目 录 目 录
摘 要 ................................................................. I ABSTRACT .............................................................. II 目 录 ............................................................... III 第一章 概 述 ........................................................... 1
0 引 言 .............................................................................................................................................. 1
1. 1 世界风力发电概况 .................................................................................................................. 2 1. 2 中国风力发电概况 .................................................................................................................. 2
第二章 风与风能 ........................................................ 4
2. 1 风的产生与特性 ...................................................................................................................... 4
2. 2 风的能量与测量 ...................................................................................................................... 4 2. 3 中国风能资源 .......................................................................................................................... 6
第三章 风力发电 ........................................................ 7
3. 1 风车 .......................................................................................................................................... 7
3. 1. 1 风力发电机的构成和各个部分的功能 ....................................................................... 7 3. 1. 2 小型风力发电机的维护和故障排除 ........................................................................... 8 3. 2 风力发电的原理 .................................................................................................................... 10 3. 3 风力发电机组 ........................................................................................................................ 12
3. 3. 1 总述 ............................................................................................................................ 12 3. 3. 2 风电机组运行方式..................................................................................................... 13 3. 3. 3 大型风力发电机组的结构和特点 ............................................................................. 14 3. 3. 4 国外风力发电机组的结构和特点 ............................................................................. 16 3. 4 风力发电控制系统 ................................................................................................................ 17
3. 4. 1 风力发电机组的控制目标 ......................................................................................... 17 3. 4. 2 风力发电机组的现代控制技术 ................................................................................. 18
第四章 风电场建设 ..................................................... 22
4. 1 风电场选址 ............................................................................................................................ 22 4. 2 风电厂施工 ............................................................................................................................ 23
4. 2. 1 风电场施工特点 .......................................................................................................... 23 4. 2. 2 应对策略 .................................................................................................................... 24
第五章 风力发电的特点 ................................................. 27
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东北电力大学自动化工程学院学士学位论文 5. 1 风力发电的优点 .................................................................................................................... 27 5. 2 风力发电与环境的关系 ........................................................................................................ 28 5. 3 制约我国风力发电的因素..................................................................................................... 31
第六章 风力发电的经济性分析 ........................................... 34
6. 1 影响风力发电经济性的因素................................................................................................. 34
6. 2 风力发电成本的计算 ............................................................................................................ 34
第七章 风力发电未来的发展 ............................................. 37
7. 1 我国海上风力发电 ................................................................................................................ 37
7. 2 海洋风电的开发 .................................................................................................................... 38 7. 3 中国发展风电的展望 ............................................................................................................ 39
结 语 ................................................................ 41 参考文献 .............................................................. 42 致 谢 ................................................................ 46
-IV-
第一章 概 述 第一章 概 述
0 引 言
能源是国民经济发展和人民生活所必须的重要物质基础，对社会、经济发展和提高人民物质文化生活水平极为重要。现代社会的生产和生活，几乎完全依赖于能源的大量消耗[1]。在未来的能源结构中,煤炭、水能、核能都会受到资源的制约:火电方面,如果在2020年后维持年产40亿吨煤，并且不再增加,按已知探明可利用的煤炭储量1145亿吨计,我国经济可利用的煤炭资源仅能再维持30年;中国的水能资源经济可开采量约为4亿千瓦,当前水电装机约为1亿千瓦,即使在15～20年内将剩余的经济可开采的3亿千瓦水电资源都开发出来,最终还将受到资源的制约;核能方面,我国天然铀资源短缺,仅能支持50座标准的核电站连续运转40年[2]。在我们进入21 世纪的今天,世界能源结构也正在孕育着重大的转变,即由矿物能源系统向以可再生能源为基础的可持续能源系统转变。所谓可再生能源就是取之不尽、用之不竭、与人类共存的能源。它包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等。在这众多的可再生能源中,目前发展最快、商业化最广泛、经济上最适用的,当数风力发电。
在各种能源中,风能是利用起来比较简单的一种,它不同于煤、石油、天然气, 需要从地下采掘出来,运送到火力发电厂的锅炉设备中去燃烧; 也不同于水能,必须建造坝,来推动水轮机运转;也不像原子能那样,需要昂贵的装置和防护设备。而风能的利用由于简单,且机动灵活,因此有着广阔的前途。特别是在缺乏水力资源、缺乏燃料和交通不方便的沿海岛屿、山区和高原地带,都具有速度很高的风,这是很宝贵的能源,如果能利用起来发电对当地人民的生活和生产都会很有利[3]。
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东北电力大学自动化工程学院学士学位论文 1. 1 世界风力发电概况
国际能源研究报告表明,如果各国采取有力措施,风力发电到2010年可提供世界电力需求的10%,创造170万个就业机会,并在全球范围内减少100多亿吨二氧化碳废气。风能将成为发展最快的能源,到2010年风电总装机容量达到40.00GW,2020 年达到0.1TW,到2010年德国新增500万千瓦,西班牙新增520万千瓦,年生产能力将达到800万千瓦,可满足全国电力需求的10%。美国和加拿大是北美利用风能最好的国家。在美国的50个州中,大约有30个州已经开始利用风能资源。在1998-2004年期间, 美国风力发电的总装机容量已经超6740MW,可以满足160万个中等家庭的日常用电需求。随着技术的进步和规模的扩大,风电发电成本继续下降,估计10年后它完全可以和清洁的燃煤电厂竞争。风电技术开发的趋势是大容量和变转速运行。更大单机容量的机组仍在继续研制。随着风电容量在电力系统中的比例越来越大,对系统的影响日益明显。人们已经开始利用天气预报的技术来预测风电场功率输出,以优化运行速度。由于600kW级大型风力发电机组技术已经成熟,正在大批量生产,2000kW级风力发电机组不久将投入商业运行,风力发电的造价由现在的1000美元/kW有可能下降为600-800美元/kW, 发电成本从现在的4-5美分/(kWh),下降到3-4美分/(kWh),风力发电规模经济效益更加明显,可以和火电、水电、核电相竞争, 这也是其它新能源所无法比拟的。由于风力发电是可再生洁净能源, 其环境效益也十分明显, 随着风力发电技术的日益成熟, 发电成本的进一步降低,风力发电会越来越被更多的人认识和接受。这也是全世界很多国家都热衷风力发电的主要原因。风力发电的迅猛发展也使那些本地能源短缺的发展中国家收益,如巴西、阿根廷、摩洛哥、埃及和哥斯达黎加等国是发展中国家风力发电的佼佼者。中国、印度也在积极发展风电
[4]。
1. 2 中国风力发电概况
我国幅员辽阔,陆疆总长2万多千米,海岸线1.8万多千米,是一个风力资源丰富的国家,全国约有2/3的地带为多风带。风能总储量为32.26亿千瓦,实际可开发的风能储量为2.53亿千瓦,为可再生能源和新能源利用技术提供了强大的
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