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1、1,第四章 风能,2,内容提要,概述风力发电原理和技术中国风力发电发展欧洲风电发展美国风力发电印度的风能利用风能政策计划,3,4.1 概论（Introduction）,4.1.1 人类开发风能的历史,1）中国是开发风能最早的国家之一“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”商代已出现帆船。14世纪的郑和下西洋。2）16世纪荷兰人利用风车排水,4.1.2 开发风能的动因,1）经济驱动力 化石能源的枯竭，经济最优化，能源产业升级。2）环境驱动力3）社会驱动力 可创造很多就业机会4）技术驱动力 空气动力学的不断进步以及高强度、轻质材料的出现,4,4.1 概论（Introduction）,4.1.3 世界风能

2、开发现状,全球风能总资源为53106 亿度/年，1）装机容量 2003年，全世界风力发电量占各种电源总电量的0.5%。20世纪90年代以后，风电装机年平均增长率超过30%。2）风力发电的成本 低风力发电成本3-5美分/度 高风力发电成本10-12美分/度,1）长期保护性电价2）可再生能源的配额制政策 要求所有电力供应商购买一定数量的可再生能源电力。3）公共效益基金 风能和其他可再生能源发展的一种融资机制。4）招投标政策 采用招投标程序选择风能和其他可再生能源的开发商。,4.1.4 世界鼓励风能发电的政策性措施,5,4.2 风力发电原理和技术,4.2.1 风能的基本特征,风的形成：太阳辐射造成地

3、球表面受热不均，地球自转产生地转偏向力。1）风速 有效风能：启动风速到停机风速之间的风速段的风能。2）风级,6,4.2 风力发电原理和技术,4.2.1 风能的基本特征,3）风能密度 通过单位截面积的风所含的能量称为风能密度，W/m24）风能的计算 风能密度：W-平均风能密度，W/m2Vi等级风速，m/sNi等级风速Vi 出现的次数N-各等级风速出现的总次数-空气密度风能就是气流流过的动能：A-气流通过的面积5）风能玫瑰图,图中各射线长度分别表示某一方向上风向频率与相应风向平均风速立方值的乘积。根据风能玫瑰图能看出哪个方向上的风具有能量的优势，并可加以利用。,7,4.2 风力发电原理和技术,4.

4、2.2 风能发电的原理,1）风力发电机的构造 风轮、发电机（包括传动部分），调向器（尾翼），塔架、限速安全机构和储能装置。2）发电机的种类 直流发电机、同步交流发电、异步交流发电机。,4.2.3 风力发电机安装场址的选择,1）风能资源丰富的地区 评价指标：平均风速、年平均有效风能密度、年有效风速时数。2）具有较稳定的盛行风向 3）季节性变化比较小4）湍流小5）自然灾害小,8,4.2 风力发电原理和技术,4.2.4 风能发电的技术经济性,1）微小型离网风力发电技术 100-150W,我国内蒙安装较多，2.31元/度，电网延伸的办法8元/度，汽油柴油发电6元/度。2）大中型并网风力发电 0.59元

5、/度，高于煤电成本。,4.2.5 风力发电技术的发展趋势,1）单机容量增大 2）风电机桨叶的变化 2MW风机叶轮扫风直径达到72 m，玻璃纤维增强树脂发展为碳纤维。3）塔架高度增加 4）控制技术发展5）海上风力发电,9,4.3 中国风力发电发展,4.3.1 中国的风能资源,影响中国风能资源的因素：1）大气环流对中国风能的分布的影响 东南沿海及东海、南海诸岛，风能最丰富，内蒙甘肃北部次之，云南、贵州、四川、甘南、陕南、豫西、鄂西、湘西较小，四川盆地、西双版纳最小。2）海陆和水体对风能分布影响 3）地形对风能分布的影响我国风能资源的特点：1）季节性的变化2）地域性的变化,10,4.3 中国风力发电

6、发展,4.3.1 中国的风能资源,中国风能资源的划分标准：,11,4.3 中国风力发电发展,4.3.2 离网用户小型风力发电,行业发展历程1）第一阶段 老式风车应用阶段（1949-1959）走马灯式风车在江苏和吉林等地仍在使用。2）第二阶段 现代风力机械起步阶段（1960-1977），分别研制了30-30kw的机组。3）第三阶段 科研攻关和示范应用阶段（1978-1983），投入批量生产4）第四阶段 技术成熟和使用阶段（1984-1997）5）第五阶段 调整巩固阶段，减少对发电机组的补贴6）第六阶段（1998-以后）稳定发展，新材料的出现，电机组产量增加,12,4.3 中国风力发电发展,4.3

7、.2 离网用户小型风力发电,行业发展历程1）第一阶段 老式风车应用阶段（1949-1959）走马灯式风车在江苏和吉林等地仍在使用。2）第二阶段 现代风力机械起步阶段（1960-1977），分别研制了30-30kw的机组。3）第三阶段 科研攻关和示范应用阶段（1978-1983），投入批量生产4）第四阶段 技术成熟和使用阶段（1984-1997）5）第五阶段 调整巩固阶段，减少对发电机组的补贴6）第六阶段（1998-以后）稳定发展，新材料的出现，电机组产量增加,13,4.3 中国风力发电发展,4.3.2 离网用户小型风力发电,b.潜在市场及发展趋势1）小型风机的潜在市场 西部大开发缩小东西部产驹

8、，提高边远地区的农牧民生活水平，解决我国居住分散的3000万无电人口用电问题。小型风力发电机组24万多台，1985年以前生产的近3万台，需更新。边远山区、海岛的部队驻军、边防哨所、微波站等需小风电。我国小型风机发电出口数量逐年增加，累计7000台。国家“光明工程”、“全球环境基金/GEF世界银行中国可再生能源 商业化促进项目”等设计很多小风电应用。农业部、财政部设立的“农村小型公益设施建设补助资金农村能源项目”的出台，给小型风力发电机组带来了好的发展机遇。2）小型风电机的发展趋势 机组功率由小变大。100w逐年下降，300w,1kw逐年增加。有一户一机，推广到多机联网供电，一个村或几户。由单一

9、风力发电机组发展到多能互补，例如风光互补，风柴互补等。用户使用范围扩大，有边远地区发展到近海养殖、内陆湖泊等。小风电行业发生变化，部分企业发展壮大。,14,4.3 中国风力发电发展,4.3.2 离网用户小型风力发电,c.障碍与问题1）国家扶持政策力度不够，缺乏明确目的、易于操作的补贴政策和税收政策 小风机攻关项目九五期间已停止研发。2）偏远地区、少数民族地区用户经济承受能力差，购买力不足，推广应用困难。300w风机造价在10000-12000元/套3）对小风电的宣传不够 4）小风电产品品种不全，质量和可靠性有待提高5）售后维修服务、技术培训工作跟不上。,15,4.3 中国风力发电发展,4.3.

10、3 并网风力发电,c.障碍与问题1）国家扶持政策力度不够，缺乏明确目的、易于操作的补贴政策和税收政策 小风机攻关项目九五期间已停止研发。2）偏远地区、少数民族地区用户经济承受能力差，购买力不足，推广应用困难。300w风机造价在10000-12000元/套3）对小风电的宣传不够 4）小风电产品品种不全，质量和可靠性有待提高5）售后维修服务、技术培训工作跟不上。,16,4.4 欧洲风电发展,4.4.1 丹麦-世界风机生产基地,1）风力资源丰富 2）风电发展成就巨大 2003年世界风电的40000 MW的风机一半以上由丹麦制造。2003年创造2万个就业机会。3）政府政策环境 电价政策，每度补贴0.0

11、13欧元CO2税收返还。联网成本均摊。,4.4.2 德国世界风电的领头羊,1）风力资源丰富 装机规模世界第一2）风电发展成就巨大 2002年比1998装机容量翻两倍，12440MW。3）风电技术领先 为解决能量输出不稳定，开发变桨距变速调频技术。4）政策环境 保护性电价、投资补贴,17,4.4 欧洲风电发展,4.4.3 英国大步前进的风电产业,1）电力生产燃料消费结构 天然气39.9%，煤炭28.5%，核能25.6%，三者总和为94%，可再生资源占1.9%，欧洲议会指导性目标在2010年可再生能源占一次能源消费的18%。2）风电发展状况 2002年英国风电装机容量552MW，在欧洲国家中排名第

12、六，居德国、西班牙、丹麦、意大利、荷兰。3）政府政策环境 2000年新可再生能源公约，废止化石燃料公约。气候变化税，减少温室气体排放。,18,4.5 美国风力发电,4.5.1 加利福尼亚风电开发,加州-美国风电的中心，曾是世界风电技术的领导者1）加州风电开发的政策经验 税收减免2）风电发展的衰退 1986年税收政策废止，使风电格局发生变化：1985年67%的加州风机由美国制造，1999年，65%的加州风机是进口的。,4.5.2 美国风电利用趋势,1）可再生能源配额制 要求在2020年可再生能源占10%。2）未来发展方向 风电占美国能源消费比例不足1%，丹麦已达20%。海上风电的开发。,19,4.6 印度的风能利用,4.6.1 印度风能利用概况,总的风能资源为：45195MW。1）装机容量 2004年2117MW。居丹麦、美国和德国之后。2）政府的促进政策 可再生能源开发署设立专项周转基金。实行租赁政策。发挥私营企业的作用。,20,4.7 风能政策设计,主要风能政策简介,1）长期保护性电价 2）配额制 以数量为基础的政策，规定在指定日期之前，市场必须生产、销售、分销目标数量的可再生能源。3）公共效益基金 公共效益基金是用来获得公共效益，包括鼓励风能发展的基金。4）特许权招标 采用政府监管的竞争性程序，通过与风能发电厂商签订的长期电力购买协议来实现计划目标。,