并網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)第1頁/共52頁第一節(jié)風電場選址和發(fā)電機組的排列

風電場選址風電場風資源評估發(fā)電機組位置排列及尾流效應(yīng)Wasp軟件的原理及應(yīng)用第2頁/共52頁風能資源地形地貌特征風力造成的植物變形受風力影響形成的地貌向當?shù)鼐用裾{(diào)查了解電網(wǎng)連接地質(zhì)條件交通條件地形條件社會經(jīng)濟因素一、風電場選址第3頁/共52頁（一）數(shù)據(jù)驗證（二）數(shù)據(jù)修訂（三）數(shù)據(jù)處理（四）風資源評估二、風電場場址風能資源評估第4頁/共52頁（一）數(shù)據(jù)驗證1.數(shù)據(jù)檢驗完整性檢驗：數(shù)量、時間順序合理性檢驗：范圍、相關(guān)性、趨勢檢驗2.不合理數(shù)據(jù)和缺測數(shù)據(jù)的處理3.計算測風數(shù)據(jù)的完整率4.驗證結(jié)果第5頁/共52頁2.不合理數(shù)據(jù)和缺測數(shù)據(jù)的處理列出再判別替換注明原因、來源第6頁/共52頁3.計算測風數(shù)據(jù)的完整率第7頁/共52頁整理出一套至少連續(xù)一年的風電場實測逐個小時風速、風向數(shù)據(jù)，注明這套數(shù)據(jù)的完整率。4.驗證結(jié)果第8頁/共52頁（三）數(shù)據(jù)處理1.風速和風功率密度2.風速和風能頻率分布3.風向頻率及風能密度的方向分布4.風切變指數(shù)5.繪制風況圖第9頁/共52頁1.風速和風功率密度風速和風功率密度月平均值、年平均值各月同一鐘點平均值、全年同一鐘點平均值第10頁/共52頁以1m/s為一個風速區(qū)間，統(tǒng)計每個風速區(qū)間內(nèi)風速和風能出現(xiàn)的頻率。每個風速區(qū)間的數(shù)字代表中間值，如5m/s風速區(qū)間為4.5~5.4m/s。2.風速和風能頻率分布第11頁/共52頁3.風向頻率及風能密度的方向分布風速玫瑰圖風能玫瑰圖風向玫瑰圖第12頁/共52頁4.風切變指數(shù)第13頁/共52頁年風況圖全年的風速和風功率日變化曲線圖、風速和風功率的年變化圖、全年的風速頻率分布直方圖、全年的風向和風能玫瑰圖。月風況圖各月的風速和風功率日曲線變化圖、各月的風向和風能玫瑰圖。5.繪制風況圖第14頁/共52頁1.風功率密度2.風向頻率及風能密度的風向分布3.風速的日變化和年變化4.湍流強度5.其他氣象因素（四）風資源評估第15頁/共52頁1.風功率密度第16頁/共52頁2.風向頻率及風能密度的風向分布全年的風向玫瑰圖全年的風能玫瑰圖第17頁/共52頁3.風速的日變化和年變化4.湍流強度5.其他氣象因素第18頁/共52頁三、風電機組位置排列及尾流效應(yīng)作為一條指導原則，風電場布置風電機組時，在盛行風向上要求機組間隔5~9倍風輪直徑，在垂直于盛行風向上要求機組間隔3~5倍風輪直徑。（一）風電機組位置排列第19頁/共52頁風電場尾流影響使發(fā)電量減少約5%左右。（二）風電機組尾流效應(yīng)第20頁/共52頁第二節(jié)

互補運行發(fā)電系統(tǒng)概述互補發(fā)電運行系統(tǒng)：由兩種以上的能源組成的供電系統(tǒng)，其中至少有一種能源相對穩(wěn)定。主要特點：系統(tǒng)可靠性高配置靈活性第21頁/共52頁主要類型：風力-光伏互補發(fā)電系統(tǒng)風力-柴油互補發(fā)電系統(tǒng)光伏-柴油互補發(fā)電系統(tǒng)風力-光伏-柴油互補發(fā)電系統(tǒng)第22頁/共52頁主要特點:彌補獨立風力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的不足，

向電網(wǎng)提供更加穩(wěn)定的電能。充分利用空間，實現(xiàn)地面和高空的合理利用。共用一套送變電設(shè)備，降低工程造價。同用一套經(jīng)營管理人員,提高工作效率,降低運行成本。1.風—光互補發(fā)電系統(tǒng)風—光互補發(fā)電系統(tǒng)：風能和太陽能在能量上的相互補充，共同給負載供電。（丹麥學者1981提出）將風力發(fā)電與太陽能發(fā)電技術(shù)加以綜合利用，從而構(gòu)成一種互補的新型能源，是本世紀能源結(jié)構(gòu)的一個新的增長點。第23頁/共52頁風－光互補發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電和儲能配置，應(yīng)考慮： —負荷的用電量及其變化規(guī)律； －蓄電池的能量損失和使用壽命； －太陽能和風能的資源情況。根據(jù)風-光的變化情況，有三種可能的運行模式：

風電機組單獨向負載供電；

光伏電池單獨向負載供電；

風電機組和光伏電池聯(lián)合向負載供電。第24頁/共52頁

風－光互補發(fā)電系統(tǒng)至少由風機、光伏發(fā)電、蓄電池和用電負載等部分組成。系統(tǒng)中由風機、太陽電池和蓄電池聯(lián)合為用電負載供電。最簡單的風-光互補發(fā)電系統(tǒng)如圖所示。風能與太陽能隨季節(jié)、時間、天氣等條件的變化差異很大。為保證供電質(zhì)量，在單獨發(fā)電或互補發(fā)電系統(tǒng)中都必須配備儲能環(huán)節(jié)，應(yīng)用最廣泛的是利用鉛酸蓄電池的化學儲能。第25頁/共52頁（1）風力發(fā)電部分風力發(fā)電部分是利用風力機將風能轉(zhuǎn)換為機械能，通過風力風力發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經(jīng)過逆變器對交流負載充電?；蛘咧苯訉χ绷髫撦d充電。第26頁/共52頁（2）光伏發(fā)電部分光伏發(fā)電部分利用太陽能電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后對蓄電池充電，經(jīng)過逆變器對交流負載充電，或者直接對直流負載充電。風光互補發(fā)電系統(tǒng)中，由光伏陣列負責將太陽光輻射轉(zhuǎn)換成電能，光伏陣列由一系列太陽能電池經(jīng)過串、并聯(lián)后組成。太陽能電池是光伏發(fā)電的最基本單元。第27頁/共52頁（2）光伏發(fā)電部分太陽能電池基本類型單晶硅太陽能電池當前發(fā)展最快，轉(zhuǎn)換效率最高，可達24%。多晶硅太陽能電池

其材料制造簡便，節(jié)約能耗，總的生產(chǎn)成本低，轉(zhuǎn)換效率12%。非晶硅太陽能電池

制造工藝簡單，易于加工。轉(zhuǎn)換效率低，而且不夠穩(wěn)定。第28頁/共52頁（3）控制部分控制部分根據(jù)日照強度、風力大小及負載的變化，不斷對蓄電池的工作狀態(tài)進行切換和調(diào)節(jié)。把調(diào)整后的電能直接送往交流或直接負載；把多余的電能送往蓄電池組儲存；發(fā)電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，保證整個系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。第29頁/共52頁（4）逆變系統(tǒng)（5）直流負載（6）交流負載指以直流電為動力的裝置或設(shè)備，如直流電動機、高強度LED發(fā)光管等指以交流電為動力的裝置或設(shè)備，如日常家用電器、交流電動機。逆變器就是把直流電（例如12VDC）逆變成交流電（例如220VAC）的設(shè)備，一般分為獨立逆變器和并網(wǎng)逆變器。第30頁/共52頁風—光互補發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點：

對氣象資源利用更充分，在適當?shù)臍庀髼l件下可實現(xiàn)晝夜連續(xù)發(fā)電，提高可供電的穩(wěn)定性和可靠性。單位容量投資和發(fā)電成本低于光伏發(fā)電系統(tǒng)。如果太陽能資源和風資源在時間和強度上互補性好，則可減少電池組容量，因而減少了運行成本（蓄電池壽命一般為三年）。第31頁/共52頁與單一系統(tǒng)相比，系統(tǒng)設(shè)計較復雜，對控制和資源要求較高。由于是兩類系統(tǒng)的合成，維護的難度和工作量較高。太陽能和風能在時間上的互補特性隨地區(qū)不同差異大，有時難以保證完全的連續(xù)穩(wěn)定供電。風—光互補發(fā)電系統(tǒng)的缺點

第32頁/共52頁無電農(nóng)村的生活、生產(chǎn)用電半導體室外照明中的應(yīng)用航標上的應(yīng)用監(jiān)控攝像機電源中的應(yīng)用通信基站中的應(yīng)用抽水蓄能電站中的應(yīng)用風—光互補發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用前景第33頁/共52頁第34頁/共52頁2.風—柴油互補發(fā)電系統(tǒng)

風力－柴油聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

風力－柴油聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)組成框圖

風力－柴油聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)組成框圖風力－柴油聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的目的是向電網(wǎng)覆蓋不到的地區(qū)（海島、牧區(qū)）提供穩(wěn)定的不間斷的電能，減少柴油的消耗，改善環(huán)境污染狀況。第35頁/共52頁（1）風力——柴油機并聯(lián)運行系統(tǒng)

風力—柴油發(fā)電并聯(lián)運行系統(tǒng)是一種基本形式。由風力機驅(qū)動異步發(fā)電機，柴油機驅(qū)動同步發(fā)電機，兩者同時運轉(zhuǎn)，并聯(lián)后向負載供電。這種系統(tǒng)中柴油發(fā)電機一直不停地運轉(zhuǎn)，即使在風力較強、負荷較小的情況下也必須運轉(zhuǎn)，以供給異步發(fā)電機所需要的無功功率。第36頁/共52頁（2）風力—柴油發(fā)電交替運行系統(tǒng)這種系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)置，由風力發(fā)電機和柴油發(fā)電機交替給用戶供電，由于風力的隨機波動，故用戶要分成不同的優(yōu)先級保證供電，優(yōu)先載荷所需電能總是被保證供給，其他兩類載荷再有在風力較強時才供電。當風力較弱，對第一類載荷也不能保證供給時，則風力發(fā)電機退出運行，柴油發(fā)電機自動啟動并投入運行。當風力增大并足以供給第一類載荷的電能時，則柴油機停機，風力機自動運行。第37頁/共52頁系統(tǒng)優(yōu)點：可以充分地利用電能，柴油機運轉(zhuǎn)的時間得到減少系統(tǒng)缺點：交替運行會造成短時間內(nèi)用戶供電中斷，而柴油機的頻繁啟停易導致磨損加快，負荷的頻繁通斷則可能造成對電器的危害。風力—柴油發(fā)電交替運行系統(tǒng)第38頁/共52頁（3）集成風力—柴油發(fā)電并行運行系統(tǒng)將同步風力發(fā)電機發(fā)出的變頻交流電進行交流-直流-交流變換，獲得恒頻恒壓交流電，然后再與同步柴油發(fā)電機并聯(lián)，向用戶負荷供電。這種系統(tǒng)可以對用戶負荷實現(xiàn)連續(xù)供電，在用戶負荷不變的情況下，若風速降低，則柴油機自動啟動投入運行；在無風時，則柴油機發(fā)電機向負荷供電。第39頁/共52頁（3）集成風力—柴油發(fā)電并行運行系統(tǒng)優(yōu)點：風力機可以在變速下運行，可以更好地利用風能。缺點：交流-直流-交流裝置中的電子器件的費用較高，特別當風力發(fā)電機的容量增大時，交流-直流-交流裝置及蓄電池的容量也隨之增大，使造價增高。第40頁/共52頁（4）風力機——柴油機——蓄電池聯(lián)合系統(tǒng)

這種系統(tǒng)當風力變化時能自動轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)不同的運行模式。當風力較強，來自風力機及柴油機的電能除了向用戶負載供電外，多余的電能經(jīng)雙向逆變器向蓄電池充電；當短時間內(nèi)負載所需電能超過了風力及柴油機所提供的電能時，則可由蓄電池經(jīng)雙向逆變器向負荷提供所欠缺的電能；第41頁/共52頁優(yōu)點：蓄電池短時間投入運行，可彌補風電的不足，而不需起動柴油發(fā)電機發(fā)電來滿足負荷所需電能，因此節(jié)油效果較好，柴油機啟停次數(shù)也可減少。缺點：投資高，發(fā)電成本及電價比常規(guī)柴油發(fā)電要高。（4）風力機——柴油機——蓄電池聯(lián)合系統(tǒng)

第42頁/共52頁3.系統(tǒng)的實用性評價節(jié)油效果建立風力-柴油互補發(fā)電系統(tǒng)的一個目的就是節(jié)約柴油，所以節(jié)油率是衡量一個風力-柴油互補發(fā)電系統(tǒng)是否先進的重要指標之一。可靠性經(jīng)濟性第43頁/共52頁3.減少成本的措施影響風力-柴油互補發(fā)電系統(tǒng)成本的因素風力特性對成本的影響柴油發(fā)電機特性對成本的影響蓄電池組對成本的影響減少系統(tǒng)成本的措施選擇好的風能資源地點要綜合考慮選擇合適的風力發(fā)電機組合理選擇柴油發(fā)電機容量，合理選擇蓄電池組容量注意設(shè)備維護，增加系統(tǒng)壽命期對容量較大的風電機組，主要依靠進口，可申請免稅來降低成本。第44頁/共52頁美國發(fā)明家多米尼克·米凱利斯父子共同設(shè)計，綜合利用海洋溫差能、波浪能和海上風能、太陽能等多種形式的可再生能源，能全年每天24小時連續(xù)運行。這樣的一個能源島，建造成本超過6億美元，具有250兆瓦的發(fā)電能力，足夠向一個小型城市供電。漂浮在海面上的“能源島”第45頁/共52頁第46頁/共52頁尚德電力關(guān)于無錫尚德太陽能電力有限公司被申請破產(chǎn)重整的聲明尚德電力控股有限公司（紐交所股票代碼：STP）是一家全球領(lǐng)先的光伏企業(yè)，產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于住宅、商用建筑、工