新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)（風(fēng)電光伏核電）

1234123風(fēng)力發(fā)電的根本原理及結(jié)構(gòu)4中國是一個能源資源相對貧乏的國家，人均占有能源資源僅相當(dāng)于世界平均數(shù)的一半。

主要化石資源占世界資源的比例和排名煤11.6%第3位石油1.7%第11位天然氣1.0%第18位中國的能源狀況

我國化石能源的結(jié)構(gòu)：石油、天然氣資源數(shù)量明顯低于世界平均水平,資源構(gòu)成以劣質(zhì)能源為主。中國的能源狀況2009電源裝機(jī)容量電量(GW)(%)(TWh)(%)煤電65275%298782%水電19723%51314%核電9.11.0%701.9%風(fēng)電263.0%260.7%合計874100%3664100%

我國電源裝機(jī)及發(fā)電情況1、風(fēng)力發(fā)電的根本原理及結(jié)構(gòu)1.風(fēng)力發(fā)電的根本原理及結(jié)構(gòu)工作原理風(fēng)以一定的速度和攻角流過槳葉，使風(fēng)輪獲得旋轉(zhuǎn)力矩而轉(zhuǎn)動，風(fēng)輪通過主軸聯(lián)接齒輪箱，經(jīng)齒輪箱增速后帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的根本原理及結(jié)構(gòu)1.風(fēng)力發(fā)電的根本原理及結(jié)構(gòu)1.2風(fēng)力機(jī)的類型

1.風(fēng)力發(fā)電的根本原理及結(jié)構(gòu)1.2風(fēng)力機(jī)的類型

1.風(fēng)力發(fā)電的根本原理及結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)根底理論貝茨〔Betz〕理論假定風(fēng)輪是理想的，沒有輪轂，葉片無窮多，并且對通過風(fēng)輪的氣流沒有阻力。純粹的能量轉(zhuǎn)換器。根據(jù)該理論可以計算風(fēng)輪獲取的風(fēng)能和功率。葉素理論把葉片分割成無限多個微元，每個微元都是葉片的一局部，每個微元的長度無限小。用于分析微元的空氣動力學(xué)特征。動量理論應(yīng)用該理論去研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各部件的運(yùn)動規(guī)律及運(yùn)動狀態(tài)的理論。

1.風(fēng)力發(fā)電的根本原理及結(jié)構(gòu)1.風(fēng)力發(fā)電的根本原理及結(jié)構(gòu)1.風(fēng)力發(fā)電的根本原理及結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)和工作原理離網(wǎng)型并網(wǎng)型1.風(fēng)力發(fā)電的根本原理及結(jié)構(gòu)恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1.風(fēng)力發(fā)電的根本原理及結(jié)構(gòu)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1.風(fēng)力發(fā)電的根本原理及結(jié)構(gòu)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)G128-4.5MW半直驅(qū)2021年底Gamesa在西班牙CabezoNegro安裝了半直驅(qū)的G128--4.5MW風(fēng)電機(jī)組.風(fēng)輪直徑128米，機(jī)頭重量250噸傳動系統(tǒng)采用緊湊型設(shè)計，包含主軸〔雙軸承〕、兩級齒輪箱(1:37)和永磁同步發(fā)電機(jī)；多變量控制系統(tǒng)：減少葉片振動和載荷。我國陸地10米高度年平均風(fēng)功率密度分布圖〔W/m2〕我國電能輸送流向圖東北西北南方西藏哈密酒泉吉林江蘇河北蒙西蒙東“三華〞受端電網(wǎng)遼寧

千萬千瓦級風(fēng)電基地跨區(qū)域輸電方案大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的影響對調(diào)峰調(diào)頻能力的影響對無功功率平衡與電壓水平的影響風(fēng)電對電網(wǎng)的影響對電能質(zhì)量的影響對穩(wěn)定性的影響風(fēng)電并網(wǎng)存在的相關(guān)問題1、并網(wǎng)運(yùn)行問題〔1〕調(diào)峰問題風(fēng)電出力具有隨機(jī)性、間歇性，反調(diào)節(jié)特性明顯，增加系統(tǒng)調(diào)峰難度。負(fù)荷曲線風(fēng)電出力曲線增加旋轉(zhuǎn)備用容量帶來不利影響〔2〕電壓控制問題我國風(fēng)電接入地區(qū)大多處于電網(wǎng)末端，風(fēng)電功率的大幅度變化，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行電壓調(diào)整十分困難，影響系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。由于風(fēng)電出力快速增長，導(dǎo)致白城電網(wǎng)同發(fā)風(fēng)電場母線電壓最低下降到213kV，并大幅波動。〔3〕平安穩(wěn)定問題風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)后，電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)險增加。系統(tǒng)潮流多變，斷面運(yùn)行控制困難；系統(tǒng)慣量下降，動態(tài)穩(wěn)定水平降低；故障后風(fēng)電無法重新建立機(jī)端電壓，導(dǎo)致電壓失穩(wěn)；風(fēng)電機(jī)組沒有低電壓穿越能力，在系統(tǒng)擾動造成電壓的瞬間跌落時，風(fēng)機(jī)自行脫網(wǎng)對系統(tǒng)造成沖擊。〔4〕電能質(zhì)量問題風(fēng)電出力的隨機(jī)波動會引起電壓波動和閃變，風(fēng)機(jī)中的電力電子設(shè)備會給電網(wǎng)帶來一定的諧波污染，導(dǎo)致電能質(zhì)量下降。風(fēng)電場屢次發(fā)生電壓波動和電壓閃變超標(biāo)現(xiàn)象。風(fēng)電場出力大幅波動，引起附近35千伏母線電壓越限。風(fēng)電穿透功率小于5%時，風(fēng)電對電網(wǎng)調(diào)度的影響不明顯，此時可配置風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)及資源實時監(jiān)測系統(tǒng)風(fēng)電穿透功率5%-10%，明顯感受到風(fēng)電出力對發(fā)電方案的影響，此時可配置風(fēng)電調(diào)度日前方案系統(tǒng)風(fēng)電穿透功率10-15%，可能出現(xiàn)限風(fēng)電現(xiàn)象，此時可配置日內(nèi)滾動方案系統(tǒng)風(fēng)電穿透功率超過15%，將對調(diào)度運(yùn)行產(chǎn)生極大壓力，應(yīng)具備完整的風(fēng)電調(diào)度支持系統(tǒng)預(yù)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)41短期預(yù)測預(yù)測時間尺度：0-48小時，時間分辨率：15分鐘主要用于：合理安排常規(guī)機(jī)組發(fā)電計劃，解決電網(wǎng)調(diào)峰問題。預(yù)測時間尺度：0-4小時、15分鐘滾動預(yù)測，時間分辨率：15分鐘主要用于：實時調(diào)度，解決電網(wǎng)調(diào)頻問題。超短期預(yù)測〔1〕風(fēng)電開展缺乏系統(tǒng)整體規(guī)劃。風(fēng)電開展目標(biāo)十分宏偉，但對風(fēng)電與其它電源、風(fēng)電與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)開展問題研究不夠，有待結(jié)合電力系統(tǒng)的整體規(guī)劃，進(jìn)行深入研究。風(fēng)電開展規(guī)劃問題〔2〕目前規(guī)定5萬千瓦以下的風(fēng)電場由地方政府審批，由此帶來風(fēng)電工程拆批現(xiàn)象嚴(yán)重根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果：2021年，全國共核準(zhǔn)風(fēng)電場199個，裝機(jī)容量1167萬千瓦；其中裝機(jī)容量為4.95萬千瓦的風(fēng)電場139個，占70%，裝機(jī)容量688萬千瓦，占60%。風(fēng)電開展規(guī)劃問題千萬千瓦級風(fēng)電基地規(guī)劃

10GWsizeWindPowerBasePlanning甘肅酒泉吉林西部江蘇沿海河北新疆哈密蒙東蒙西七大風(fēng)電基地2021年的風(fēng)電裝機(jī)將到達(dá)1.3億千瓦，2030年將到達(dá)1.9億千瓦。此外，山東也提出規(guī)劃建設(shè)沿海千萬千瓦級風(fēng)電基地〔已獲批〕。單位：萬千瓦優(yōu)勢：風(fēng)能資源穩(wěn)定豐富不占用土地空間技術(shù)難題：海上風(fēng)資源評估，氣象參數(shù)難測定海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)計注重可靠性海上風(fēng)電送出問題海上風(fēng)電面臨臺風(fēng)危害風(fēng)電機(jī)組及風(fēng)電場并網(wǎng)測試Windpowerplantperformance–solutions風(fēng)電場的性能——解決方案Powerquality電能質(zhì)量Faultride-through*故障穿越Reactivepowerrange無功功率范圍Voltagestability電壓穩(wěn)定性Fastvoltagecontrol快速電壓控制Transientstability暫態(tài)穩(wěn)定性Powerramprate功率變化率Powerderating降負(fù)荷Frequencysupport頻率支持Inertialresponse**慣性響應(yīng)Powersystemdamping電力系統(tǒng)阻尼

Planned計劃中Firmcapacity穩(wěn)定可靠容量風(fēng)電機(jī)組及風(fēng)電場并網(wǎng)測試1、?山東電網(wǎng)風(fēng)電調(diào)度管理規(guī)定?〔試行〕2、?山東電網(wǎng)新建風(fēng)電場并網(wǎng)驗收流程?3、?山東電網(wǎng)風(fēng)電場并網(wǎng)驗收測試規(guī)程?〔試行〕123國內(nèi)外光伏發(fā)電的開展概況光伏發(fā)電原理及根本知識1、光伏發(fā)電原理及根本知識太陽能電池光伏效應(yīng)

光生伏特效應(yīng)簡稱光伏效應(yīng)，指光照使pn結(jié)產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。太陽能應(yīng)用：光伏光熱光熱發(fā)電Wp〔峰瓦〕：指太陽電池組件，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下〔1000W/m2的太陽光照射、AM1.5、25℃〕的額定最大輸出功率。光伏電池的I-V曲線輻照度：太陽光在單位面積上照射的能量。MJ/M2轉(zhuǎn)換效率：把太陽能轉(zhuǎn)化為電能的百分比。單晶18%，多晶16%，薄膜6%傾角：與地面夾角峰值日照時數(shù):太陽輻射能量的有效時間段

平均日照天數(shù)：每年太陽輻射能量的有效天數(shù)峰值日照時數(shù)

例如：

年太陽輻射總量約5103MJ/平方米，可換算出每天平均峰值日照時間為4.52h，平均日照天數(shù)約308天。1Wp年可發(fā)電量為4.52*308=1.39kWh，7MWp光伏電站年發(fā)電量約975萬度電。中國的五類區(qū)域：1、西藏新疆2、西北東北華北西南局部〔包括東營濱州〕3、華東中南〔山東大部〕4、華南5、四川重慶貴州跟：輻照度、峰值日照時數(shù)、平均日照天數(shù)有關(guān)太陽電池和太陽電池組件組件結(jié)構(gòu)電池結(jié)構(gòu)支架種類：固定式平單軸單軸跟蹤

跟蹤式斜單軸

雙軸跟蹤固定式

太陽高度角和方位角不變雙軸太陽能追日系統(tǒng)

太陽電池組件始終垂直太陽光線，與固定式相比可提高

40%發(fā)電量平單軸太陽能追日系統(tǒng)

太陽電池組件始終垂直太陽高度角，與固式式相比可提高25%發(fā)電量適用于赤道地區(qū)斜單軸太陽能追日系統(tǒng)

太陽電池組件始終垂直太陽方位角，與固定式相比可提高25%的發(fā)電量

建筑物安裝不同位置發(fā)電效率逆變器溫度特性：隨著溫度降低，轉(zhuǎn)換效率變高光伏產(chǎn)業(yè)鏈光伏產(chǎn)業(yè)鏈

光伏產(chǎn)業(yè)鏈材料資源優(yōu)勢：硅元素在地球中的含量豐富〔在地球中的豐度為25.8%，排第二〕，無毒，性能穩(wěn)定。能量回報率高：能源回收期目前2年左右，未來可以降低到1年左右，壽命30年以上，屬于高能量回報率發(fā)電放電方式。光伏產(chǎn)業(yè)鏈太陽能發(fā)電與用電負(fù)荷頂峰時間根本吻合光伏產(chǎn)業(yè)鏈光伏產(chǎn)業(yè)鏈大型地面并網(wǎng)電站光伏產(chǎn)業(yè)鏈用戶側(cè)并網(wǎng)電站光伏產(chǎn)業(yè)鏈防逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏產(chǎn)業(yè)鏈離網(wǎng)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏產(chǎn)業(yè)鏈光伏產(chǎn)業(yè)鏈

由于太陽電池組件在陰雨天發(fā)電量小，無法滿足負(fù)載的用電要求，故需要蓄電池進(jìn)行儲能。通過蓄電池來滿足系統(tǒng)陰天天的供電，增加了系統(tǒng)的本錢，所以大型地面光伏電站是太陽能光伏發(fā)電的趨勢。2、國內(nèi)外光伏發(fā)電開展概況光伏發(fā)電未來戰(zhàn)略主導(dǎo)地位光伏開展概況2021年世界和歐洲太陽光伏市場2001-2021世界主要國家和地區(qū)光伏系統(tǒng)安裝量德國對光伏發(fā)電本錢的預(yù)測2021年光伏發(fā)電本錢與常規(guī)發(fā)電本錢相交美國對光伏發(fā)電本錢的預(yù)測2021年前后光伏發(fā)電本錢與常規(guī)發(fā)電本錢相交

光伏發(fā)電補(bǔ)貼模式：歐洲：補(bǔ)貼上網(wǎng)電價，如德國最初為每度0.4—0.6歐元。美國：補(bǔ)貼電價中國：補(bǔ)貼投資—開展方向為補(bǔ)貼電價。我國光伏產(chǎn)業(yè)及市場開展?fàn)顩r多晶硅產(chǎn)業(yè)開展?fàn)顩r2005—2021年中國多晶硅產(chǎn)量及需求噸2021年我國多晶硅產(chǎn)量將超過萬噸，供給仍缺乏，但漸趨緩和。(發(fā)改委科技部關(guān)于多晶硅產(chǎn)能是否過剩之爭〕組件制造2007年我國成為光伏組件最大生產(chǎn)國。2021年年我國光伏組件產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的32.9%。2021年到達(dá)世界產(chǎn)量一半以上。2021年預(yù)計到達(dá)世界產(chǎn)量的近70%我國光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量中國對太陽能發(fā)電的支持是漸進(jìn)式的：1、2006年1月1日?可再生能源法?正式實施。太陽能發(fā)電電價采用“一事一議〞政府定價原那么。2、2021年3月23日，國家對局部光伏建筑進(jìn)行每瓦最多20元人民幣補(bǔ)貼。3、2021年7月21日，國家實施金太陽工程，在2-3年內(nèi)，對太陽能發(fā)電投資補(bǔ)助50%-70%。2021年金太陽示范工程審批部門：財建[2021]397號，有財政部、科技部、國家能源局職能部門頒發(fā)審批規(guī)模：本次全國申請容量為642MW共275個工程，其中山東省7個工程21MW補(bǔ)貼內(nèi)容：1.并網(wǎng)光伏發(fā)電工程原那么上按光伏發(fā)電系統(tǒng)及其配套輸配電工程總投資的50％給予補(bǔ)助；2.偏遠(yuǎn)無電地區(qū)的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)按總投資的70％給予補(bǔ)助。不僅如此，各省也陸續(xù)出臺相應(yīng)的政策鼓勵光伏電站建設(shè)。例如：寧夏自治區(qū)出臺統(tǒng)一上網(wǎng)電價，規(guī)定光伏上網(wǎng)電價為1.15元/千瓦時；江蘇省、山東省陸續(xù)出臺光伏鼓勵政策，規(guī)定2021年上網(wǎng)電價為1.7元/千瓦時、2021年和2021年的上網(wǎng)電價分別為1.4元/千瓦時和1.2元/千瓦時。山東省是我國最大的能源消耗省，而山東省的化石資源〔石油、天然氣煤他、煤炭等〕已近枯竭?？稍偕茉磳⒃谏綎|省的能源結(jié)構(gòu)中占有越來越大的比重。在可再生能源中，水、風(fēng)、太陽是主要能源形式。山東省地勢較平坦，根本無可利用水資源；山東省主要風(fēng)場分布在環(huán)渤海一帶，目前已被五大電力公司分割過半；剩余可利用的只剩太陽能資源。山東省光伏發(fā)電概況山東省光伏發(fā)電概況山東省光伏發(fā)電概況根據(jù)山東省氣象局歷年資料統(tǒng)計，山東省年日照時數(shù)在國內(nèi)屬太陽能資源三類地區(qū)。而東營濱州等地為太陽能資源二類地區(qū)，具有較好的太陽能利用價值。為光伏電能轉(zhuǎn)換提供了優(yōu)越的氣候條件。山東省電網(wǎng)變電站分布均勻；輸送電距離短；電網(wǎng)接入方便，為光伏電站的建設(shè)提供了便利條件山東省光伏發(fā)電概況山東省開展光伏產(chǎn)業(yè)比南方〔江、浙、滬一帶〕擁有好的資源優(yōu)勢，比西部擁有好的區(qū)位及電網(wǎng)優(yōu)勢。光伏發(fā)電在山東省有著良好的開展前景。2021年以來山東省先后出臺了多項政策，著力開展太陽能行業(yè)。山東省光伏發(fā)電概況2021年底，山東省出臺政策，對在省內(nèi)屋頂光伏發(fā)電給予10元/W的補(bǔ)貼。對于LED與光伏結(jié)合的應(yīng)用，給予5元/W的補(bǔ)貼山東省光伏發(fā)電概況山東省光伏發(fā)電概況按照文件要求，上網(wǎng)電價實行國家、省、市三級分?jǐn)偟姆椒ā?021年地面光伏電站目標(biāo)電價確定為1.7元/千瓦時，2021年和2021年地面光伏電站目標(biāo)電價確定為1.4元/千瓦時和1.2元/千瓦時。隨著這些政策的逐步實施，未來幾年山東省的光伏發(fā)電工程必將得到快速開展。光伏電站并網(wǎng)驗收測試1、?山東電網(wǎng)光伏電站調(diào)度管理規(guī)定?〔試行〕2、?山東電網(wǎng)新建光伏電站并網(wǎng)驗收流程?3、?山東電網(wǎng)光伏電站并網(wǎng)驗收測試規(guī)程?〔試行〕新能源是朝陽產(chǎn)業(yè)

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energyisasunriseindustry一期工程建設(shè)2臺AP1000百萬千瓦級壓水堆核電機(jī)組123±660kV銀東直流簡介直流輸電系統(tǒng)分類直流輸電的定義1、直流輸電的定義在高壓直流輸電〔HVDC〕系統(tǒng)中，只有輸電環(huán)節(jié)是直流電，發(fā)電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)仍然是交流電。交流輸電直流輸電直流輸電是電廠發(fā)電交流形式輸送至換流站整流成直流，通過直流線路送至另一換流站，將直流逆變成交流，然后以交流的形式輸送給用電用戶。即AC～DC--DC～AC

交流系統(tǒng)I～換流站II交流系統(tǒng)II換流站I－～－直流輸電線路〔以架空輸電線路為例〕發(fā)電廠換流站1換流站2用戶交流輸電線路直流輸電線路交流輸電線路按照工程性質(zhì)來分：1〕遠(yuǎn)距離大容量直流架空輸電線路工程2〕跨海峽直流海底電纜工程3〕向大城市送電的直流地下電纜工程4〕向孤立的負(fù)荷點送電或從孤立點送電至電網(wǎng)5〕背靠背直流聯(lián)網(wǎng)工程2、直流輸電系統(tǒng)分類按照工程結(jié)構(gòu)來分：1〕兩端直流輸電工程〔a：單極b：雙極c：背靠背〕2〕多端直流輸電工程a.單極系統(tǒng)單極系統(tǒng)，只有一極導(dǎo)線或者兩極導(dǎo)線中只有一極導(dǎo)線上有電流在輸送電能。單極系統(tǒng)可以采用正極性或者負(fù)極性，換流站出線端對地為正那么為正極，為負(fù)那么為負(fù)極。一般采用負(fù)極，因為電磁干擾和可聽噪聲因素。因其回線方式不同有大地回線、金屬回線、雙導(dǎo)線并聯(lián)大地回線等3種方式。兩端直流輸電工程b.雙極系統(tǒng)雙極系統(tǒng)因中性點的接地方式不同有三種類型1〕雙極兩端中性點接地；2〕雙極一端中性點接地；3〕雙極金屬中線c.背靠背直流系統(tǒng)特點：沒有直流線路的HVDC系統(tǒng)。主要作用：實現(xiàn)兩個不同額定頻率交流系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)1－換流變壓器，2－換流器，3－平波電抗器將直流系統(tǒng)聯(lián)接到交流電網(wǎng)上的節(jié)點多于兩個時，就構(gòu)成了多端高壓直流系統(tǒng)。分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式。串聯(lián)式MTDC：多個換流器串聯(lián)于直流網(wǎng)絡(luò)中，公共〔直流〕電流流經(jīng)所有換流器的MTDC。多端直流輸電系統(tǒng)并聯(lián)式MTDC：多個變流器并聯(lián)于直流網(wǎng)絡(luò)中，共有一個直流電壓的MTDC。包含：輻射狀直流網(wǎng)絡(luò)型MTDC、網(wǎng)狀直流網(wǎng)絡(luò)型MTDC。3、直流\交流輸電比較4、±660kV銀東直流簡介換流站工作原理

要實現(xiàn)直流輸電必須將送端交流電轉(zhuǎn)換為直流電，稱為整流；而受端又必須將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，稱為逆變，整流、逆變統(tǒng)稱為換流。主要設(shè)備：換流變壓器、換流器、交流濾波器、直流濾波器、無功補(bǔ)償電容器組等。青島換流站直流場配電裝置晶閘管閥塔銀東直流控制系統(tǒng)1〕極控系統(tǒng)2〕交流站控系統(tǒng)3〕直流站控系統(tǒng)極控系統(tǒng)原理圖銀東直流保護(hù)系統(tǒng)換流器保護(hù)極保護(hù)雙極保護(hù)保護(hù)三取二原理框圖123核能在能源系統(tǒng)的地位與作用

中國核能開展核反響堆與壓水堆核電廠根本原理核能在能源系統(tǒng)的地位與作用人類能源結(jié)構(gòu)三次重大的演變：18世紀(jì)60年代：煤炭逐步替代了木柴；20世紀(jì)20年代：煤炭轉(zhuǎn)向石油和天然氣；20世紀(jì)70年代：石油、天然氣，煤，核能和再生能源等多種能源結(jié)構(gòu)；21世紀(jì)主要能源：核能世界核電的開展大體可分為四個階段:1954～1960年：試驗階段；1961～1969年：實用化階段；1969年至二十世紀(jì)70年代末：大開展階段；二十世紀(jì)80年代至二十世紀(jì)末：低潮階段；二十一世紀(jì)開始：復(fù)蘇階段。電力結(jié)構(gòu)：目前世界上有核電站441座，總裝機(jī)容量3.6億千瓦。平均核電發(fā)電