能源概论生物质和风能发电精选文档.ppt

能源概论生物质和风能发电本讲稿第一页，共十五页下吸式气化器的工作原理 本讲稿第二页，共十五页风能发电概论风能的来源和资源 地球大气流动现象，由浮升力和压力差作用形成空气流动；无污染、可再生、取之不尽、用之不竭、分布广泛，能流密度低，时空不稳定性。资源量为世界总能耗3倍，利用1%即达到世界总发电装机容量8%9%。风能利用的历史 10世纪已经开始利用风车抽水、碾磨谷物；1890年丹麦开始风力发电，至1918年投运120台；20世纪90年代后，风力发电以每年20%速度增长；1996年底，全球风力发电容量6GW，2006年底，达到73.9GW，达到全球电力消费的1%。本讲稿第三页，共十五页世界各国风力发电的概况 20世纪80年代后，丹麦和美国加州开始发展风能利用。20世纪末，欧洲、美国和中国风能发电发展迅速。2002年，欧洲容量已达24 GW(2400万KW)，占到世界风力发电容量75%，德国第一位，西班牙第二位，丹麦占到本国发电量的20%。风轮机是将空气运动动能提取、转化为轴功的装置，通过发电机进一步转化为电能。本讲稿第四页，共十五页我国风力发电的状况 初步探明，风能资源在陆上约为2.53亿kW平均能流密度100w/m2，近海风能资源7.5亿kW，总计为10亿kW。2006年底，我国的规模化风电装置达到2.59GW（259万kW，全球6位）,到2020年达到30GW（3000万kW）。和核能相当，占到电力装机容量3%。2006年实行了可再生能源法，对风能利用进行鼓励。现上网电价为0.550.65元/(kW.h)，比煤电平均上网电价高出近一半。新电厂比投资高（800010000 元/kW），电网接入设备贵。本讲稿第五页，共十五页两条风带：一条是三北北部风带（西北、华北和东北）风能为2亿kW，占陆地风能的79%。新疆、内蒙古、青海、甘肃 二条是东部沿海风带（沿海几十公里的大陆海岸和所有岛屿）三种利用方式 户用型：单独运行，100300W 孤立小区型：单独运行，15kW 风电场型：联网输出，可与太阳能电站或柴油发电机组联用本讲稿第六页，共十五页新疆达坂城风电场：1989年一场，国内第一风电场，丹麦设备。二场11.28万kW，三场3万kW，40台国产750kW风力机组。总的规划规模为50万kW。北京官厅风电场：2007年开始吊装年底竣工，一期总装机容量49.5MW，采用33台1500kW单机机组，满足10万户家庭用电。是北京的主要风口，距地70米高度多年风速为7.11m/s，能流密度为224 W/m2，年有效发电小时为2000h。本讲稿第七页，共十五页风力发电的优点和负面影响 优点：1）可再生能源，利用风能可实现节能减排 2）有利于环境保护，与燃煤和核电相比是最洁净、污染最小的可再生能源形式。3）在风力发电机组容量在450kw以上，风力的规模优势效应变得明显，随着国产化程度的提高发电成本有望进一步提高，上网电价进一步降低。缺点：1）间接的不可再生能源利用和污染物排放。2）风电可能对鸟类造成伤害。3）风轮机的机械噪声和空气动力噪声。4）对无线电通讯的干扰和安全问题。本讲稿第八页，共十五页风速特性 1）瞬时风速（有效风速）很短时间间隔内的风速，实际发生的风速。2）平均风速 很长时间范围内，多次风速的平均值。3）湍流强度表征瞬时速度的脉动特性 4）风速频率风速在一段时间内的出现时间分布 5）风速沿高度的变化 对于近地面的大气流动，由于地面的摩擦力，风速随距地高度变化而变化，地面粗糙度越大，这种变化越大本讲稿第九页，共十五页 6）风能玫瑰在一段时间内风速在不同方向上出现的时间份额为该方向上的方向频率。利用方向频率与该方向上平均速度三次方的乘积沿各方向的分布即可得风能玫瑰图。本讲稿第十页，共十五页 7）风能的能流密度 单位时间、单位迎风面积内流过的风能 若风速u=5 m/s，P=75 W/m2 若风速u=10 m/s，P=600 W/m2本讲稿第十一页，共十五页风力发电装置 风力发电装置包括三个主要部分：风力涡轮机、传动变速机、发电机。并网发电机主要为三叶式绕水平轴转动的翼式风轮机。本讲稿第十二页，共十五页水平轴迎风式风力发电装置示意图本讲稿第十三页，共十五页水平轴翼式风力发电装置主要组成：1）叶轮（Rotor）由叶片和叶毂组成，一般2个或3个叶片，装有叶片安装角调节装置。气流流过叶轮在切线方向上产生较大轴功，由轮毂向外传递。中、小型风轮机叶片一般采用木材加泡沫塑料，以玻璃纤维为蒙皮做成。大型风轮机叶片采用玻璃纤维、碳纤维和其他高强度复合材料。2）偏转机构 一般采用迎风式，在其工作风速范围内，通过偏转机构对叶轮方向进行调节。包括风向标、传感器、偏转系统控制软件和偏转执行机构。本讲稿第十四页，共十五页3）传动机构包括低速轴、高速轴、增速齿轮箱、联轴器和刹车装置。其中齿轮箱最为重要、并且成本很高，一般要将转速由3060 r/min变到10001800 r/min。4）塔架中小型采用格架式塔架、钢筋水泥管状塔架。大型风力机组采用略带锥形的钢管塔架。5）发电机采用异步感应发电机，一般采用电力电子变频器将发电机发出的频率变化的电能转化为频率恒定的电能输出到电网变转数恒频系统。6）风速仪和控制器控制风轮的启停。本讲稿第十五页，共十五页