和運輸(5)清潔能源和非清潔能源(按環境污染程度)清潔能源是指對環境沒有污染或污染較小的能源，有時也叫綠色能源。如太陽能，風能，海洋能，垃圾發電，沼氣等。非清潔能源是指可能對環境造成較大污染的能源，例如煤炭等化石燃料。清潔與非清潔能源的劃分也是相對的。可再生能源《中華人民共和國可再生能源法》2006年1月1日起施行（2005年2月28日第十屆全國人民代表大會常務委員會第十四次會議通過，2009年修訂）目的是促進可再生能源的開發利用，增加能源供應，改善能源結構，保障能源安全，保護環境，實現經濟社會的可持續發展。國家將可再生能源的開發利用列為能源發展的優先領域，建議將可再生能源知識和技術納入普通教育、職業教育課程。中國可再生能源學會（原中國太陽能學會，1979年9月6日在西安市成立）可再生能源是指風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等非化石能源。2能源利用的歷史人類認識和征服自然依靠能源，分5個發展階段。(1)天然能源的原始利用（又稱薪柴時代）幾十萬年以前人類學會了用火，在漫長的歲月裏，一直以柴草為生活能量的主要來源，燃火用於燒飯、取暖和照明。後來逐漸學會將畜力、風力、水力等自然動力用於生產和交通運輸這種初級形式的能源利用直到19世紀中期都沒有太大突破。在1860年的世界能源消費結構中，薪柴和農作物秸稈仍占能源消費總量的73.8%。(2)煤炭（煤炭時代）2000多年以前人類就知道煤炭可以作為燃料。14世紀的中國、17世紀的英國採煤業都已相當發達，但煤炭長期未能在世界能源消費結構中佔據主導地位。18世紀70年代，英國的瓦特發明以煤炭作燃料的蒸汽機。蒸汽機的廣泛應用使煤炭迅速成為第二代主體能源。煤炭在世界一次能源消費結構中所占的比重，從1860年的25％，上升到1920年的62％。(3)石油（石油時代）人類很早就發現了石油，直到19世紀，石油工業才逐漸興起。1859年，美國賓夕法尼亞州打出了世界上第一口油井，是現代石油工業的開端。（蘇聯和中國有不同的說法）1886年德國人本茨和戴姆勒研製出以汽油為燃料、由內燃機驅動的汽車（德國賓士），進入大規模使用石油的汽車時代。（1905年，美國福特）石油和天然氣逐漸取代煤炭，在世界能源消費構成中佔據主要地位。1965年，在世界能源消費結構中，石油首次超過煤炭占居首位，成為第三代主體能源。到1979年，石油所占的比重達到54%，相當於煤炭的三倍。(4)電力1881年，美國建成世界上第一個發電站，同時還研製出電燈等實用的用電設備（愛迪生）以後，電力的應用領域越來越廣，發展規模也越來越大，人類社會逐步進入電氣化時代石油、煤炭、天然氣等化石燃料被轉換成更加便於輸送和利用的電能，進一步推動工業革命，帶來了巨大的技術進步電能使用起來方便清潔、易於輸送、易轉化成其他型式的能量，成為現代生產不可或缺的動力，與現代生活也密不可分。(5)核能和可再生能源1942年美國建立世界上第一座核反應爐（費米）1954年前蘇聯建成世界第一座發電的反應堆（庫爾恰托夫支持修建的奧布靈斯克核電站）並正式啟用。1956年美國的核電站投入運行核能利用迅速發展起來，在世界能源結構中佔據重要位置。到20世紀90年代，核能發電所提供的電力占全世界發電總量的17%左右進入21世紀以來，太陽能、風能、海洋能、生物質能等可再生新能源發展很快，並且逐漸走向成熟和規模化，所占的比重也有望大幅度提高，為人類解決能源和環保問題開闢了新的天地各種能源均有優點，也各有不足。如何進行評價和比較？(1)能流密度即在單位空間或單位面積內，能夠從某種能源獲得的功率化石燃料與核燃料的能流密度大，各種可再生能源的能流密度一般都比較小能量密度太小，則不利於開發利用，因為經濟性太差3能源的品質標準煤各種燃料的熱值是不同的，在統計能源的生產和消費，特別在計算能耗指標時，常定義一種假想的標準燃料，即標準煤。標準煤的熱值為2.9×104kJ/kg。各種燃料均可按平均發熱量折算成標準煤。(2)開發費用和設備造價化石能源與核燃料，探、采、加工、運輸，需投入大量人力、物力，發電設備單位容量的初期投資較小。可再生能源，開發費用主要是開發能源的一次性投資，設備造價比較高，而運營費用很低。(3)存儲的可能性與供能的連續性化石燃料都比較容易存儲，也便於連續供應。太陽能、風能等可再生能源則不易保存。能量供應也可能有波動性和間斷性。(4)運輸費用與損耗運輸過程本身也要投資並消耗能源，遠距離運輸的成本和損耗會影響能源的使用。太陽能、風能、地熱能難以運輸。化石燃料可以運輸，但要考慮運輸的成本和耗能。(5)對環境的影響化石燃料燃燒過程中會排放CO2等溫室氣體，甚至還有一些有毒的或腐蝕性物質，對環境影響較大。核燃料有放射性污染及廢料處理的問題。可再生能源大多對環境的影響較小。(6)蘊藏量化石燃料等非再生能源，蘊藏量是有限的，總有用完的時候。太陽能、風能等可再生能源，可以迴圈使用，不斷的得到補充，即使每年更新的數量有限，長期來看，也是無窮無盡的。(7)能源品位能源品味反映的是能源利用的方便程度。一般來說，二次能源要比一次能源品味高。能直接變成機械能和電能的能源（如水力和風能），要比那些必須先經過熱利用環節的能源（如化石燃料）的品位高。4發展可再生能源的必要性現代能源現狀現代能源三大支柱：煤炭、石油和天然氣石油和天然氣的形成和開採“生於水際砂石，與泉水相雜，惘惘而出”北宋沈括《夢溪筆談》根據BP世界能源統計，全球化石燃料可用情況如下：40.6年164年65.1年1636億噸

179.8萬億方9091億噸

儲量儲采比能源形勢：化石燃料面臨枯竭危險《BP世界能源統計2006》石油天然氣煤碳化石燃料儲量比儲采比石油2.3％20.1/40.6年天然氣0.9%49.3/65.1年煤炭11.6%114.5/164年

我國的形勢更為嚴峻：人均能源擁有量僅為世界平均值的一半，化石燃料的儲采比低於世界平均值；但工業能耗又高於工業發達國家，主要能源消耗已經名列世界前茅（煤炭第一，石油第二）。《2006中國能源發展報告》世界人均的能量消耗則不斷上升，在過去一世紀中總能耗增長到25.8倍！

1kg標準煤的發熱值=29308kJ

年份總人口人均能耗(億）[t標準煤/(人.年)]

190015.710.493195025.011.026

200060.503.300

探明的化石燃料藏量有限，而工業與生活所需數值不斷增長，這是世界能源所面臨的主要問題。

國際上出現三次石油危機化石能源的消費帶來嚴重的環境問題當前，威脅人類生存的十大環境問題是：（1）全球氣候變暖；（2）臭氧層的耗損與破壞；（3）生物多樣性減少；（4）酸雨蔓延；（5）森林銳減；（6）土地荒漠化；（7）大氣污染；（8）水污染；（9）海洋污染；（10）危險性廢物越境轉移化石能源利用的環境影響

酸雨煤和石油的燃燒排放出二氧化硫或氮氧化物煙氣與天上的水蒸氣相遇，就會形成硫酸和硝酸小滴，使雨水酸化，這時落到地面的雨水就成了酸雨。酸雨的危害有：1)

腐蝕建築物和工業設備；2)

破壞露天的文物古跡；3)

損壞植物葉面，導致森林死亡；4)

使湖泊中魚蝦死亡；5)

破壞土壤成分，使農作物減產甚至死亡；6)

飲用酸化造成的地下水，對人體有害。（1）北美死湖事件，美國受酸雨影響的水域達3.6萬平方公里，加拿大受酸雨影響的水域5.2萬平方公里，大量湖泊酸化，甚至成為死湖。湖中無魚，湖濱樹木枯萎。（2）西德森林枯死病事件，有80多萬公頃森林被毀。每年有數萬兒童感染特殊的喉炎症。1002001750180018501900195019900煤→CO2石油→CO2天然氣→CO2CO2(billiontons/year)RapidGlobalWarmingItisanimportantissue

toreducefossilfuelconsumption化石燃料排放的CO21750180018501900195019900280340300320CO2(ppm)inAir360工業革命

大氣

CO2Temperaturevariation（℃）bythermometerfromtreerings，coral，・・・Averagetemp.in1961～1990過去1000年北半環平均氣溫變化工業革命

100012001400160018002000

Source；IPCC#3ReportYear0.00.5-0.5-1.0

溫室效應（花房效應）加拿大冰山區域不斷縮小－K.Suzuki33氣溫上升、冰川熔化、海平面上升，太平洋島國圖瓦盧舉國遷移Arctic

1979-2003

大氣污染（1）英國倫敦毒霧事件，1952，1956,1957,1962年連續發生12次，死亡近4萬人，直到1965年後才消失；（2）美國洛杉磯毒煙事件，1943，1952,1955年多次反生光化學煙霧事件，使人出現眼睛痛、頭痛、呼吸困難等症狀，直到70年代後期才消失；（3）2013年上半年，全國中東部發生嚴重的霧霾和污染天氣……如果人類都按照美國人的方式生活…60億人口需要4.3個地球!能源開採、運輸和加工過程中存在不良影響，如煤炭開採會有人員傷亡和土地塌陷。核能的利用存在核安全和核廢料問題。（如前蘇聯切爾諾貝利1986.4.26和日本福島2011.3）世界範圍內的核能利用，將產生成千上萬噸的核廢料。如果不能妥善處理，放射性的危害或風險將持續幾百年。

其他影響可持續發展社會環境經濟聯合國世界環境與發展委員會提出了可持續發展概念。就是“滿足當代人的需求，又不損害子孫後代滿足其需求能力的發展”。可持續的解決方案更加廣泛地使用可再生能源進一步提高能源效率減少排放資料來源:《中國光伏發展報告2007》能源結構預測The21stcenturywillbeelectric…andintelligent03691215195020002050電能GDPEnergyIndex(1=1950)未來的智能電力可控精確靈活乾淨快速安全電力是高品位的終端能源水能風能地熱潮汐和波浪太陽能化石核能生物質能電力農業文明工業文明資訊化低碳化（1）能源生產和消費（增長率大，世界第一）5我國能源利用現狀2005年能源消費結構石油天然氣煤炭水電核電世界36.8%23.7%27.2%6.2%6.1%中國22.3%2.5%69.0%5.4%0.8%我國能源需求估計2020年22～29億噸標準煤，2050年33~47億噸標準煤。未來50年內能源需求總量將會增長到現在的3倍煤炭生產和消費占世界比重的1/3強，世界第一

石油生產低於消費，對外依存度高，接近50%環境約束與能源需求的矛盾日益加大（2）能源利用效率低能源開發利用設備和技術落後，能源利用效率低，浪費嚴重我國能源終端利用效率僅為33％，比發達國家低約10～20%單位產品的能耗平均比發達國家高約40%能源消費強度（單位GDP耗能）高，是美國的4倍，日英德法等國的8倍（我國人口占20.43%，GDP占4.03%）人均能源消費低，是美國的1/8，日本的1/4（3）能源品種以煤為主，污染嚴重典型的能源消費型污染——煤炭消費型污染城市空氣污染、酸雨、溫室氣體排放（4）可再生能源發展面臨的幾個問題經濟效益：成本高，效率低，需要依靠科技創新和科技進步持續可靠性：克服能源間歇性、不連續性的影響局限性：最佳容量研究，分佈式發電與聯網輸電環境及生態：調整結構，合理替代；節約優先，環境友好管理體制和機制：加快科技生產力的轉化，健全相關法律法規，有序有利健康發展風力發電勢頭正勁，科技進步和成熟，成本快速下降光伏發電超常規發展，與風電一起年增長率高達30%生物質發電困難重重可再生能源的發展可再生能源是多種能源的統稱，本課程將逐一對目前正大力發展和探索的發電技術進行介紹，內容如下：水力發電技術風力發電技術太陽能利用及發電技術生物質能利用及發電技術地熱能利用及發電技術海洋能多種發電技術氫能與燃料電池發電技術6本課程的內容常見的能量形式有機械能、熱能、電能、化學能、原子能等機械能：包括與位置相關的勢能和與運動相關的動能，以這種能量形式出現的是水能、風能、波浪能等熱能：與分子熱運動有關的能量，也是人類常利用的能量形式，化石能源的利用都是先將燃料的化學能轉換為熱能，以這種能量型式出現的有太陽輻射熱能、地熱能等電能（電磁場能）：電荷流動和積累相關的一種能量，是高品質的二次能源，是當前利用的最主要的能源型式，可以由各種能量轉換而來。化學能：存在於物質各組分之間連接鍵內的一種能量，是在發生每種化學反應時形成和釋放的，以這種型式存在的有很多一次能源：煤炭、石油、天然氣、生物質等原子能：原子核品質發生變化時釋放的能量，分衰變、裂變和聚變，目前核能的利用主要是裂變能源的型式及轉換燃料燃燒是獲取熱能的最主要方式。所謂燃料，就是能在空氣中容易燃燒並釋放出大量熱能的氣體、液體或固體物質，是能在經濟上值得利用其發熱量的物質的總稱。燃料按形態分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料。天然的固體燃料有煤炭和木材；人工的固體燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭應用最為普遍，是我國最基本的能源。天然的液體燃料有石油（原油）；人工的液體燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。天然的氣體燃料有天然氣，人工的氣體燃料則有焦爐煤氣、高爐煤氣、水煤氣和液化石油氣等。化學能轉換為熱能液體燃料固體燃料氣體燃料燃燒燃燒設備鍋爐工業爐窯化學能

熱能熱能轉換為機械能通常需要一種介質，成為工質，推動旋轉機械從而轉換為旋轉機械能以水及其蒸汽作為工質，蒸汽輪機直接以燃燒後的高溫混合氣體作為工質的，燃氣輪機、內燃機等熱能轉換為機械能蒸汽輪機壓縮室燃燒室渦輪機燃氣汽輪機應用廣泛內燃機電能能夠方便地以高轉換效率轉換成其他形式的能量，因此電能是非常有用的一種能量形式。電能可以通過多種途徑生產，最主要的途徑是通過發電機將機械能直接轉換成電能。將機械能轉換成電能的發電機都是同步發電機。可以輸出交流電或直流電。根據動力機械的特點，同步發電機有立式和臥式兩種。由汽輪機和內燃機驅動的發電機多為臥式。另外，可在燃料電池和蓄電池中由化學能直接轉換成電能；在太陽能電池中由輻射能直接轉換成電能。磁流體發電、熱電偶溫差發電可將熱能直接轉變成電能。機械能轉換為電能發電機發電廠是實現電能轉換的場所，將其他型式的一次能源轉換為電能。傳統發電廠按其所用一次能源的不同，可分為水力發電廠、火力發電廠和核能發電廠。隨著新能源技術的不斷發展，風能發電廠、生物質能發電廠、太陽能發電廠、海洋能發電廠等多種發電形式和技術。發電廠水電站是將水能轉變成電能的工廠，其能量轉換的基本過程是：水能→機械能→電能。按利用能源的種類，水電站可分為：（1）將河川中水能轉換成電能的常規水電站，也是通常所說的水電站，按集中落差的方法它又有三種基本形式，即堤壩式、引水式和混合式；（2）調節電力系統峰穀負荷的抽水蓄能式水電站；（3）利用海洋能中的水流的機械能進行發電的水電站，即潮汐電站、波浪能電站、海流能電站。59水力發電廠火力發電廠簡稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣或其他燃料的化學能生產電能的工廠。我國電源構成是以火電為主，至2004年底，全國總裝機容量為44070萬kW，火電裝機容量為32490萬kW,占我國發電裝機總容量的73.7%。火電廠按使用燃料的不同可分為燃煤、燃油和燃氣等幾類電廠。我國的煤炭資源比較豐富，燃煤火電廠是我國目前電能生產的主要方式。61火力發電廠核電廠是利用核裂變能轉化為熱能，再按火電廠的發電方式，將熱能轉換為電能，它的原子核反應堆相當於鍋爐。核反應爐中，除裝有核燃料外，還以重水或高壓水作為慢化劑和冷卻劑，所以，反應堆又可分為重水堆、壓水堆等。核反應爐內，鈾-235在中子撞擊下，使原子核發生裂變，產生的巨大能量主要以熱能形式被高壓水帶至蒸汽發生器，在此產生蒸汽，送至汽輪發電機組。

1kg鈾-235所發出的電力約等於2700t標準煤所發出的電力。63核能發電廠

風能就是指流動的空氣所具有的能量，是由太陽能轉化而來的。風能是一種乾淨的自然能源、可再生能源，同時風能的儲量十分豐富。據估算，全球大氣中總的風能量約為1017kW，其中可被開發利用的風能約為2×1010kW，比世界上可利用的水能大10倍。因此，風能的開發利用具有非常廣闊的前景。65風力發電廠將吸收的太陽輻射熱能轉換成電能的發電技術稱太陽能熱發電技術，它包括兩大類型：一是利用太陽熱能直接發電（光伏發電技術）；二是太陽熱能間接發電，就是利用光—熱—電轉換，即通常所說的太陽能熱發電。67太陽能發電廠生物質能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而儲存在生物質內部的能量。生物質能是由太陽能轉化而來，是可再生能源。生物質能發電廠的種類較多，規模大小受生物質能資源的制約，主要有：垃圾焚燒發電廠、沼氣發電廠、木煤氣發電廠、薪柴發電廠、蔗渣發電廠等。69生物質能發電廠地球本身就是一個巨大的熱庫，其內部蘊藏的熱能即“地熱能”，是取之不盡的可再生能源。在未來一段時期內能夠經濟、合理地利用的地熱能稱為地熱資源，目前人類只是開發利用了其中的極少一部分。地熱資源可分為五種類型：（1）蒸汽型地熱資源。（2）熱水型地熱資源。（3）地壓型地熱資源。（4）幹熱岩型地熱資源。（5）岩漿型地熱資源。71地熱發電廠我國的一次能源結構決定了我國發電必然以煤電為主的基本格局，這是長期難以改變的。由於火電給環境帶來很大壓力，必須加大水電開發力度，使火電、水電、核電都得到不同程度的發展，並通過開發新能源和可再生能源，在滿足電力需求和經濟發展的同時，盡可能減少石油、煤炭等不可再生能源的使用。73（1）尹忠東、朱永強主編，《可再生能源發電技術》，中國水利水電出版社，2010（2）邢運民、陶永紅主編，《現代能源與發電技術》，西安電子科技大學出版社，2007（3）王長貴、崔容強等主編，《新能源發電技術》，中國電力出版社，2003（4）中國可再生能源網：（5）中國新能源與可再生能源網（6）百度、google、維基百科（wikipedia）主要參考資料

課堂考勤10%

課程展示或論文20%

考試70%7課程考核方法

課件下載地址：kzsny@，密碼123456注意不要更改密碼，論文發到我郵箱lukeping@8思考題1、能源是什麼？常規能源有哪些？試說明其應如何利用？2、新能源和可再生能源有哪些？試說明應如何利用?3、我國能源結構是怎樣的？存在哪些問題？如何實現能源的可持續發展?4、電能有哪些優點？傳統發電廠可以分為哪幾類?

水力發電

水能利用歷史悠久，運用廣泛（動力）地球上有14億km3水，97.4%為鹽水（海洋），2.6%為淡水其中淡水中有3/4以冰的形式存在，餘下的大部分為地下水和土壤水。僅有0.02%存在河流和湖泊中。1水能資源太陽輻射能的22%為水迴圈提供動力80%降雨回到海洋，20%到陸地水從陸地上流回海洋具有能量（機械能）水迴圈世界1/6的水資源在中國，其理論蘊藏量為6.94億kW其中技術可開發裝機容量5.42億kW，經濟可開發裝機容量4.02億kW,占全世界可開發水能資源總量的17.8%，居世界第一位2004年底發電總裝機容量突破4億kW。2004年9月26日，水電開發總裝機容量已突破1億kW，躍居世界第一。2009年水電總裝機達1.9億kW，2010年電力總裝機9億kW。2012年水電總裝機2.49億kW，電力總裝機11.4億kW。水電比重維持在22%左右而以技術可開發水電裝機容量5.42億kW為基數，中國目前水電資源開發程度不足50%（42.4%）中國水能資源資源總量豐富，但人均資源量較低；大電站裝機容量比重大，中小電站數量多，分佈廣泛以電量計，人均資源量只有世界平均值的70%左右水電資源分佈不均，與經濟發展不匹配，需要西電東送

水電資源量的78%集中在經濟發展相對滯後的西部地區，而經濟發達、人口集中的東部沿海11省市，僅占6%，用電量卻占全國的51%江河來水量年內年際變化大，水電開發利用的難度較大，需要建設水庫進行調節年徑流最大與最小量的比值，長江、珠江、松花江為2～3倍，淮河達15倍，海河更達20倍之多集中在大江大河，便於戰略性集中開發，但開發利用不足截至2012年底，全國水電開發量占可開發量的45.9%，低於國際上發達國家平均60~80%以上的開發程度我國水資源4大特點

水系名稱水能蘊藏量（億千瓦）比例全國6.94100%長江2.7840%黃河0.436%珠江0.325%雅魯藏布江及西藏其他河流1.6024%我國水能資源分佈地區水能蘊藏量（億千瓦）可開發容量（億千瓦）比例華北0.120.0691.2%東北0.120.1202.0%華東0.300.1793.6%中南0.640.67415.5%西南4.732.32367.8%西北0.840.4199.9%全國6.763.79100%水電是清潔、廉價、可再生的綠色能源，當前唯一具備大規模開發條件的可再生能源。對水資源豐富的國家，開發水電是首選，發達國家的水電開發程度都很高24個國家依靠水電提供90%以上的電力，如巴西、挪威55個國家依靠水電提供50%以上的電力，如加拿大、瑞士、瑞典62個國家依靠水電提供40%以上的電力，如南美大部分國家發達國家的經濟可開發水電資源已經基本開發完畢，平均開發程度在60%以上，如美國82%，日本84%，法國100%，義大利95%，加拿大65%目前的重點是更新改造，加大洩洪保安全、運行調度，生態保護和修復世界水電開發情況水電大國水電消費變化截斷巫山雲雨，高峽出平湖☆三峽水利樞紐☆

三峽水利樞紐的位置：三峽水利樞紐是建立在三峽地區（西陵峽中部）的綜合利用水利樞紐。壩址距離宜昌市區40km，距離葛洲壩水利樞紐38km。☆三峽水利樞紐☆☆三峽水利樞紐☆1、工程規模大:三大主體建築物（攔河壩、水力發電廠、航運建築物）都有世界規模。被公認為世界超級工程。2、效益顯著：

三峽工程具有綜合效益（防洪、發電、航運、南水北調等）；效益顯著，是治理長江和開發長江的主體工程。3、技術複雜：如長江截流、高邊坡穩定、砼溫度控制、高強度砼生產、大型水輪發電機組的製造安裝等都是世界水準。☆三峽水利樞紐☆主要任務

長江防洪☆三峽水利樞紐☆

大壩泄洪☆三峽水利樞紐☆世界規模的船閘☆三峽水利樞紐☆最大效益水力發電三峽水電站大壩頂部高程185m，蓄水高程175m，水庫長600餘km，總投資954.6億元，裝機32臺單機容量70萬kW機組（其中左岸14臺，右岸12臺，右岸地下6臺），另有廠備小水電站2臺單機容量5萬kW機組。總裝機容量2250萬kW，年發電量980億kWh。

三峽電廠內部☆三峽水利樞紐☆---長江流域規劃及三峽工程經濟效益三峽左岸電廠內部

三峽電廠夜景☆三峽水利樞紐☆---長江流域規劃及三峽工程經濟效益

三峽電廠中央控制室☆三峽水利樞紐☆----存在的問題

1、水庫搬遷問題，工程成敗的關鍵，提出開發性移民新思路“建設一座電站，帶動一方經濟，改善一片環境，造福一批移民”2、生態環境問題，稀有動植物保護，清潔水源的保護3、對自然景觀和人文景觀的影響4、泥沙問題，蓄清排渾5、人防問題6、誘發地震問題7、水庫岸坡穩定問題☆三峽水利樞紐☆----存在的問題

光葉水青罔黃桷樹及其樹種化石稀有植物保護☆三峽水利樞紐☆----存在的問題庫區清理漂浮物☆三峽水利樞紐☆----存在的問題

文物保護挖掘☆三峽水利樞紐☆----存在的問題

新灘滑坡水頭H:上下游水位差流量Q:水輪機引用流量出力N=9.81QHη(kW),η是水輪機的效率2水力發電基本原理兩個基本要素水電站建築物：Q,H水輪機：N=9.81QHη，水能->旋轉機械能發電機:旋轉機械能->電能1－水庫；2－進水建築物；3－引水隧洞；4－調壓室；5－壓力鋼管；6－發電機；7－水輪機；8－主閥；9－尾水渠水輪發電機組水電站系統系統圖水力發電的生產過程☆水力發電的優點☆Hydropowerisfuelledbywater,soitisacleanandrenewablefuelsource.Hydropowerisgenerallyavailableasneeded;theflowofwaterthroughtheturbinescanbecontrolledtoproduceelectricityondemand,bestforthepeakdemand.Hydroelectricprojectshavealongusefullifeextendingover50years.Andthecostofgeneration,operationandmaintenanceoverlifetimeislow,andefficiencyishigh.Storagebasedhydroschemesoftenprovideattendantbenefitsofirrigation,floodcontrol,drinkingwatersupply,navigation,recreation,tourism,piscicultureetc.Thelocationinremoteregionsleadstothedevelopmentofbackwardareainland.按集中落差形成水頭的措施分為壩式水電站：用壩集中落差河床式：廠房也起擋水作用引水式水電站：用引水道集中水頭混合式水電站：同時採用築壩和有壓引水道共同集中落差另外特殊水電站抽水蓄能電站：大規模儲蓄能量，抽水-發電潮汐電站：利用潮汐能發電3水電站基本類型水電站的基本類型-壩式壩後式水電站廠壩分縫,廠房不起擋水作用壩後式水電站1－水輪機；2－導流牆；3－主閥；4－廠房；5－閘門；6－攔河壩；7－溢流壩；8－攔汙柵；9－壓力管道重力壩三峽水電站剖面圖總裝機2250萬kW潘家口水電廠，1臺15萬kW常規機組，3臺9萬kW抽水蓄能機組。位於河北省遷西縣灤河幹流伊泰普水電站是目前世界第二大水電站，由巴西與巴拉圭共建，發電機組和發電量由兩國均分。裝有20臺70萬kW的水輪機發電機組，總裝機1400萬kW。伊泰普水電站位於巴西與巴拉圭之間的界河——巴拉那河（世界第五大河，年徑流量7250億立方米）上，伊瓜蘇市北12公里處。水電站的基本類型-河床式河床式水電站1－橋式吊車；2－主廠房；3－發電機；4－水輪機；5－蝸殼；6－尾水管；7－水電站廠房；8－尾水導牆；9－閘門；10－工作橋；11－溢流壩；12－攔河壩；13－閘墩河床式水電站廠房是擋水建築物一部分河床式水電站壩後式水電站葛洲壩水電站最大水頭27m，最小水頭8.3m，設計水頭18.6m,2×17萬kW和19×12.5萬kW,共裝機21臺，總271.5萬千瓦，年平均發電量為141億度位於湖北宜昌市浙江桐廬富春江水電站，裝有4臺6萬kW和1臺5.72萬kW的水輪發電機，總裝機29.72萬kW。上游是新安江水電站廣西橫縣郁江上的西津水電站，總裝機23.44萬kW，其中2臺單機容量為6萬kW，2臺單機容量為5.72kW。電站保證出力4.65萬kW，多年平均發電量為109.91kWh，兼有灌溉和航運功能。湖北宜都清江高壩洲水電站，裝有3臺8.4萬kW的軸流式機組，總裝機25.2萬kW，年發電量8.98億kWh。水電站的基本類型-引水式無壓引水式水電站1－攔河壩；2－溢流壩；3－進水閘；4－引水渠道；5－壓力前池；6－日調節池；7－壓力鋼管；8－廠房；9－泄水道；10－開關站；11－尾水渠無壓引水式水電站無壓引水式水電站有壓引水式水電站水電站的基本類型-引水式有壓引水道式西南地區大型水電站大多是引水式水電站水電站的基本類型-混合式同時採用築壩和有壓引水道共同集中落差的開發方式稱為混合式開發。壩集中一部分落差後，再通過有壓引水道集中壩後河段上另一部分落差，形成了電站的總水頭混合式水電站和引水式水電站之間沒有明確的分界線，在工程實際中常將具有一定長度引水建築物的混合式水電站統稱為引水式水電站，而較少採用混合式水電站這個名稱混合式水電站示意圖1－水庫；2－引水隧洞；3－壓力管道；4－廠房拱壩土石壩水電站的基本類型-抽水蓄能電站以一定水量作為能量載體，通過能量轉換向電力系統提供電能的一種特殊形式的水力發電站。抽水蓄能電站兼備抽水和發電兩類設施。電力系統負荷低谷或豐水期，吸收低谷電能，將電能以位能型式儲存起來；電力系統負荷高峰或枯水期，將位能轉化為電能，向系統提供峰荷電能。作用：保證系統穩定安全；調峰、調頻、事故備用等；特點：水頭高、容量大、多為地下式、雙向水流；在負荷中心附近。抽水蓄能電站示意圖廣州抽水蓄能電站8×30萬KW廣州抽水蓄能電站8×30萬KW天荒坪抽水蓄能電站6×30萬KW羊卓雍湖抽水蓄能電站4×2.25萬KW,840m水頭水電站的基本類型-潮汐電站利用潮汐能發電多修建於海灣其工作原理是修建海堤，將海灣與海洋隔開，並設泄水閘和電站廠房，然後利用潮汐漲落時海水位的升降，使海水流經水輪機，通過水輪機的轉動帶動發電機組發電。漲潮時外海水位高於內庫水位，形成水頭，這時引海水入灣發電；退潮時外海水位下降，低於內庫水位，可放庫中的水入海發電。海潮每晝夜漲落兩次，因此海灣每晝夜充水和放水也是兩次。潮汐水電站可利用的水頭為潮差的一部分，水頭較小，但引用的海水流量可以很大，是一種低水頭大流量的水電站潮汐水電站佈置示意圖1－擋水壩；2－電站廠房法國朗斯電站波浪能發電洋流發電擋水建築物用以攔截河流，集中落差，形成水庫的攔河壩、閘或河床式水電站的廠房等水工建築物。如混凝土重力壩、拱壩、土石壩、堆石壩及攔河閘等。泄水建築物用以宣洩洪水，供下游用水，放空水庫的建築物。如開敞式河岸溢洪道、溢流壩、洩洪洞及放水底孔等。4水電站的組成建築物進水建築物用以從河道或水庫按發電要求引進發電流量的引水道首部建築物。如有壓、無壓進水口等。引水建築物用以集中水頭，輸送流量到水輪發電機組或將發電後的水排往下游河道的建築物。如管道、隧洞、壓力管道、尾水渠等。平水建築物用以平穩由於水電站負荷變化在引水或尾水系統中引起的流量及壓力的變化，保證水電站調節穩定的建築物。如有壓引水式水電站的調壓塔或調壓井，無壓引水式水電站管道末端的壓力前池。廠區樞紐建築物水電站廠區樞紐建築物主要是指水電站的主廠房、副廠房、變壓器場、高壓開關站、交通道路及尾水渠等建築物。這些建築物一般集中佈置在同一局部區域內形成廠區。廠區是發電、變電、配電的中心，是電能生產的中樞進水建築物攔汙柵兩道閘門通氣孔及充水閥引水建築物壓力管道廠區樞紐建築物主廠房副廠房主變室開關室(站)進水建築物攔汙柵閘門兩道通氣孔及充水閥引水建築物壓力引水道引水建築物高壓管道引水建築物尾水道廠區樞紐建築物主廠房副廠房主變室開關室(站)平水建築物調壓室進水口隧洞調壓室地面式廠房壩後式廠房壩內式廠房河床式廠房岸邊式廠房引水式廠房地下式廠房引水地下式壩旁地下式廠區樞紐5水電站廠房的分類和組成水電站廠房的5大系統（1）水流設備系統是指將水能轉變為機械能的水輪機及其進出水設備系統，包括壓力管道、主閥（如蝴蝶閥）、水輪機引水室（如蝸殼）、水輪機、尾水管及尾水閘門等。（2）電流設備系統是指水電站進行發電、變電、配電的電氣一次回路系統，包括發電機及其主引出線、發電機母線、發電機中性點引出線、發電機電壓配電裝置（戶內開關室）、主變壓器、高壓配電裝置（戶外開關站）及各種電纜等。（3）電氣控制設備系統是指操作、控制水電站運行的電氣二次回路設備系統，包括機旁盤、勵磁設備、中央控制室的各種電氣設備，各種控制、監測及操作設備等。這些控制及操作設備如各種互感器、表計、繼電器、控制電纜、自動及遠動裝置、通訊及調度設備等直流系統。（4）機械控制設備系統是指操作、控制廠房內水力機械的一系列設備系統，包括水輪機的調速設備（如接力器及操作櫃）、事故閥門的控制設備，以及主閥、減壓閥、進水口攔汙柵和各種閘門的操作控制設備等。（5）輔助設備系統是指水電站安裝、檢修、維護、運行所必需的各種電氣及機械輔助設備系統。包括廠用電系統（廠用變壓器、廠用配電裝置、直流電系統等）；油系統（透平油和絕緣油的存放、處理及流通設備等）；氣系統（高壓和低壓空氣壓縮機、貯氣筒、輸氣管及閥門等）；水系統（技術供水、生活供水、消防供水等供水系統以及滲漏和檢修排水等排水系統等）；起重設備（廠房內外的橋式及門式起重機、各種閘門的啟閉機等）水電站的主廠房安裝場安裝、檢修機組段水輪發電機組上游副廠房主變室,GIS室副廠房主廠房6水輪發電機組-水電站心臟發電機水輪機蝸殼:引水導葉:調節流量轉輪:能量轉換尾水管:泄水

水輪機按工作原理可分為反擊式水輪機和衝擊式水輪機兩大類。

衝擊式水輪機的轉輪受到水流的衝擊而旋轉，工作過程中水流的壓力不變，主要是動能的轉換；

反擊式水輪機的轉輪在水中受到水流的反作用力而旋轉，工作過程中水流的壓力能和動能均有改變，但主要是壓力能的轉換。水輪機的分類衝擊式示意圖反擊式示意圖根據水流特徵、轉輪結構特徵和工作方式分類反擊式混流式軸流式斜流式貫流式軸流定槳式軸流轉槳式衝擊式水鬥式（切擊式）斜擊式雙擊式可逆式混流式軸流式斜流式貫流式水輪機的分類高水頭混流式水輪機轉輪低水頭混流式水輪機轉輪混流式水輪機低水頭軸流式水輪機轉輪高水頭軸流式水輪機轉輪軸流式水輪機衝擊式實物圖1貫流式水輪機衝擊式水輪機斜流式式水輪機水輪發電機組總體結構圖同步發電機交流電的產生交流電源頻率的測量

水輪發電機的轉速將決定發出的交流電的頻率，為保證這個頻率的穩定，就必須穩定轉子的轉速。為了穩定轉速，可採用閉環控制的方式對原動機（水輪機）轉速進行控制，即將發出的交流電的頻率信號採樣，並將其回饋到控制水輪機導葉開合角度的控制系統中，去控制水輪機的輸出功率，通過回饋控制原理，就可以讓發電機的轉速穩定了。

同步發電機機組發電機轉子吊裝7思考題1、簡述水力發電基本原理2、水電站的組成建築物3、水電站廠房的基本類型4、水輪機基本類型

風力發電

歷史悠久，磨坊或提水太陽輻射到地球的熱能中約有2％被轉變成風能全球風能蘊藏量約2.74×109MW，其中可利用的風能為2×107MW，比水能大10倍。1風能的利用利用風能的歷史我國是世界上最早利用風能的國家之一，西元前數世紀我國人民就利用風力碾米，提水，磨面，用風帆推動船舶前進。在國外，西元前2世紀，古波斯人就利用垂直軸風車碾米；10世紀伊斯蘭人用風車提水，11世紀風車在中東獲得廣泛應用；13世紀風車傳至歐洲；14世紀成為歐洲不可缺少的原動機；到了18世紀，在北美洲風力機被用於灌溉和驅動發電機發電。從1920年起，人們開始利用風力機大規模發電。什麼是風能？風能就是空氣流動產生的動能。風能的大小取決於風速和空氣的密度。風能是由太陽輻射轉化而來的，風能大約占太陽提供總能量的1%-2%。還有一部分被地球上的植物轉化為生物能。被轉化的風能總量是生物能的50-100倍太陽能輻射是動力，赤道吸熱，兩級放熱，產生不均勻壓力驅動熱能交換，風迴圈地球自轉影響、地形和建築物的影響改變方向風的形成地球大氣環流陸海風形成山谷風形成風向指風吹來的方向，如果風是從西面吹來的，則稱為西風。觀測陸地上的風向，一般分16個方位（海上的風向常採用32個方位），以正北為零，順時針每轉過22.5度為一個方位。

某風向頻率=某風向出現的次數/風向的總觀測次數×100%在一定的時間範圍內，某風向出現的次數占各風向出現總次數的百分比，稱作此風向的風向頻率，即風速風在單位時間內所流過的距離稱為風速。①暫態風速與平均風速②起動風速、切除風速、有效風速起動風速是指能夠使風力機開始轉動工作的風速。切除風速也稱上限風速，大於這個風速時，會導致風力機損壞。國內風力機常以3m/s為起動風速，20m/s為切除風速，把3-20m/s的風速稱為有效風速，據此值算出的風能為有效風能。③風速頻率與風速變幅在一定時間內，相同風速出現的時數占測量總時數的百分比，稱作該風速頻率，即某風速頻率=某風速出現的時數/觀測風速總時數×100%風力等級表

注：本表所列風速是指平地上離地10米處的風速值風能空氣流動形成的動能稱為風能。風能是太陽能的一種轉換形式。風具有的動能計算公式如下：已知空氣密度、斷面積、風速及持續時間，流過的風所具有的動能為：風能功率和風能密度在1s內通過面積為A的空氣所具有的動能，稱為風所具有的功率，以P表示風能功率，則：含義：①風能與空氣的密度成正比；②風能與通過的面積成正比；③風能與風速的立方成正比。在1s內通過1m2面積的風所具有的動能，稱為風能密度，以E0表示，則有效風能對於風力機的有效風速為3~20m/s，一年內通過1m2面積的有效風能W1（Wh/m2）為：則有效風能密度E（W/m2）為：風能玫瑰圖

它是將各方位風向頻率與相應風向的平均風速立方數的乘積，按一定比例尺作出線段，分別繪製在16個方位上，再將線段端點連接起來，根據風能玫瑰圖可以看出哪個方向的風具有能量的優勢。風頻分佈測風儀和風向標全球風電發展勢頭良好，截止到2011年底，全球風電總裝機為2.38億kW，其中拉丁美洲、亞洲、非洲發展迅速，如中國、印度、巴西、墨西哥、南非等；歐洲發展相對平穩，亮點在海上風電，2011年新增100萬kW海上風電，90%在歐洲，10%在亞洲，歐洲海上風電總裝機381萬kW，主要位於北海、波羅的海、英吉利海峽（英國、德國、丹麥、葡萄牙、羅馬尼亞、波蘭、土耳其）2風能發電利用現狀數據來源：GWEC，GlobleWindReport2011中國風電裝機容量世界第一，截止到2013年6月，中國風電總裝機容量達到67.49GW，占世界的1/4。2012年並網容量是60.83GW，其中內蒙最大，其次是河北、甘肅、遼寧等。2009年以前，風電規模小，主要是提升風電技術水準和裝備製造能力；2009年開始，風電裝備製造能力領先世界，具備開發千萬kW級大型風電場的能力。中國風電市場現狀（1）經過5-6年的高速發展之後，風電企業發展速度下降，效益下滑；（2）並網難和消納難的問題日益突出；（3）風電裝備的品質問題凸顯。必須過渡到穩步發展時期，從重規模轉變到重效益，從重速度轉變到重品質，從重裝機轉變到重電量。（華銳風電、金屬科技、東方電氣、國電聯動）2012年中國風電累計裝機排名前20的機組製造商阻力和升力風就是流動的空氣，一塊薄平板放在流動的空氣中會受到氣流對它的作用力，這個力可分解為阻力與升力。圖F是平板受到的作用力，FD為阻力，FL為升力。阻力與氣流方向平行，升力與氣流方向垂直3風力機工作原理按照風能利用的方法可將風力機分為阻力型風力機和升力型風力機。阻力型風力機靠迎風橫放的流面上的風阻力作為驅動，最佳功率係數只有0.16，如荷蘭的風車，轉速一般很小（線速度小於風速）。按照風能利用的方法可將風力機分為阻力型風力機和升力型風力機。升力型風力機主要靠空氣通過風機的葉片後產生的升力拖動風力機的轉動，理論最佳功率係數為0.593，葉片為翼形（線速度大於風速）。翼型及其受力在與飛行器設計有關的空氣動力學中，升力是促使飛行器飛離地面的力，因而被稱為升力（由伯努利效應產生）。當攻角為0º時，升力最小。當氣流方向與物體表面垂直時，物體受到的阻力最大。風力機工作原理風能利用係數風力機能夠從風中吸取的能量，與風輪掃過面積內的全部風能(未受風輪干擾時)之比，稱為風能利用係數。根據Betz理論，風能利用係數有理論最大值為0.593。風能利用係數主要取決於風輪葉片的設計（如攻角、槳距、翼型）以及製造水準，還和轉速有關。高性能的螺旋槳式風力機，Cp值一般在0.45左右。葉尖速比葉片尖端旋轉速率與上游未受干擾的風速之比，稱葉尖速比，常用字母λ來表示。風能利用係數Cp與葉尖速比有關。當

取特定值時Cp值最大，稱之為最佳葉尖速比。定槳距風力機功率調節風輪葉片的槳距角固定不變，利用葉片的失速特性調節風力機的輸出功率。在額定風速以下，吸收的能量隨流速上升而增加；當超過額定風速後，葉片翼型功角發生變化，葉片後側的氣流分離產生湍流，葉片效率急劇下降，輸出功率不隨風速上升而增加。定槳距風力機的風功率捕獲控制完全依靠葉片的氣動性能，優點是結構簡單、造價低、同時具有較好的安全係數。缺點是難以對風功率的捕獲進行精確的控制。變槳距風力機功率調節通過調節槳距角改變葉片攻角，以改變葉片的風能捕獲能力。低於額定風速時，保持槳距角恒定，通過調速控制使風力機運行於最佳葉尖速，維持風力機組在最佳效率下運行。高於額定風速時，調節風力機槳距角，使風輪葉片的失速效應加深，從而限制風能的捕獲。變槳距功率調節可在高於額定風速時保持穩定的功率輸出，並且機組結構受力相對較小。缺點是控制系統複雜，價格較高，容易損壞。吸收風能，承受推力單位面積風中的能量，與風速的3次方成正比風機吸收的能量（功率）風力機工作原理風力機尾流4世界風力資源評估實際上陸地面積中風力大於5m/s的地區，其中僅4％有可能安裝風力發電機組。我國風力資源豐富：陸上加海上總量約有7億至12億千瓦。主要分佈：沿海及其島嶼地區風能豐富帶：山東，江蘇，浙江，福建等；北部地區風能帶：東三省，河北，寧夏，內蒙，甘肅。我國風能特點：1.風能資源季節分佈與水能資源的季節分佈互補；2.風力資源地理分佈與電力負荷地理分佈不匹配。我國風力資源2024-1-17202中國有效風功率密度分佈圖.jpg風能不存在環境污染的問題平均每安裝一臺1MW的風力機每年可以減排2000t二氧化碳，10t二氧化硫和6t二氧化氮風電技術日趨成熟，經濟性日益提高，成本逐漸降低風電場建設工期短，建設靈活，可以建立在交通不便的邊遠地區和沿海島嶼風能是一種綠色能源風力發電特點及優勢一種安全可靠的發電方式，隨著大型機組的技術成熟和產品商品化的進程，風力發電成本降低風力發電不消耗資源、不污染環境，具有廣闊的發展前景建設週期一般很短，一颱風機的運輸安裝時間不超過三個月，萬千瓦級風電場建設期不到一年，而且即時投產裝機規模靈活，可根據資金多少來確定運行簡單，可完全做到無人值守實際占地少，機組與監控、變電等建築僅占風電場約1％的土地，其餘場地仍可供農、牧、漁使用對土地要求低，在山丘、海邊、河堤、荒漠等地形條件下均可建設在發電方式上還有多樣化的特點，既可聯網運行，也可和柴油發電機等級成互補系統或獨立運行風力發電機組包括兩大部分：

一部分是風力機，由它將風能轉換為機械能；

另一部分是發電機，由它將機械能轉換為電能。5風力發電設備風力發電機按結構形式及空間佈置，可分為水準軸式或垂直軸式風力發電設備特點：風力機的風輪軸與地面呈水準狀態，稱水準軸風力機。組成：它一般內風輪增速器、調速器、調向裝置、發電機和塔架等部件組成，大中型風力機還有自動控制系統。應用：功率從幾十千瓦到數兆瓦，是日前最具有實際開發價值的風力機。類型：有傳統風車、低速風力機及高速風力機等3大類型。可參見水準軸風力機水準軸風力機葉輪型式垂直軸風力機特點：凡風輪轉軸與地面呈垂直狀態的風力機叫垂直抽風力機形式有：如s型、H型、Ф型等。應用：目前垂直軸風力機尚未大量商品化，但是它有許多特點，如不需大型塔架、發電機可安裝在地面上、維修方便及葉片製造簡便等，研究日趨增多，各種形式不斷出現。各種形式的垂直軸風力機。目前最新研究成果顯示其綜合效率可能高於水準軸，從而重新得到關注。垂直軸風力機葉輪型式垂直軸風力機葉輪型式(一)風力發電機組的系統組成風力發電系統是將風能轉換為電能的機械、電氣及控制設備的組合通常包括風輪、發電機、變速器(小、微容量及特殊類型的也有不包括變速器的)及有關控制器和儲能裝置。風力發電系統及裝置（二）調向機構作用：用來調整風力機的風輪葉片旋轉平面與空氣流動方向相對位置的機構。因為當風輪葉片旋轉平面與氣流方向垂直時，也即是迎著風向時，風力機從流動的空氣中獲取的能量最大，因而風力機的輸出功率最大，所以調向機構又稱為迎風機構(國外通稱偏航系統)。類型：小型水準軸風力機常用的調向機構有尾舵和尾車；風電場中並網運行的中大型風力機則採用由伺服電動機。（三）發電機微型及容量在10kW以下的小型風力發電機組，採用永磁式或自勵式交流發電機，經整流後向負載供電及向蓄電池充電容量在l00kW以上的並網運行的風力發電機組，則應用同步發電機或非同步發電機恒速恒頻的鼠籠式感應發電機、變速恒頻的雙饋感應式發電機、變速變頻的直驅式永磁同步發電機（四）升速齒輪箱作用：是將風力機軸上的低速旋轉輸入轉變為高速旋轉輸出，以便與發電機運轉所需要的轉速相匹配(五)塔架水準抽風力發電機組需要通過塔架將其置於空中，以捕捉更多的風能。類型：即由鋼板製成的錐形筒狀塔架和由角鋼製成的桁架式塔架(六)控制系統組成：100kW以上的中型風力發電機組及1MW以上的大型風力發電機組皆配有由微機或可編程控制器(PLC)組成的控制系統來實現控制、自檢和顯示功能控制系統主要功能：①按預先設定的風速值(一般為3—4m／s)自動啟動風力發電機組，並通過軟啟動裝置將非同步發電機併入電網②借助各種感測器自動檢測風力發電機組的運行參數及狀態，包括風速、風向、風力機風輪轉速、發電機轉速、發電機溫升、發電機輸出功率、功率因數、電壓、電流等以從齒輪箱軸承的油溫、液壓系統的油壓等③當風速大幹最大運行速度(一般設定為25m/s)時實現自動停機④故障保護⑤通過數據機與電話線連接水準軸中大風力發電機組基本結構獨立運行獨立運行小風力發電機組的系統組成風力發電機、整流器、調節器、蓄電池、熱電阻、用戶獨立運行的風力發電機組，又稱離網型風力發電機組，是把風力發電機組輸出的電能經蓄電池蓄能，再供應用戶使用，如需要交流電，則要加逆變器儲能系統：蓄電池儲能、抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、電解水制氫儲能等柴油發電聯合運行、大陽能光伏發電聯合運行（1）切換運行，即有風時由風力發電機組供電，有太陽光時由太陽能電池方陣供電，系統效率較低（2）同時運行，風力發電機組與太陽能電池方陣同時向蓄電池組充電，系統效率高作用：採用風力發電機與電網連接，由電網輸送電能的方式應用：10kW以上直至MW級的風力發電機組皆可採用這種方式並網運行又可分為兩種不同的方式：①恒速桓頻方式，即風力發電機組的轉速不隨風速的波動而變化，始終維持恒轉速運轉，從而輸出恒定額定頻率的交流電。這種方式目前已普遍採用，具有簡單可靠的優點，但是對風能的利用不充分。②變速恒頻方式，即風力發電機組的轉速隨風速的波動作變速運行，但仍輸出恒定頻率的交流電。這種方式可提高風能的利用率，但將導致必須增加實現恒頻輸出的電力電子設備，同時還應解決由於變速運行而在風力發電機組文撐結構上出現共振現象等問題。並網運行截止2012年，世界上最大的風力機直徑達到150m，容量為6MW，由德國西門子公司開發，在丹麥生產，安裝在英國海岸。英國Arup公司也設計了一種建於海面上的新型發電機，容量10MW。設計中的風力機扇葉長達275m德國西門子公司開發，容量為6MW，直徑150m，纖維玻璃鋼葉片25t一片。風電系統圖6風電場風力發電場是日前世界上風力發電並網運行方式的基本形式。在風能資源良好的地區，將幾十臺、幾百臺或幾千臺單機容量從數十kw、數百kw直至MW級以上的風力發電機組按一定的陣列佈局方式成群安裝而組成的風力發電機群體．稱為風力發電場，簡稱風電場。風力發電場屬於大規模利用風能的方式，其發出的電能全部經變電設備送往大電網。風力發電場的選址1、考慮因素：風電場場址選擇的最主要的因素是風能資源、環境影響、道路交通及電網條件等許多出素。2、主要依據：風力資源風塔建設條件氣象數據地形地貌對居民影響風力發電場的風力發電機組排布作用：合理地選擇機組的排列方式，以減少機組之間的相互影響，風電場內風力發電機組的排列應以風電場內可獲得最大的發電量來考慮。影響因素：主要受風能分佈、風場地形和土地徵用的影響。機組排列的最主要原則：是充分利用風能資源，最大程度利用風能。風力發電場的經濟效益評估風電場容量係數即發電成本，是衡量風力發電場經濟效益的重要指標。風電場內風力發電機組容量係數的計算方法為：風能資源特性(主要是風速頻率分佈)、風力發電機組設備的投資費用、風電場建設工程費用、風電場運行維護費用、建場投資回收方式及期限(指投資貸款利率、設備規定使用壽命及所要求的固定回收率等)某些部件進口關稅、設備增值稅和設備保險所付出的費用等。風電場每kWh電能的發電成本的影響因素風力發電場的安裝和調試風電機組運行安裝方式靈活，既可以單機運行，也可以組成風力發電場機群運行，採用何種運行方式主要決定於風場的建設條件；機組安裝簡單，單機安裝調試僅需5～7天的時間。主要工作包括：機組基礎建設（基礎鋼筋敷設、敷設接地網、混凝土澆築和混凝土搗震）主要部件吊裝內部線路連接機組系統調試我國風電造價從統計數據看，全國風電上網電價比常規水電和火電廠高出許多，新疆常規火電上網平均電價在0.25元/千瓦時左右，而風電則平均達到0.6元/千瓦時以上。而風電利用小時數約在2000至3000小時左右，僅為火電的一半。雖然風電單位千瓦平均造價已從10000元降到8000元左右，但仍遠高於火電的4000元/千瓦造價。建設一座裝機10萬千瓦的風電場，約需8億元以上，而建設同樣規模的火電廠約為4至5億元。中國已建和在建風電分佈圖新能源發電技術----宋長華234風電場3激勵風電發展的政策2009年8月1日起按照風能資源分地區制定了風電的上網標杆電價，對於經營期（至少20年）是固定的，比特許權專案中標電價有較大提高，相同價格數字也比按專案審批的電價有所提高，投資者可以自己判斷風電專案的效益。風電上網標杆電價按地級市行政邊界分地區定為0.51、0.54、0.58和0.61元/kWh。為了補償風電與火電之間的差價等用途，繼2006年在用戶消費電價中徵收每千瓦時1厘錢的可再生能源附加以後，2008年又加征了每千瓦時1厘錢。2009年11月20日將可再生能源電價附加標準提高到每千瓦時4厘錢。千萬千瓦風電基地規劃建設千萬千瓦級風電基地思路的提出和實施，落實了“建設大基地，融入大電網”的發展方針，保證“3%電量目標”的實現。在中國北部區域，風能資源非常豐富，土地遼闊，但是電力負荷小，電網薄弱，不能按照歐洲“分散上網，就地銷納”的模式發展，只能是“大規模-高集中-高電壓-遠距離輸送”的模式，對電網企業是很大的挑戰，千萬千瓦風電基地規劃在千萬千瓦級風電基地規劃編制過程中，就要統籌考慮風能資源、發電、輸電和負荷各個方面的問題。國家電網公司已於2008年3月開工建設蘭州-酒泉-瓜州的750千伏超高壓輸變電工程專案，千萬千瓦級風電基地生產的大量清潔電能將通過這一輸電通道送往東部地區的電力負荷中心。千萬千瓦級風電基地的規劃，將保證2020年1億千瓦風電基地生產的2000億千瓦時電能輸出和銷納。Locationsof10GWsizewindpowerbase千萬千瓦風電基地規劃甘肅酒泉地區第一個啟動的千萬千瓦風電基地規劃，規劃建設9個風電場，到2015年裝機容量1270萬千瓦，已進入實施階段。2008年8月完成了380萬千瓦規模的風電設備招標工作，加上原來已建和在建風電場專案，規模超過500萬千瓦。西北電網公司正在將750千伏超高壓線路延伸到酒泉風電基地。按照年等效滿負荷小時數為2200來估算，2015年風電上網電量約280億千瓦時。千萬千瓦風電基地規劃新疆哈密地區風能資源豐富、場址平坦，規劃在哈密東南部、三塘湖和淖毛湖3個區域建設風電場，2020年達到1080萬千瓦。接入規劃建設的750kV變電所。需要開展接入系統輸電規劃、電力電量消納研究，調峰電源建設及抽水蓄能研究。按照年等效滿負荷小時數為2200來估算,2020年風電上網電量約260億千瓦時。千萬千瓦風電基地規劃河北省風能資源豐富的地區，主要分佈在張家口、承德地地區及東部沿海，包括潮間帶和近海。規劃2020年達到1200萬千瓦。位於京津唐電網區域內的風電場主要接入500kV電網運行,沿海地區的風電場併入地區220kV或110kV電網運行。按照年等效滿負荷小時數為2200來估算,2020年風電上網電量約264億千瓦時。千萬千瓦風電基地規劃吉林西部風能資源豐富的地區，主要在松源和白城等市，規劃到2020年達到2300萬千瓦。規劃擬新建10個500kV升壓站，將風電送入吉林省和東北電網。按照年等效滿負荷小時數為2200來估算,2020年風電上網電量約506億千瓦時。千萬千瓦風電基地規劃內蒙古自治區面積遼闊，大部份地區風能資源豐富，在編制千萬千瓦級風電基地規劃時按照電網覆蓋區域分為蒙西和蒙東兩部份。自治區西部是內蒙地區電網，規劃範圍包括七個地區，即錫林郭勒、烏蘭察布、呼和浩特、包頭、鄂爾多斯、巴顏淖爾和阿拉善等；東部是東北電網，規劃範圍包括四個地區，即赤峰、通遼、呼倫貝爾和興安等。千萬千瓦風電基地規劃蒙西和蒙東合起來內蒙古自治區規劃到2020年達到5780萬千瓦。規劃的接入電力系統初步方案是除了在內蒙地區