新能源发电与并网技术课件.ppt

.,版本1.0-110503,2011.5.3,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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,能源的概念能源的分类能源利用历史,: 能源的概念、分类与利用历史,.,版本1.0-110503,2011.5.3,一. 能源的概念,:能源的概念、分类与利用历史,资源,能源,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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 2.9104 kJ/kg。各种燃料均可按平均发热量折算成标准煤。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,二. 能源的分类,: 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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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： 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； 来自地球内部的能源，主要是核能和地热能； 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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”： 高效利用能源； 资源综合利用； 可再生能源； 替代能源； 节能。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,:能源的概念、分类与利用历史,一次能源,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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,:能源的概念、分类与利用历史,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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%。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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 。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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 。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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）,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,:能源与可持续发展战略,二. 我国的能源格局与结构,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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）,.,版本1.0-110503,2011.5.3,中国一次能源消费结构,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,:能源与可持续发展战略,二. 我国的能源格局与结构,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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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”。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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Worldwatch 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。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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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20102020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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,:新能源的发展现状与趋势,我国的风电装机情况,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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%。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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%。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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%。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 新能源的发展现状与趋势,四. 生物质发电,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 新能源的发展现状与趋势,四. 生物质发电,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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19亿多千瓦，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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: 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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,:能量转换系统与新能源发电方式,一. 能量转换系统,.,版本1.0-110503,2011.5.3,:能量转换系统与新能源发电方式,1. 能量转换过程与设备,.,版本1.0-110503,2011.5.3,:能量转换系统与新能源发电方式,.,版本1.0-110503,2011.5.3,:能量转换系统与新能源发电方式,1. 能量转换过程与设备,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,:能量转换系统与新能源发电方式,2. 热能的产生,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,:能量转换系统与新能源发电方式,3. 机械能的产生,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,:能量转换系统与新能源发电方式,3. 机械能的产生,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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 。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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.,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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DCAC或DCDC电能变换，是光伏发电系统的关键部分。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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。,.,版本1.0-110503,2011.5.3,: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,.,版本1.0-110503,2011