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新能源发电技术,朱永强 zyqncepu.edu.cn 华北电力大学 电气与电子工程学院,本课程的配套教材： 新能源与分布式发电技术，朱永强 主编， 北京大学出版社，2010.09,（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。 在很多地区，因大气污染造成的损失已经相当严重。 欧盟每年超过100亿美元，我国也高达120亿元人民币。,常规能源的环境影响,清洁空气下的洛杉矶,烟雾笼罩下的洛杉矶,（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。,常规能源的环境影响,酸雨的“威力”,（3）温室效应 大气中CO2的浓度增加一倍，地表平均温度将上升1.53，在极地可能会上升68， 结果可能导致海平面上升20140cm，将给许多国家造成严重的经济和社会影响。,常规能源的环境影响,（4）其它影响 能源开采、运输和加工过程，也可能造成严重损失。 平均每开采1万吨煤，受伤人数为1530人， 可能造成0.2公顷土地塌陷，平均每年超过200km2。 核能利用存在核废料问题，如不能妥善处理，放射性的危害或风险将持续几百年。,常规能源的环境影响,1995年电力法第一章“总则”中明确宣布，国家鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源来发电。第六章“农村电力建设和农业用电”中进一步强调指出，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。,我国的新能源发展战略,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1.31.5亿千瓦，太阳能发电2000万千瓦。,风力发电,全国平均风能密度约为100W/m2，风能总储量约48亿兆瓦， 陆上和近海区域10米高度可开发风能资源储量约10亿kW，其中有很好开发利用价值的陆上风资源大约有2.53亿kW，大体相当于我国水电资源技术可开发量的一半。,我国风资源,§3.2.4 我国风资源,中国气象局风能太阳能资源评估中心，公布了 全国平均风速分布和有效风功率密度分布情况。,水平轴风力机的结构,目前应用较多的是水平轴风力机，且多用螺旋桨型叶片。 水平轴风力机主要包括风轮、塔架、机舱等部分。,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。 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。,水平轴风力机的原理,伯努利效应 空气的压力与气流的速度有一定的对应关系，流速越快，压力越低，这种现象叫作伯努利效应。 翼型上表面凸起部分的气流较快，上表面的空气压力比下表面明显要低，从而对翼型物体产生向上的“吸入”作用，增大升力。,水平轴风力机的原理,风能利用系数 任何类型风力机都不可能将接触的风能全部转化成机械能，风能捕获效率总是小于1的。 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。Cp 根据贝茨理论，风力机的风能利用系数的理论最大值是0.593。 高性能的螺旋桨式风力机，Cp值一般在0.45左右。,水平轴风力机的原理,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，常用字母来表示。 当取特定值时Cp值最大，称之为最佳叶尖速比。,水平轴风力机的原理,取自风能的功率 风力机捕获风能转变为机械功率：,一般不易对空气密度、风速、叶片半径等进行实时控制，为了实现风能捕获最大化，唯一的控制参数就是风能利用系数Cp 。,水平轴风力机的原理,工作风速 风力机并不是在所有风速下都能正常工作。 风力机起动时，有最低扭矩要求，起动扭矩主要与桨距和风速有关，因此风力机就有一个起动风速，称为“切入风速”。 风力机达到标称功率输出时的风速称为额定风速。风速提高时，可利用调节系统，使风力机的输出功率保持恒定。 风速超过技术上规定的最高允许值时，风力机就有损坏危险，基于安全方面的考虑，风力机应立即停转。该停机风速称为“切出风速”。,水平轴风力机的原理,风力发电机组,1 叶轮，2 轮毂，3 变桨距部分，4 液压系统，5 齿轮箱，6 刹车盘，7 发电机， 8 控制系统，9 偏航系统，10 测风系统，11 机舱盖，12 塔架,风电场,风电场的概念 风电场的概念于1970s在美国提出，很快在世界各地普及。如今，已经成为大规模利用风能的有效方式之一。 风电场是在某一特定区域内建设的所有风力发电设备及配套设施的总称。在风力资源丰富的地区，将数十台至数千台单机容量较大的风力发电机组集中安装在特定场地，按照地形和主风向排成阵列，组成发电机群，产生数量较大的电力并送入电网，这种风力发电的场所就是风电场。 风电场具有单机容量小、机组数目多的特点。例如，建设一个装机容量5万千瓦的风电场，若采用目前技术比较成熟的1.5MW“大容量”机组，也需要33台风电机组。,§3.6 风电场,各种类型的风电场,§3.7 风电的发展世界,世界上已运行的最大风电机组单机容量已达到5MW，而6MW风电机组也已研制成功。 目前，海上风电机组的平均单机容量在3 MW左右，最大已达6 MW。 欧洲风能协会和绿色和平组织的最新出版物风电12指出，到2020年世界电力的12%将来源于风电。,§3.7 风电的发展我国,中国之最,1986年建成的山东荣成风电场是我国第一个并网的风电场。 1989年建成的新疆达坂城风电场是我国最早的大型风电场。 目前，建设中规模最大的风电场是甘肃玉门风电场。 2009年，我国自主制造的3MW海上风电机组在上海东海大桥吊装成功，这是亚洲首台3MW海上风电机组。,中国风电的发展,在2007年中国的电力结构中，风电装机容量只有0.8%，发电量的比重只有0.2%。 到2008年，我国风电的装机占全国电力装机的1.5%。 截至到2010年，我国风电总装机容量44733.29MW（约0.45亿千万）。 按照我国的新能源产业振兴规划，到2020年，风电总装机容量将达到1.31.5亿千瓦。风电在整个发电结构中的比重将明显提高。 我国将在内蒙、甘肃、河北、吉林、新疆、江苏等省区建设十多个百万千瓦和七个千万千瓦风电基地。,中国风电的发展,2010年中国各省区风电装机情况,朱永强， zyqncepu.edu.cn 华北电力大学 电气与电子工程学院,本课程的配套教材： 新能源与分布式发电技术，朱永强 主编，北京大学出版社，21世纪创新型人才培养规划教材，北京市精品教材,
