新能源发电及并但网技术(风电、光伏、核电).ppt
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1、新能源发电及并网技术 Technology of New Energy and Paralleling operation,直流输电技术介绍,风力发电及并网技术,光伏发电及并网技术,核电技术简单介绍,未来风电技术发展的展望,风力发电并网中的关键技术,现代风力发电技术的发展概述,风力发电及并网技术,风力发电的基本原理及结构,中国是一个能源资源相对贫乏的国家,人均占有能源资源仅相当于世界平均数的一半。,中国的能源状况,我国化石能源的结构:石油、天然气资源数量明显低于世界平均水平,资源构成以劣质能源为主。,中国的能源状况,我国电源装机及发电情况,1、风力发电的基本原理及结构,1. 风力发电的基本原理
2、及结构,1.1 风力发电机组的基本原理及结构,1. 风力发电的基本原理及结构,1.2 风力机的类型,1. 风力发电的基本原理及结构,1.2 风力机的类型,1. 风力发电的基本原理及结构,风力机基础理论,贝茨(Betz)理论 假定风轮是理想的,没有轮毂,叶片无穷多,并且对通过风轮的气流没有阻力。纯粹的能量转换器。 根据该理论可以计算风轮获取的风能和功率。,叶素理论 把叶片分割成无限多个微元,每个微元都是叶片的一部分,每个微元的长度无限小。用于分析微元的空气动力学特征。,动量理论 应用该理论去研究风力发电机组各部件的运动规律及运动状态的理论。,1. 风力发电的基本原理及结构,1. 风力发电的基本原
3、理及结构,1. 风力发电的基本原理及结构,风力发电系统的基本结构和工作原理,离网型,并网型,1. 风力发电的基本原理及结构,恒速恒频风力发电系统,1. 风力发电的基本原理及结构,变速恒频风力发电系统,1. 风力发电的基本原理及结构,变速恒频风力发电系统,G128-4.5MW 半直驱,2008年底Gamesa 在西班牙 Cabezo Negro安装了半直驱的G128-4.5MW风电机组.风轮直径 128米,机头重量250吨 传动系统采用紧凑型设计,包含主轴(双轴承)、两级齿轮箱(1:37)和永磁同步发电机; 多变量控制系统:减少叶片振动和载荷。,2、现代风力发电技术的发展概述,我国陆地10米高度
4、年平均风功率密度分布图(W/m2),我国电能输送流向图,东 北,西 北,南 方,西 藏,哈密,酒泉,吉林,江苏,河北,蒙西,蒙东,“三华”受端 电网,辽宁,千万千瓦级风电基地跨区域输电方案,3、风力发电并网中的关键技术问题,大规模风电接入电网的影响,对调峰调频 能力的影响,对无功功率 平衡与电压 水平的影响,对电能质量 的影响,对稳定性 的影响,风电并网存在的相关问题,1、并网运行问题 (1)调峰问题 风电出力具有随机性、间歇性,反调节特性明显,增加系统调峰难度。,负荷曲线,风电出力曲线,(2)电压控制问题 我国风电接入地区大多处于电网末端,风电功率的大幅度变化,导致电网运行电压调整十分困难,
5、影响系统电压稳定。,由于风电出力快速增长,导致白城电网同发风电场母线电压最低下降到213kV,并大幅波动。,(3)安全稳定问题 风电大规模并网后,电网稳定运行的风险增加。,系统潮流多变,断面运行控制困难; 系统惯量下降,动态稳定水平降低; 故障后风电无法重新建立机端电压,导致电压失稳; 风电机组没有低电压穿越能力,在系统扰动造成电压的瞬间跌落时,风机自行脱网对系统造成冲击。,(4)电能质量问题 风电出力的随机波动会引起电压波动和闪变,风机中的电力电子设备会给电网带来一定的谐波污染,导致电能质量下降。 风电场多次发生电压波动和电压闪变超标现象。 风电场出力大幅波动,引起附近35千伏母线电压越限。
6、,风电穿透功率小于5%时,风电对电网调度的影响不明显,此时可配置风电功率预测系统及资源实时监测系统 风电穿透功率5%-10%,明显感受到风电出力对发电计划的影响,此时可配置风电调度日前计划系统 风电穿透功率10-15%,可能出现限风电现象,此时可配置日内滚动计划系统 风电穿透功率超过15%,将对调度运行产生极大压力,应具备完整的风电调度支持系统,预测系统结构,41,我国当前新能源接入系统技术上存在的主要问题: 由于电源结构而导致的调峰能力问题。 电网资源配置能力难以满足千万千瓦风电基地远距离电力外送问题。 风电机组并网电气性能问题。 新能源发电功率预测及调度决策支撑系统问题。 技术标准与检测认
7、证体系问题。 配电网建设适应新能源发电分布式接入问题。,4、未来风电技术发展的展望,(1)风电发展缺乏系统整体规划。风电发展目标十分宏伟,但对风电与其它电源、风电与电网的协调发展问题研究不够,有待结合电力系统的整体规划,进行深入研究。,风电发展规划问题,(2)目前规定5万千瓦以下的风电场由地方政府审批,由此带来风电项目拆批现象严重,根据相关统计结果: 2008年,全国共核准风电场199个,装机容量1167万千瓦;其中装机容量为4.95万千瓦的风电场139个,占70%,装机容量688万千瓦,占60%。,风电发展规划问题,千万千瓦级风电基地规划 10 GW size Wind Power Base
8、 Planning,甘肃酒泉,吉林西部,江苏沿海,河北,新疆哈密,蒙东,蒙西,七大风电基地2020年的风电装机将达到1.3亿千瓦,2030年将达到1.9亿千瓦。此外,山东也提出规划建设沿海千万千瓦级风电基地(已获批)。,单位:万千瓦,优势: 风能资源稳定丰富 不占用土地空间 技术难题: 海上风资源评估,气象参数难测定 海上风电机组设计注重可靠性 海上风电送出问题 海上风电面临台风危害,风电技术研究、设计咨询和服务业相继发展,为求风电技术创新,一批国家高等研究单位如中国科学院、中国电科院,学府如清华大学,华北电力大学等和各大型企业的研发机构对风电技术包括理论研究和风电机组气动、结构、传动、控制、
9、材料以及风电场的并网特性等方面,开始进行全面深入研究,以期有所大突破; 顺应风电发展的需求,我国已水规院、电规院, 东北、华北西北、华东、中南以及各省级国家大型有关电力的设计咨询机构全面进军风电设计领域,承担风电场设计的重大任务; 与此同时,风电行业的学术组织、协会组织,信息、中介、认证、试验以及专业运行、维修等风电服务机构也相继建立并发挥越来越重要的作用。,风电机组及风电场并网测试,Wind power plant performance solutions 风电场的性能解决方案,风电机组及风电场并网测试,1、 山东电网风电调度管理规定(试行),2、 山东电网新建风电场并网验收流程,3、山东
10、电网风电场并网验收测试规程(试行),未来光伏发电技术的发展前景,国内外光伏发电的发展概况,光伏发电原理及基本知识,光伏发电及并网技术,1、光伏发电原理及基本知识,太阳能电池光伏效应 光生伏特效应简称光伏效应,指光照使pn结产生电位差的现象。,太阳能应用: 光伏 光热 光热发电,Wp(峰瓦):指太阳电池组件,在标准测试条件下(1000W/m2的太阳光照射、AM1.5、25)的额定最大输出功率。,光伏电池的I-V曲线,辐照度:太阳光在单位面积上照射的能量。MJ/M2 转换效率:把太阳能转化为电能的百分比。单晶 18%,多晶16%,薄膜6% 倾角:与地面夹角 峰值日照时数:太阳辐射能量的有效时间段
11、平均日照天数:每年太阳辐射能量的有效天数,峰值日照时数,例如: 年太阳辐射总量约5103MJ/平方米,可换算出每天平均峰值日照时间为4.52h,平均日照天数约308天。1Wp年可发电量为4.52*308=1.39kWh,7MWp光伏电站年发电量约975万度电。,中国的五类区域: 1、西藏新疆 2、西北东北华北西南部分(包括东营滨州) 3、华东中南(山东大部) 4、华南 5、四川重庆贵州 跟:辐照度、峰值日照时数、平均日照天数有关,太阳电池和太阳电池组件,组件结构,电池结构,支架种类: 固定式 平单轴 单轴跟踪 跟踪式 斜单轴 双轴跟踪,固定式 太阳高 度角和 方位角 不变,双轴太阳能追日系统
12、太阳电池组件 始终垂直太阳 光线,与固定 式相比可提高 40%发电量,平单轴太阳能追日系统 太阳电池组件 始终垂直太阳 高度角,与固 式式相比可提 高25%发电量 适用于赤道 地区,斜单轴太阳能追日系统 太阳电池组件 始终垂直太阳 方位角,与固 定式相比可提 高25%的发电 量,建筑物安装,不同位置发电效率,逆变器,逆变器MPPT跟踪 由于太阳电池收到光强以及环境等外界因数的影响,其输出功率随光照强度的增加而增加,减小而减小。逆变器MPPT跟踪技术充分的利用太阳电池,使之运行在最大功率点。当环境发生变化时,太阳电池的功率发生变化,逆变器的输出功率也发生变化。,温度特性:随着温度降低,转换效率变
13、高,光伏产业链,光伏产业链,光伏太阳能发展的技术优势 光伏发电是光子与电子的直接转换,纯物理过程不排放 任何有害物质,对环境友好; 可与 建筑物结合,节省土地资源; 在地面建设不影响生态; 光伏发电性能稳定可靠,维护成本低,使用寿命长( 25年以上)。,光伏产业链,材料资源优势: 硅元素在地球中的含量丰富(在地球中的丰度为25.8% ,排第二),无毒,性能稳定。 能量回报率高: 能源回收期目前2年左右,未来可以降低到1年左右,寿 命30年以上,属于高能量回报率发电放电方式。,光伏产业链,太阳能发电与用电负荷高峰时间基本吻合,光伏产业链,光伏太阳能发展的劣势 1、成本:现在是火电成本的3-5倍。
14、 2、发电时间:不平均,光伏产业链,大型地面并网电站,光伏产业链,用户侧并网电站,光伏产业链,防逆流光伏发电系统,光伏产业链,离网独立光伏发电系统,光伏产业链,光伏产业链,由于太阳电池组件在阴雨天发电量小,无法满足负载的用电要求,故需要蓄电池进行储能。通过蓄电池来满足系统阴天天的供电,增加了系统的成本,所以大型地面光伏电站是太阳能光伏发电的趋势。,2、国内外光伏发电发展概况,光伏发电未来战略主导地位,光伏发展概况,2009年世界和欧洲太阳光伏市场,2001-2009世界主要国家和地区光伏系统安装量,德国对光伏发电成本的预测 2017年光伏发电成本与常规发电成本相交,美国对光伏发电成本的预测 2
15、015年前后光伏发电成本与常规发电成本相交,光伏发电补贴模式: 欧洲:补贴上网电价,如德国最初为每度0.40.6欧元。 美国:补贴电价 中国:补贴投资发展方向为补贴电价。,我国光伏产业及市场发展状况 多晶硅产业发展状况 20052008年中国多晶硅产量及需求 吨 2009年我国多晶硅产量将超过万吨,供应仍不足,但渐趋缓和。 (发改委科技部关于多晶硅产能是否过剩之争),组件制造 2007年我国成为光伏组件最大生产国。 2008年年我国光伏组件产量占世界总产量的32.9%。 2009年达到世界产量一半以上。 2010年预计达到世界产量的近70%,我国光伏发电系统装机容量,3、未来光伏发电技术的发展
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