第二章 大规模新能源发电及并网技术(第2,3,4讲)

异步发电机 发电机类型
同步发电机
鼠笼型异步发电机和双馈异步发电机 电励磁同步发电机和永磁同步发电机
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一、风力发电
分类依据
分类
风机旋转 水平轴风机 主轴 垂直轴风机
续表
主要特点 根据风向的变化实时调整（主动或被动）并对准 风向
可接受不同方向的风能，但转换效率偏低
单叶片、双叶片、 桨叶数量 三叶片和多叶片 三叶片风电机组是现代风机的主流
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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。
塔筒用于支撑机舱和风轮。塔筒机构有筒形和 桁架两种形式；
基础通常采用钢筋混凝土结构。
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一、风力发电
风电机组的分类
分类依据
分类
定桨距 桨叶与轮毂 的连接方式 变桨距
主要特点 桨叶固定连接在轮毂上 叶片可以绕其中心轴旋转
恒速风力发电机 风速变化时，风电机组的转速几乎保持恒定 桨叶转速是
否恒定 变速锋利发电机 风电机组的转速随着风速的变化而变化
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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。
根据美国World watch Institute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。
风机
风机接受 上风向风机 风的方向 下风向风机
必须安装调向装置来保持风机始终对准风向 风电机组无需调向装置，能够自动对准风向
是否视同 齿轮箱型风机 齿轮箱
直驱型风机
传统大功率风机均采用高转速比齿轮箱，而目前越 来越多的新风电机组技术采用低转速比的齿轮箱
被认为是新风机技术发展趋势之一
是否与电 离网型
小规模开发应用
欧盟委员会在 “欧盟能源发展战略绿 皮书”中指出，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。
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新能源的发展现状与趋势
(四). 生物质发电 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%。
特点：低风速时采用变桨距调节可达到最高的气动效 率，当达到额定功率后，风机安装变桨距调节时调节桨距 的相反方向改变桨距。
4.变速风力发电技术
特点：变速运行时风机叶轮跟随风速变化改变其选择 速度，保持基本恒定的最佳叶尖速比、风能利用系数最大 的运行方式。变速风力发电机技术具有低风速时能够根据 风速变化在运行中保持最佳叶尖速比获得最大风能，高风 速时利用风轮转速变化储存的部分能量以提高传动系统的 柔性和使输出功率更加平稳，进行动态功率和转矩脉动补 偿等优越性。
动地将功率限制在额定值附近，其主要依赖于叶片独 特的翼型结构。 2.变桨距风力发电技术 特点：当风速过高时，可以通过调整桨叶节距、改变气 流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动 力转矩，使输出功率保持稳定，采用变桨距调节方式， 风机输出功率曲线平滑。
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一、风力发电
风力发电控制技术
3.主动失速/混合失速风力发电技术
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新能源的发展现状与趋势
(一). 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%。
(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%。
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。
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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。
第三章 大规模新能源发电及 其并网技术
§3.1 大规模新能源发电 §3.2 大规模储能 §3.3 大规模新能源发电集中并网
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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
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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。
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新能源的发展现状与趋势
(四). 生物质发电
生物质燃料油
柴油
锅炉 蒸汽轮机
涡轮机 发电机
内燃机
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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。
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新能源的发展现状与趋势
(一). 概述 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。
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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。
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。
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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 ％。
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。
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一、风力发电
（一）风电机组 1.风电机组结构
并网大型风电 机组可分为叶 片、轮毂、机 舱、塔筒（塔 架）和基础等 部分。
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一、风力发电
风轮由叶片和轮毂组成，他是把风的动能转变 为机械能的重要部件；
机舱是风电机组最重要的部分，一般由传动系 统、偏航紫铜、液压与制动系统、发电机、控 制和安全系统等组成；
网相联 并网型
大规模开发应用
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一、风力发电
风力发电机组分类
现代风力发电设备
1.根据风力机类型不同
按风机旋转主轴的方向：水平轴式风机和垂直轴式风机 按桨叶接受风能功率调节方式：定桨距机组和变桨距机组 按叶轮转速是否恒定:恒速型机组和变速型机组 按功率传递的机械连接方式:有齿轮箱风力机和无齿轮箱 风力机
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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。
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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%。