半岛体育app25一、风的形成太阳辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，在不均压力作用下，空气沿水平方向运动就形成风。风是一个矢量，既有大小又有方向。描述风况的两个参数：风向、风速山谷风谷风：由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡山风：夜间由平原或山坡吹向谷地随季节转换的风二、风的特性风随时间的变化风的日变化地面上是夜间风弱，白天风强;高空中却是夜里风强，白天风弱。在沿海地区,白天产生海风，夜晚产生陆风风的季节变化由于在不同的季节，太阳和地球的相对位置不同，使地球上存在季节性温度变化,因此，风也会产生季节性变化规律风的随机性变化日变化典型的不同地点的风速日变化曲线紊流紊流主要是由于气流与地面的摩擦而产生的对于紊流脉动变化，常用标准差与某一测试时间内的平均值的关系来计算。紊流特性是在平均风速的上下10％~2０％内变化。风吹来的方向气象上习惯将风向分为16个方位,即以正北为零,顺时针每转过22。5为一个方位。在一年或一个月的周期中，出现相同风向的小时数占这段时间总小时数的百分比称为风向频率。以极座标形式表示的风向频率图叫风向玫瑰图。单位时间内空气流动所经过的距离风能密度：是气流在单位时间内垂直通过单位面积的风能W=０5ρＶ３风向频率将一段时间内风向观测的次数按方位分类统计,然后以每一方位的观测次数，除以该段时间内观测的总次数,再乘以１00即得到各种风向的风向频风速频率风速的重复性，指一个月或一年的周期中发生相同风速的时数,占这段时间刮风总时数的百分比将风速频率乘以全年小时数,即得到一年中某一风速的小时数。起动风速:风力机在此风速下能够开始转动切出风速:也称上限风速，大于这个风速时，风力机必须停转,退出运行，否则有危险。威布尔分布函数：描述风速分布情况。风速累积分布函数和概率密度函数核能是可裂变原子核在减速中子轰击下产生链式反应释放出来的能量增殖反应堆：每消耗一定数量的可裂变原子核，会产生更多的可裂变原子核,此过程称为增殖，这种反应堆称为增殖反应堆。地热能是来自地球深处的可再生热能。地壳层的温度约为500，地核中心温度可达500０,１0km以内的地壳表层的热量就有１2５１0J，相当全世界储煤发热量的２0００倍。如果人类能源全部用地下热能,则4100万年后地球温25度也只降低１地热能虽不是一种“可再生的”资源，但其储量极其巨大，是人类可长期依靠的能源方式特点：品位低、分散,大规模开发应用困难。太阳能的利用有两种：利用光-热效应,产生热水供热和产生蒸汽发电；利用光—电效应，用硅电池可以直接由光能转换为电能。地球表面海洋面积约占71％。海洋能包括潮汐能、海流能、波浪能和温差能。海洋能是太阳能、太阳和月亮引力能产生的。世界潮汐能总量约10亿千瓦特点：储量不大,品位低、分散，供人类应用是有限的氢是宇宙中普遍存在的元素,约占宇宙质量的７5%，但是在地球上单质氢的含量微乎其微。氢能属于二次能源,只能由其他能源进行转化而得到。高效率制氢的基本途径是利用太阳能。特点:燃烧热值高，燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源只要在汽油中加入4%的氢气,就可使内燃机节油40％。目前，氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段。美国政府已明确提出氢计划,宣布今后年政府将拨款１７亿美元支持氢能开发。美国计划到2０40国每天将减少使用１10０万桶石油，这个数字正是现在美国每天的石油进口量一种天然气水合物,是水和天然气在中高压和低温条件下混合时产生的晶体状物质。可燃冰在自然界分布非常广泛，海底以下0～1500m深的大陆架或北极等地的永久冻土带都有可能存在。资料显示，海底的天然气水合物可满足人类１000年的能源需要。风能是一种无污染的、最具活力的可再生能源，它取之不尽,用之不竭,分布广世界风能总量为2Ｘl013Ｗ,大约是世界总能耗的3倍。如果风能的1%被利用,则可以减少世界3%的能源消耗；风能用于发电,可产生世界总电量的８%～9％。风能利用是否经济取决于风力机轮毂中心高处最小年平均风速。风能最好的地方是大西洋西海岸，特别是英国和爱尔兰地区。德国地区的较好风资源地区在北海岸，其次是中高山区的山上最大风能资源区东南沿海及其岛屿这一地区，有效风能密度大于等于200Ｗm2的等值线平行于海岸线，沿海岛屿的风能密度在３00Ｗm2以上，有效风力出现时间百分率达８０％～9０％，大于等于３ms的风速全年出现时间约70０0～8000ｈ，大于等于６m／s的风速也有4０00h左右。在福建的台山、平潭和浙江的南鹿、大陈、峡泅等沿海岛屿上，风能却都很大其中，台山风能密度为534。４Wm2，有效风力出现时间百分率为90％，大于等于３ｍS的风速全年累积出现７905h。换言之,平均每天大于等于３ms的风速有21．3h，是我国平地上有记录的风能资源最大的地方之一次最大风能资源区内蒙古和甘肃北部。这一地区终年在西风带控制之下，而且又是冷空气人侵首当其冲的地方,风能密度为20０—300Ｗｍ2，有效风力出现时间百分率为7０%左右，大于等于3ms的风速全年有5000h以上,大于等于６ms的风速有200０h以上,这一地区的风能密度虽较东南沿海为小，但其分布范围较广,是我国连成一片的最大风能资源区大风能资源区黑龙江和吉林东部以及辽东半岛沿海。风能密度在2０0W／m2以上,大于等于3ms和６ms的风速全年累积时数分别为5０00～7000h3000h。较大风能资源区青藏高原、三北地区的北部和沿海。这个地区（除去上述25范围）风能密度在１50~2０0Ｗm2之间,大于等于3ms的风速全年累积为4000～5０0０h，大于等于6ms风速全年累积为3000ｈ以上。最小风能资源区最小风能资源区云贵川，甘肃、陕西南部,河南、湖南西部，福建、广东、广西的山区以及塔里木盆地。有效风能密度在50Wm２以下时,可利用的风力仅有20%左右，大于等于3m／ｓ的风速全年累积时数在２00０h以下，大于等于6ms的风速在1５0h以下可季节利用的风能资源区这些地区风能密度在50~１00W／m２,可利用风力3０%~40％，大于等于3m／s的风速全年累积在２００0~4000h,大于等于６压的风速在1０00h左右我国风能资源储量居世界前列,可开发利用的风能总量为2。53亿千瓦,仅次于俄罗斯和美国,居世界第三。20世纪９0年代是我国风能利用的发展阶段，其中的主要设备采用的是进口设施并由国外政府软贷款协助完成。已运行的最大风力机是13ＭＷ,由Nordeｘ公司生产，其台，装在辽宁营口仙人岛风力发电场目前我国已有各种用途的微型风力机（1kW以下）、小型风力机1～1０ｋW）、中型风力机（１0～1５0kW共15万多台。近１0年，我国风电装机以年均55%的速度增长。到2005年底，全国已建风电场５9座,累计运行风力发电机组１869 台，总容量达1２46。3。 国内部分省份主要风电场介绍 内蒙古 可开发的风能储量为1。01 亿千瓦，占全国风能储量的40％，居全国之 首。内蒙古风能分布范围广、面积大、稳定性高、连续性好、无破坏性风速等 优良品位。10m 调试年平均风速在 6ｍs 以上，年可利用 4400～7８0０h，开发 条件十分优越。 2004 年，内蒙古电力公司与北京国际电力开发投资公司签署了《合作开发辉腾 12万千瓦风力发电机项目协议书》该项目投资总额为 亿元，将在2００ ８年奥运会之前分两期兴建总装机容量为１2 万千瓦的风力发电场（7500 kW）。广东省 沿海风能资源非常丰富，风能质量好风能密度高、时间长。有效风能 密度在200~30０Ｗm２以上风速7～8ms,有的地区达4０0~500 Wm２（风速 ８7~9。4ｍs）,有效发电时间约 7500ｈ,占全年时间的 85％目前,广东利用风能 发电在全国排名第二 已建成投产的风电场有南澳、惠来、汕尾风电场。即将 投产的有惠来海湾石二期 万千瓦、东海岛３万千瓦、汕尾甲东1０万千瓦、惠来灯塔10 万千瓦等。 新疆 乌鲁木齐达坂城风电场的单机容量和总装容量居全国第一,并成为亚洲最 大的风力发电场截至 2０0５年,中国电力投资集团公司、新疆风能公司、新疆 天风发电股份有限公司已在达坂城、阿拉山口、布尔津等风区建立 座风力发电场,总装机容量达18 万千瓦,占全国装机容量的14．3% 国家发改委已批准吉林省通榆县48万千瓦风电特许经营权建设项目。到 2０10 年，该县建成全国最大的风电场，年发电8 亿千瓦时，产值5 亿元，税收 8０00 万元。 辽宁 辽宁风电的发展起步较晚,始于 1993 年。省内第一个风电场是大连东港风 电场，最初为4 台３00 千瓦机组。 辽宁风电发展的第一个特点是先行的风电开发鼓励政策；第二个特点：气 象局与电力公司通力合作;第三个特点：省电力公司及其所属的企业、市级电力 25公司等是辽宁风电建设的主力军。 风能利用历史 公元前200 年,波斯人利用垂直轴风车碾米 １0 世纪，人利用风车提水 中国是最早使用帆船和风车的国家之一 1１世纪，风车广泛应用在中东地区，1３世纪风车传到欧洲，14 世纪风车成为 欧洲不可缺少的原动机１8 世纪，荷兰成了著名的风车之国。 19 世纪中叶后期,美国大规模开发西部，为了解决人畜饮水问题,制造了金属叶 片的风轮，驱动活塞泵用于提水，成为有名的美国农场风车。 中国创造的立帆式垂直轴风轮，是将 个帆各编在一个直立的杆上，各帆的正中上端则各由一绳系之，当地称此为走马灯式风车。 中国沿海沿江地区的风帆船和用风力提水灌溉或制盐的做法，一直延续到 20 蒸汽机出现之前,风力机是动力机械的一大支柱，随着煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得,曾被广泛使用的风力机械，由于成本高，效率低,使用 不方便等逐渐被蒸汽机、内燃机、电动机等替代。 风力发电的发展 19 世纪末，丹麦首先开始探索风力发电,建立了世界上第一座风力发电试验站， 研制出蓄电池充放电方式供电的风力机组。 20 世纪 30 年代，美国独立运行的小型风电机组在实现农村电气化方面起了很 大作用,当时的机组多采用木制叶片,固定轮毂和侧偏尾舵调速,单机容量范围为 ０5~3ｋW。 20 世纪３0 年代后,美国开始研制大中型风力发电机。1９41 年设计了一台１２5 ０kW的大型风力发电机,风轮直径53m，二叶片，作为常规电站并入电网。 丹麦在风力机并网方面研究比较深入，最具代表性的风力机是盖瑟风力发电机 组额定功率２00kW，年平均发电量 45 kWｈ，采用异步发电机、定桨距风轮、叶片端部有制动翼片。 19７3 年发生石油危机以后,美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源, 投入大量经费，动员高科技产业，利用计算机、空气动力学、结构力学和材料 科学等领域的新技术研制现代风力发电机组,开创了风能利用的新时期 ２0 世纪７0 年代到８0 年代中期，美、英、德等国政府投入巨资开发单机容量 1０0０ｋW以上的风电机组,如美国波音公司研制了 25００kW和 3200kW的机 组，风轮直径约为 1００ｍ,塔高为８０m，安装在夏威夷的瓦胡岛；这些巨型 机组都未能正常运行,未能形成一个适应市场需求的风电机组制造产业 丹麦风电技术的发展策略是政府不直接支持制造厂商，而是对购买风电机组的 用户给予补贴 另外丹麦政府开始对煤电征收能源税和二氧化碳排放税，对风电的收购电价则 给予补贴，培育出了稳定的风电市场。 丹麦的中小企业,尤其是农机制造商,如 Vestas Bonus,积极开发风电机组产品,政府在里索国家实验室内建立了风电机组试验站 ,并授权对符合安全要求的风电 机组型号颁发认证证书，规定只有获得认证的风电机组产品才有资格得到政府 的补贴 随着航空、航天技术和空气动力学的发展以及计算机、复合材料的使用,风力机 组结构日趋完善，可靠性不断提高小型机已投入商业运营，百千瓦级机组已商 25品化，大型机正在试运行。 开发风能资源的必要性 矿物燃料在利用过程中会带来严重的环境污染问题,空气中的 CO2、ＳO2、 NOX、ＣＯ等气体的增长导致了温室效应、酸雨等现象。 气候变化对人类的种种影响 水资源短缺:如果平均气温上升4 摄氏度，全球就会有30 多亿人面临缺水问题 居住环境恶化:热带风暴和飓风强度可能更大 经济损失加剧:全球年均经济损失从20 世纪60 年代的40 亿美元飚升至290 海平面上升：全球气温升高导致地球两极冰雪融化和海平面上升热浪袭击增加:200３年,仅欧洲夏季热浪就吞噬了3 万人的生命 人类健康受威胁:全球更多的人口将面临疟疾和登革热这两种传染病的威胁 物种变化加剧:全球变暖将导致上百万个物种消失 2005 16日，《京都议定书》正式生效。这是人类历史上首次以法规的 形式限制温室气体排放为了促进各国完成温室气体减排目标，议定书允许采取 以下四种减排方式: 一、两个发达国家之间可以进行排放额度买卖的“排放权交易，即难以完成 削减任务的国家,可以花钱从超额完成任务的国家买进超出的额度。 二、以“净排放量”计算温室气体排放量，即从本国实际排放量中扣除森林 所吸收的二氧化碳的数量。 三、可以采用绿色开发机制，促使发达国家和发展中国家共同减排温室气体 四、可以采用“集团方式,即欧盟内部的许多国家可视为一个整体，采取有 的国家削减、有的国家增加的方法，在总体上完成减排任务 2０世纪的两次世界范围内的石油危机，迫使人们寻求和发展可替代化石燃料 的其它能源，世界经济的发展也对能源供应提出了稳定持续增长的要求。 能源需求和供应将持续上升未来50 年，化石燃料仍然占据重要位置 天然气的份额明显扩大 石油和煤炭所占比例将逐渐下降 可再生能源在2０3０年后开始逐渐被大规模应用 发展中国家未来能源需求可能增长迅速,特别是亚洲地区 资源短缺：能源资源总量少，优质资源尤其短缺。 人均拥有的资源只有世界平均值的40％； 石油资源严重不足，可采储量仅占世界石油可采储量的 3％左右,剩余可采储量 仅占世界剩余可采储量的 1。8％。若按人均占有量比较,中国仅为世界平均水平 的１3％和 8% 效率低下：能源利用技术落后,能源利用效率低。 中国总能源效率为３２％,约低于世界平均水平 10 个百分点单位ＧDP 能源消耗 是美国的３。5 倍、欧盟的 5。９倍、日本的 中国正处在经济高速增长时期，工业化、城镇化、小康社会建设都需要能源作为支撑,能源消费总量将不断提高,大力提高效率是降低能源消费总量的重要措施 之一。 环境污染：煤烟型大气环境,土壤酸化，粮食减产，植被破坏，引发呼吸道疾病; 25中国排放的温室气体比世界平均水平高出 5０％，位居世界第二位。不远的将 来，中国将在排放问题上超过美国,成为世界第一大温室气体排放国 能源结构不合理:以煤为主，偏离当前世界能源消费以油气优质能源为主的基本 趋势和特征 大量消耗煤炭造成严重的空气污染,世界上空气污染最重的１0 城市有 SＯ2排放量居于世界第二位，酸雨影响到了三分之一的国土面积。 CO２排放量居于世界第二位，在气候变化和温室气体排 问题上承受着越来越 大的国际压力。 矿物燃料的另一种影响是耗水量大，在华北地区成了突出问题。 人员储备不足 德国有 1６00 万千瓦的风电装机，就业人员为 万多人我国风电行业的就业人数不足千人，工程技术人员不足百人。 产业准备不足 我国只有75０千瓦以下的风机制造技术开始商业化，而世界主 兆瓦以上的风机已从2０0５年后统治市场。大规模发展已经 开始对国内的企业形成压力，我们什么时候有自己的GE、Vｅstas 或者Suｚlon? 产业发展 200３年,国产风机在市场上的份额占居了18％，2004 年，一批专 业化的制造企业开始进入风机制造业，如上海电气、大连重工、东方汽轮机、 航天集团,海外的企业也开始行动。2010 年,中国可能成为世界上最重要的风机 制造基地 我国发展风电的必要性 满足能源供应 促进地区经济特别是西部地区的发展 改善中国以煤为主的能源结构 促进风机设备制造业的自主开发能力和参与国际市场的竞争能力 减少温室气体排放 在解决老少边地区用电、脱贫致富方面发挥重大作用 风力发电现状与前景 国外风力发电现状 自199５年以来,世界风能发电速度几乎增加近5 倍,而煤发电却下降了9%。 2001年底，全球风能发电比上一年增长了 35％，美国、意大利和德国的年 增长高达50%以上。德国风电量已占全国总发电4。7％以上,丹麦风电已超过总 发电量的２0%。全球风电行业就业人数超过1０万人。 2000年开始,欧洲等国建设商业化近海风电场示范工程获得成功,大规模开发 近海风能资源。 2０世纪９０年代是我国内能利用的发展阶段,主要设备采用的是进口设备并由 国外政府软贷款协助完成。 近1０年，我国风电装机以年均55%的速度增长 风力发电展望 ２010 年将达到４０0 万千瓦 ２０１５年将达到１０0０万千瓦 ２０２0 年将达到2000 万千瓦 吐鲁番将兴建我国最大风力发电场 江西首个风力发电厂通过预可研报告 江苏将建全球最大风力发电场 25浙江舟山将建成亚洲最大海上风电场 甘肃将建世界最大风电场 上海将建１０万千瓦海上风电场 风电设备的制造商 欧洲制造业先行者 国外真正有现代工业意义的风力发电机组制造业起源于20 世纪7０年代末。 当时丹麦的风力发电机组的制造商主要由一些农机企业转化而来。Vesｔaｓ原 来是制造拖拉机犁伴的企业，Bｏnus 是一个制造喷灌设各的企业，Nｏrｄtaｎ ｋ是一个制造油罐、水罐的企业。 80 年代中期，这些企业年销售额大约在1００0 万美元以下,年生产不到100 ０0千瓦量级的风力发电机组经过约２0 年的发展，这些企业已发展成跨国大 企业,如Vｅsｔas 已发展成为年销售 60 亿～70 亿欧元，年生产约１00 万千瓦风 力发电机组的跨国企业。 美国的以波音公司的技术为代表的二桨叶、变桨距调节和同步发电机的风力发 电机组。在美国联邦政府的优惠政策的支持下，８0 年代初，美国的风电市场 得到飞速的发展。但由于美国型的风力发电机组安全性差，很快被市场所淘 德国凤电设备的制造比丹麦起步稍晚,但是依赖其庞大的工业体系和独特的创造能力，产生了一个又个大大小小的制造明星。 20 世纪 9０年代中期，在西班牙政府的支持下,西班牙的大企业 Gａｍesa、EＨ 等公司利用与丹麦公司合作的机会,切入风力发电机组制造行业。现在Game ｓａ不仅已成为世界前五位的风力发电机组的制造商,还在技术上有所发展，成 为Vestａｓ在全球市场上的有力竞争对手。 2０世纪 90 年代中，在印度政府的政策支持下,印度的风电产业得到飞速发展各 个欧洲公司纷纷到印度建立合资企业。在市场的拉动及部件制造基础的带动 下，印度的风力发电机组制造业得以脱颖而出。如 Suzlon 已于 2004 年跻身于 世界风力发电机组制造商十强。 中国风机制造业 ２0 世纪 8０年代，我国科研单位先后开发了 20 千瓦、30 千瓦、４0 千瓦和５0 千瓦的风力发电机样机。这些机组的主要特点为:３桨叶、退役直升机桨叶、变 桨距调节、同步或异步发电机、继电控制。 １983 年,我国引进了3 台５5 千瓦Vesｔas 风力发电机。通过技术交流与合作、 我国于 9０年代先后开发成功了 5５千瓦、１２０千瓦、200 千瓦和 300 千瓦风 力发电机组。这些机组基本上是三桨叶、定桨距失速调节、玻璃钢桨叶、微机 控制这里有引进国外技术,中外台资及在国外先进技术的基础上消化吸收、自主 开发等各种方式进行技术开发 在国家科技部的支持下我国自行开发成功 200 千瓦风力发电机组,其国产化率达 ９０%以上,并拥有完全的知识产权。本世纪初开始,新疆金风６0０千瓦浙江运 250千瓦风力发电机大批量进入市场。新疆金风、浙江运达 750 千瓦开发成 功并投入市场。2００４年国产风力发电机占当年累计总装机比例为1８％ 风电场的环境问题噪声影响 风电机组噪声的来源:一种是风轮叶片旋转时产生的空气动力噪声，从叶片后缘 和叶尖处的涡流发出。另一种是齿轮箱和发电机等部件发出的机械噪声，通过 25精心设计,如改进叶片外形和增强机舱隔声性能等，可以将噪声减小到能够接受 的程度。现代300kＷ机组在8mS 风速运行时，距离机组200m处的噪声水平是 4５dＢA，丹麦规定这是单台风电机组与居民住房最小的距离,而风电场则应 该是 500m。另外一种限制的指标是风电机组运行时的噪声水平，应当不超过当 地现有的夜间背景噪声水平５dB 对电磁波的干扰向前散射，使电视信号随风轮转速引起不同程度的衰减反 问散射,电视画面会出现重影或变形 对生态及景观的影响 传统能源的真实生产成本包括那些不得不由社会吸收的代价,包括健康影响和当 地及地区性的环境恶化，从汞污染、酸雨到气候变化这样的全球性影响。 欧盟委员全通过一个叫做“外部性Ｅ的项目,试图量化传统 能源的真实成本。 外部性Ｅ:Eneｒgy、Ｅcoｎｏmy、Eｎｖironmenｔ 如果将外部成本内部化,煤和石油发电的成本将翻倍，天然气的成 本则全上升３ 0%。这还不包括因为气候变化引起的健康、农业和生态破坏如果这些成本被计 算进电力价格,许多可再生能源包括风力发电,将不需要任何政府政策扶持，而获 得完全的市场竞争力在欧盟，仅２００5 年一年，风电就避免了５0 亿欧元的 外部环境成本的发生 内部成本:生产1 千瓦时电能项目所花的费用; 外部成本：生产或消耗1 千瓦时电能所需的外部代价。 火力发电的外部成本主要是由其燃烧化石燃料时释放的气体所造成的。 风电的环境效益取决于它所避免的火电电量的污染，污染程度与火电厂煤的质 量、锅炉燃烧及发电技术有关,各地区不尽相同现以每ｋWh 消耗 380ｇ标准 燃煤为例，评估装机容量１0 kW，年发电量２３亿ｋWh的风电场环境效 益来看,每年可节约标准燃煤 8．７4 t，大约相当于原煤18 t,可减排烟尘11５0ｔ,灰渣２。76 t,二氧化硫1403t,氮氧化物 1035t,二氧化碳 265 kWh风电可避免的污染成本量为０．18 元，则上述１0 kW风电场的环境效益估计每年约４000 万元。 从整个生命周期分析，同样可以获得风电场作为优质能源的印象。以一个 10 万千瓦的风电场为例，研究表明:风电场平均运行 14 天时间,其上网电量就足以 补偿为了制造,装配和安装风力发电机组设备过程中所发生的直接能源消耗;风电 场平均运行 l0８天，其上网电量就足以补偿为了得到这些设备过程中所用原材 料而发生的综合能耗;风电场平均运行4~５天，其上网电量就足以补偿为了运输 这些设备而消耗的能量。三部分能量的总和，风电场平均运行 126．5 天可以完 全补偿 这就是说，建成一个 10 万千瓦规模的风力发电场所消耗的能量,风电场平均运 个月多一点就可以完全补偿。如果风电场寿命按２0年计算，则可以发出 建设一个风电场所消耗的能量 58 倍的电力,这是一个相当大的能量效率值由此 可见,风力发电对于资源节约、环境保护的效益是十分显著的。 创造就业机会 美国的一项研究表明，生产同样的电力,风电比煤炭发电多创造 27%的就业，比 天然气联合循环发电多创造６６％的就业。 根据美国新能源政策项目的研究结果,在美国,每生产 100 万千 瓦的风机，可产 生的潜在就业人数为:制造业３００0 人、安装 7０0 人、运行维护 600 25欧洲风能协会指出，到２020 年，世界各地将创造出 1８0 万个与风电产业有关 的就业岗位。丹麦的就业数据表明，每生产 17个人的就业机会在人口只有 500 万的丹麦,就有 万人从事风电产业,并且形成了一个营业额达到30 亿欧元的庞大产业。 据美国世界观察研究所的一项报告，１0 亿千瓦时发电量，用煤炭或核燃料只 提供1００-１６0 个就业机会，而风电场则可以提供542 个工作岗伍。 中国的风电直接从业人员大约为:零部件制造业约 35０0 人：整机制造业 300 以上；风电场运行维护500 左右；此外还包括相关基础行业及风电场投资、风 电场建设、风机吊装及运输等。２０２0 年如果我国建成 3000 万～4000 万千瓦 的风力发电，至少可以提供15 万～20 万个新的就业岗位。 脱贫致富的手段 内蒙古的辉腾锡勒风电场所在的县财政收人的７0％来自于风力发电,同时当地 人民还发展了旅游业、土特产加工业等,使得当地的人民逐渐地富裕起来辉腾锡 勒的经验己经传播到甘肃的安西地区、宁夏的贺兰山地区、吉林的通榆地区， 这些地区部有机会建设成为百万千瓦的特大型风电场。 减少气候变化和其它环境污染； 创造就业，促进地区经济增长和革新; 能源供应多元化,减少石油消费量； 提供能源安全，防止因获取自然资源而产生的冲突： 通过增加能源获得减少贫困; 提供对抗化石燃料价格上涨的工具； 燃料免费、充足、永不耗竭； 全球风力资源大于全球能源需求； 提供公用事业规模的电力供给： 标准化且安装迅捷； 不存在致命和难以控制的环境危害。 风能价值 经济效益角度：利用风能时所节省的燃料费、容量费和排放费。 社会效益角度:相当于所节省的纯社会费用 节省燃料 容量的节省 风电储备容量计算方法：利用统计学方法分析整个系统的可行性 和计算出有风机和没有风机的发电系统的最小的必需的常规发电能力。 风电的优点：蕴藏量大、可再生、无污染、不淹地、建设周期短、投资灵活、 自动控制水平高、运行管理人员少等。 风电的缺点：它是一种密度小的随机性能源。 世界风力发电发展过程概述 1973 年发生石油危机以后,美国、西欧等发达国家开创了风能利用的新时期。 丹麦、德国和西班牙等欧洲国家相继出台了激励风电发展的政策，使这些国家 成为风电机组市场扩展最快的地区。 风电场于 2０世纪 80 年代初在美国加利福尼亚州兴起，此后美国风电随政策变 化而起伏式 发展。 印度是一个缺电的发展中国家，政府制定了许多鼓励风电的政策，因而风电增 长很快，本国的风电制造商Ｓuzｌｏn 公司,其在印度市场中份额占第一，产品 还出口美国和欧洲200６年3 月在天津建立风电设备制造基地 欧洲将风电的发展作为实现减排CO2 等温室气体承诺的措施，开发风电的动力 10 25主要来自改善环境的压力。 古巴将开发风电作为能源政策的重要部分。 国际上风电发展不成功的案例是英国的“非化石燃料义务法”，采用招标方 式按投标最低上 网电价选择风电投资者，结果装机容量落后于欧洲其他国家，风电设备制造业 也倒闭,放弃 招标政策以后才加快了发展。 风能资源 陆地风能资源的理论储量为３2．26 亿kW，可开发的风能资源储量为２。53 kW,主要集中在北部地区，包括内蒙古、甘肃、新疆、黑龙江、吉林、辽宁、青海、西藏，以及河北等省、区。 沿海及其岛屿，其可开发量约为 10 kＷ，主要分布在辽宁、河北、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省、市、区 便利的风电 AAB 国际的风车转动在世界各地，中国北京的长安街、繁华的 上海淮海公园，AAＢ的风车都为其铸造了一道风景线。证明中国在解决能源危 机的问题上有足够的实力。阳光下转动的五彩风车缓解了传统电力的紧张,也正 是绿色北京，绿色奥运的真实写照。 与相同容量的火电机组相比,东方风力发电场安装的 1８台风机每年可节约标准 9046。4吨,节水５4016。7 吨，向大气层减少排放有害烟尘 6４。57 氧化碳１４8．82吨、氮氧化物81２３吨。 一吨柴油由原来 32０0 元涨到了４５00 元，运河上不少船老大纷纷安装起风力 发电机，以节约运输成本 风力发电为海上养殖场提供了正常用电 开发新能源是国家能源建设实施可持续发展战略的需要，是促进能源结构调 整、减少环境污染、推进技术进步的重要手段。风电以其丰富的资源、良好的 环境效益和逐步降低的发电成本,将成为２１世纪中国重要的电源。 全国风电规划目标:国家发改委制定《国家风力发电中长期发展规划》,并广泛征 集各省发改委（计委）和有关单位的意见,提出了到 2０20 年全国建设 2０00 ２01０年底，全国风电总装机规模达到４０0 kW，重点开发东南沿海、东北、内蒙古、河北等地的几个数十万千瓦规模的风电场; 201５年底,全国风电总装机规模达到 10０0 kW,重点建设东南沿海和河北（包括北京）等地的风电项目，同时在东南沿海开展海上风电项目的建设; 20２0年底,全国风电总装机规模达到 3000 kW，约占全国电源的3%，风 电电量约占 %重点建设百万千瓦级大型风力发电基地,并在近海海域建设若干个海上风电项目。 到2030 年装机 亿千瓦到2050 年装机 亿千瓦风电要在能源供应和减排温室气体方面起显著作用是2020 年以后。 风电巨头齐聚中国 可再生能源成投资热点 三峡等三公司联合进军海上风电项目 近日，全球第二大风电巨头西班牙歌美飒公司在天津设立的风力发电机生产基 地正式投产,这是歌美飒在海外仅次于美国的第二大生产基地,2０08 年前总投资 额将达６0００万欧元。至此，包括丹麦维斯塔斯、印度苏司兰、GE 能源在内 的全球四大跨国风电巨头已齐聚中国。 11 25三峡开发总公司与中国海洋石油总公司、上海申能集团有限公司签订合作协议, 三方按照３4％、33％、3３％的出资比例组建联合体,参与上海东海大桥海上风 力发电项目投标竞争。位于上海东海大桥附近海域的我国第一个海上风力发电 场，计划总装机容量10 万千瓦,可满足约20 万户普通家庭1 年的用电需要。 我国西部风电开发持续升温 我国西部内蒙古、新疆等风能资源富集省区近来风电建设加速，目前在建或 “十一五”期间待建的风电项目总装机容量约 80０万千瓦,相当于目前全国风电 装机总量的６倍左右。 风电设备将成为我国环氧树脂行业未来大市场 为适应中国风力发电市场,满足于中国风场兆瓦级的设备需要,推动中国风力发电 的蓬勃发展，香港翔运国际集团有限公司引进世界先进的风力发电技术，特在 中国不同地区生产组装兆瓦级风力发电机组，并把总部设在北京,指导操作风力 发电机组在中国的研发、引进、设计及系列化生产组装。 国家发改委：风力发电将享受多项优惠政策 我国风力发电已进入了大发展时期，但技术产能、市场均还主要控制在外国公 司手中，我国的制造业眼看着真金白银流入别人腰包。我国到 2０10 30００万千瓦的宏伟目标并且正在制定相关的包括电价和分摊等等优惠政策。 国家对风力发电给予政策优惠 据新华社信息 日前从国家经贸委获悉，我国风力发电开始实行按增值税应纳 税额减半征收的优惠政策按照这一新政策,风电电价平均将降低约 0．05 0。06元,新建风电场电价水平有望降到每千瓦时0．5０元以下 这项政策是国家经贸委与财政部、国家税务总局协调提出并得到国务院批 准的。这项政策的出台将对我国风力发电产业化发展产生积极的影响。 据介绍,我国风能资源丰富，理论蕴藏量为 3２．２6 亿千瓦，初步估算可 开发的装机容量就有 253 亿千瓦，居世界首位,与可开发的水电装机容量 亿千瓦为同一量级，具有形成商业化、规模化发展的资源潜力风力发电前景广阔 受益国家政策扶植 有望成为新能源龙头 近期国家频频发布对新能源的扶植政策,《可再生能源发展专项资金管理暂行办 法》出台后,财政部将设立专项资金扶植可再生能源的产业化,专项资金将大力支 持生物能源、太阳能、风能等可再生能源的研究开发和推广应用。 在最新出台的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中明确提出，要重 点研究开发大型风力发电设备，沿海与陆地风电场和西部风能资源密集区建设 技术与装备具体的扶持政策是每万千瓦风电可获得２000 万元财政补贴。 国内风力发电的龙头企业，有望获得国家财政补贴近１0 风力发电：在政策助推下快速起步风力发电借政策东风谋壮大 风力发电暂不参与市场竞争，所发电量由电网企业按政府定价或招标价格优先 收购。 国家经贸委关于加快风力发电技术装备国产化的指导意见 我国风力发电实行按增值税应缴纳税额减半征收政策 国内首个风电专业落户华北电力大学 在今后几十年中，风力发电将在中国规模化发展。而据有关专家介绍,目前我国 许多从事风电的技术骨干缺少风电方面的专业培训和技术学习，复合型风电人 12 25才和优秀的风电总设计师更为短缺，风电方面专业人士的短缺成为制约我国风 电发展的瓶颈。同时，我国大型风力发电设备国产化率很低,风电领域的科技创 新能力明显不足，国家缺少风电人才的培养基地和科研基地。 国家发改委十分重视风电人才培养基地的建设，向教育部推荐华北电力大学成 立风能专业，并计划通过世界银行的赠款项目给予支持华北电力大学校长刘吉 臻表示,针对风电人才紧缺的现状，学校及时拓宽人才培养领域,开设了风电方向 专业,并将抽调部分二、三年级学生到该专业学习，以满足社会对此类人才的需 求。几年后,他们将成为社会上的紧俏人才 《中国教育报》20０６年9 月28 月华电第一批3０名风电专业本科新生已报到入学，“４年之后，这些 毕业生很可能成为市场的抢手货。”华北电力大学校长刘吉臻在会上说。 华电计划逐年扩大招生人数，到２010 年本科生规模达到 120 “十一五期间,除了要办好风电本科专业，该校还计划建设一个国家级的风力发电实验室,以及一个“亚洲风能培训中心”,面向全球培养国际化高级风电人才 “中国风能发展战略论坛”21 日开幕,与会人士普遍认为，要发展中国的风电产 业，必须加快培养专业人才。 据专家估算，到 2020 年中国将有几十万人从事风电产业，其中包括好 几万专业人员。但目前中国风电人才严重短缺,中国公办高校的本科专业设置一 直由教育部严格控制。 风力发电基本理论 风力机 风力发电机 风电机组控制系统 风电机组的液压与刹车机构 风电机组的偏航系统 风电场的集散控制系统 风电机组运行、维护与风电场管理 风力发电相关理论 风能资源测量与评价 风轮的工艺设计与制造 风电机组齿轮箱 风力机组部件的强度与振动 风电机组的塔架与基础 风力发电机组的安装与调试 风力发电场的施工建设 风力发电基础知识 材料学 动力学 机械学 电工学 电气理论 计算机应用技术 热能与动力工程专业学科基础课 机械设计基础 13 25金属材料 工程力学 工程流体力学 电工学 自动控制原理 可编程控制器及应用 我国有丰富的风能资源，因此风力发电在我国有着广阔的发展前景,而风能利用必将为我国的环保事业、能源结构的调整，减少对进口能源依赖做出巨大的贡 献展望未来随着风电机组制造成本的不断降低，化石燃料的逐步减少及其开采 成本的增加，将使风电渐具市场竞争力，因此其发展前景将是十分巨大的。 风力发电的成本 1、发电成本的组成:ﻫ 资产成本:建立电站,输电线路ﻫ 运行成本：电站 其一是技术因素,如风速和风机的特性，二是经济因素如投资收益率和投资回收期。 成本下降的原因： 生产越多的风机，其成本也越低。 单机容量越来越大,减少基础设施的费用； 风电机组可靠性的改进减少了运行维护的平均成本; 风电机组越来越便宜并且高效； 贷款机构对风电技术的信心增强地，融资成本越来越低； 随着开发商经验越来越丰富，项目开发成本也在降低; 大规模开发可吸引风电机组制造商和其他供货商提供折扣，使场址的基础设 施费用均摊到更多风电机组上以减少单位成本,现时可高效利用维护人员。 与传统能源比较 据世界银行专家估计，到 2010 年我国煤电污染治理成本将达到 0．0８元千瓦 时，导致火电成本呈上升趋势。 风电价格将从近年的 0．55 元千瓦时,下降到 202０年的 0。40 元千瓦时左右； 而煤电价格将从近年03５元千瓦时，上升到0．４0 元／千瓦左右 中国风电成本现状 相对于国际水平而言,中国风力发电成本和上网电价相对较高,２０00 年以前建 成的风电场，其上网电价均在0．5 元千瓦时以上。 拟建的１0 万千瓦风电项目为测算对象，并假定采用 600 千瓦大型国产机组 （国产化率不低于６0%，风电年平均满发时间为２３0０小时，工程造价不高 7900元千瓦，15 年还贷,资本金内部收益率控制在 12％以内，经管期按２0 年计，测算其平均电价结果为: 风力发电经营期平均成本一般为 0．32 元千瓦时,上网电价含增值税为 0．64 千瓦时，不含增值税为0５5元千瓦时。 235万千瓦新建的燃煤电站为测算对象，测算煤电的平均电价水平，其结 果为发电成本０２2７元千瓦时,含税上网电价 0．352 元千瓦时,不含税电价为 0。314 元／千瓦时。从风电与煤电上网电价的比较结果看，风电上网电价比煤 14 25电高出40％以上，每千瓦时高出026 导致我国风电成本高的原因:固定资产折旧费用大,比例高。在燃煤发电成本中折旧费用的比重约 20％— 22%,而风电却高达53%，高出1 倍多风电设备维修费用也很高。 风力发电容量系数低,发电量小。 风电税负较重。 风电上网电价 风电的上网电价主要是取决于资源条件例如，西班牙、澳大利亚和美国风能资 源条件较好，上网电价较低，一般在每千瓦时 美分,德国、意大利等国风能资源较差,价格分别每千瓦时从8~13 欧分不等。 风电的上网电价，都考虑了其环境外部成本。 污染成本ﻫ 为了确定真实的发电成本,则污染成本和其他一些”额外＂ 成本也应包括在计算中。额外成本是一些用于人体健康和环保等方面的成本,它 们在电价中都没有反映出来,它们也被作为”社会成本。 单位千瓦造价是指风力发电系统每千瓦的投资成本: 总投资包括设备费，设备运 输及安装费用，土建费用，征地费用,修路费用,风电场前期费等。 单位千瓦时投资成本 单位千瓦时投资成本是指在设备使用期（一般 2０-30 年范围内每生产单位千 瓦时电量所需要的投资费用，单位是元／kWh, 年固定费:包括设备年折旧费、摊销贷款利息、人工费、管理费、税金 运行维护费:包括计划内的保证风电机正常运行所进行的正常维护费用。 大修费：指风力发电设备在使用期内大修的年平均费用。 财务内部收益率FIRR）和财务净现值（FNPV 财务内部收益率（FＩＲR是指项目在整个计算期内各年净现金流量现值累计 等于零时的折现率。它反映项目所占资金的盈利率,是考察项目盈利能力的主要 动态评价指标。表达式为: 当风电项目的财务内部收益率大于电力行业基准的财务内部收益率时,即可说明 项目的盈利能力已满足最低要求,在财务上是可以接受的。 财务净现值FNPＶ）是按行业的基准收益率或设定的折现率将项目计算期内各 年净现金流量折现到建设期初的现值之和,它是考察项目在计算期内盈利能力的 动态指标，其表达式为： 财务净现值可以通过现金流量表计算出来，大于或等于零的项目是可以考虑接 投资回收期是指以项目的净收益抵偿全部投资所需要的时间,它是考察项目在财务上的投资回收能力的主要静态评价指标,投资回收期（以年表示一般从建设开 始年算起，其表达式为: 若求出的投资回收期小于行业的基准投资回收期,则表明项目投资能在规定的时 间内收回。 投资利润率 投资利润率是指项目达到设计生产能力后的一个正常年份的年利润 总额与项目总投资的比率，它是考察项目单位投资盈利能力的静态指标，其计 算公式为： 将项目的投资利润率与行业平均投资利润率比较，可以判别项目单位投资盈利 能力是否达到本行业的平均水平。 15 25风电经济性的影响因素 1、发电量 发电量是风电场一切收入来源的载体，发电量的多少直接影响到风力发电的经 济性,影响发电量的因素有： （1风资源:包括风力发电机轮毂高度处的年平均风速,风速频率分布,主风向是 否明显、空气密度、湍流强度等。 2）风场的风力发电机布置：如何充分利用场地，考虑风机之间的相互影响， 使整个风电场的发电量达到最优不一定最大。 （3风力发电机选型:根据风资源情况选用合适的风力发电机类型,同种类型的风 机要比较其功率曲线，同时要进行综合的技术经济比较 （4）风力发电场的运行管理水平 2、投资 投资是影响风力发电经济性的另一重要因素，影响风电场投资因素有： １风力发电机的造价：占风电场投资的大部分7０％－8０％），降低风机造 价是提高风力发电经济性的有效途径。 ２）风机设备进口环节关税和增值税,是否减免直接影响到机组的造价。 （3）风电场配套部分投资：２０%－３０％左右，这部分投资相对比较固定， 不同场址有所不同、地形、地质条件，距离电网远近,风电场配套设施及电网的 投入系统等因素都对这部分投资有影响。 3、融资成本 目前风电场的资金来源一般除了 20％左右的资本金外，其余的主要 依靠银行贷款解决，贷款条件利率水平,还款期长短,手续费高低等直接影响到 风电场的投资及将来的财务成本,从而影响风力发电的经济性。 4、运行管理费成本 主要包括风机运行时的维护费和工作人员的工资 5、发电环节税收政策 风力发电是一种无污染、可再生的新能源发电，政府应提供优惠的税 收政策，减免增值税及附加、所得税等。 风电场经济性分析 １、风电场建设项目经济评价 财务评价：在国家现行财税制度和价格体系的基础上,对项目进行财务效益分 析，考察项目的盈利能力、清偿能力等财务状况，以判断其在财务上的可行 国民经济评价：在合理配置国家资源的前提下，从国家整体的角度分析计算项目对国民经济的净贡献,以考察项目的经济合理性。 财务评价和国民经济评价绪论都可行的可以通过,反之否定。 国民经济文化合作绪论不可行的项目,一般应予以否定 某些国计民生急需的项目,如国民经济评价绪论好，但财务评价不可行,应重新 考虑方案。 风电场环境效益评估 主要体现在不排放任何有害气体和不消耗水资源，从而减少因燃烧煤而造成的 污染和危害健康的有害气体。 风电的环境效益取决于所避免的火电电量的污染 两大核心系统:风力机系统＋ 发电机系统 16 25一个灵魂： 系统控制器 风力机系统： 桨叶 轮毂 主轴 调桨机构（液压或电动伺服机构） 偏航机构（电动伺服机构） 刹车、制动机构 风速传感器 发电机系统： 发电机 励磁调节器电力电子变换器 并网开关 软并网装置 无功补偿器 主变压器 转速传感器 １）按风轮桨叶分类 失速型:高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰流器动作,限 制风力机的输出转矩与功率; 变桨型：高风速时,调整桨距角，限制输出转矩与功率。 （２按风轮转速分类 定速型:风轮保持一定转速运行,风能转换率较低； 变速型:包括以下两种方式 双速:可在两个设定转速下运行,改善风能转换率； 连续变速:连续可调，可捕捉最大风能功率 （３）按传动机构分类 升速型:用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机。 直驱型:将低速风力机和低速发电机直接连接。 （4）按发电机分类 异步型：笼型单速异步发电机、笼型双速变极异步 发电机;绕线式异步发电机。 同步型:电励磁同步发电机；永磁同步发电机。 ５）按并网方式分类 并网型：直接或间接并入电网,可省却储能环节。 离网型：需配储能环节，也可与柴发、光伏并联运行。 按功率调节方式分:定桨距失速型、变桨距 按叶轮转速是否恒定分: 恒速发电机、变速发电机 其它机型:主动失速型、无齿轮箱型 风轮旋转平面与风向垂直 叶片径向安装,与风轮旋转平面成一角度 大型风力机叶片数少，转速高，用于发电 小型风力机叶片数多，转速低，用于提水 垂直轴式风力机 17 25利用空气动力的阻力做功 启动转矩较大 风轮产生不对称气流，受侧向推力 风能利用系数低，提供的功率较低,不宜用作发电 达里厄式风力机 利用翼型的升力做功 Φ型风轮弯叶片只承受张力，不承受离心力载荷 Φ型叶片重量轻，转速高 不便采用变桨矩方法实现自启动和控制转速 扫掠面积小 风力发电机系统的分类： 恒速恒频风力发电机系统: 1）同步发电机系统 2笼型异步发电机系统 （3）绕线转子RCC 异步发电机系统 变速恒频风力发电机系统: （1）变速恒频鼠笼异步发电机系统（高速） 2变速恒频双馈异步发电机系统（高速） （3）变速恒频电励磁同步发电机系统（中、低速） （4变速恒频永磁同步发电机系统（中、低速） ５）变速恒频横向磁通发电机系统中、低速） 恒速恒频同步风力发电机系统 三要素: １同步发电机 ２调速器 （3）励磁调节器 同步风力发电机的并网条件： 发电机输出的三相交流电压与电网电压应满足四同条件，即： “同相序、同幅值、同频率、同相位” 同相序：由正确的旋转方向保证 同幅值:由励磁调节器自动保证 同频率：由调速器保证,桨距调节可用作并网调速器 同相位:由调速器微调实现 同步风力发电机系统的主要问题: （1）并网问题：并网控制复杂，对调速器要求过高，并网过程长，成功率较低, 冲击电流不易控制，不适合于频繁脱、并网的风力发电机 （2）运行问题：转子转速受电网频率的钳制，发电机呈现刚性机械特性。转子 受到的冲击应力大,电磁功率波动快，风力机的风能转换率偏低。 （3）过载问题：高风速时,对变桨调节的动态响应要求高，无法利用转子惯量 缓冲。留给过速保护的响应时间太短 恒速恒频同步风力发电机系统极少被采用！ 恒速恒频笼型异步风力发电机系统 三要素: 1）异步发电机 18 25（2）调速器 3）无功补偿器 笼型异步风力发电机的工作原理—旋转磁场 向对称三相绕组中通入对称三相交流电流，可形成行波磁 旋转磁场在一个圆周内，呈现出的磁极Ｎ、S极）数目 称为极数,用2p 表示。 对数p:笼型异步风力发电机的工作原理—电磁感应 （1定子三相电流产生旋转磁场,以同步转速n1 旋转