新能源概論完整版本

一、能源的可持續(xù)發(fā)展能量與能源：能量——宇宙間一切運動著的物體，都有能量的存在和轉(zhuǎn)化，人類一切活動都與能量及其使用緊密相關(guān)。所謂能量，也就是“產(chǎn)生某種效果（變化）的能力”。反過來說，產(chǎn)生某種效果（變化）必然要伴隨能量的消耗和轉(zhuǎn)換。人類所認(rèn)識的六種能量形式：機械能、熱能、電能、輻射、化學(xué)能、核能。機械能：包括固體和流體的動能、勢能、彈性能及表面張力能等。動能和勢能統(tǒng)稱為宏觀機械能——人類認(rèn)識最早的能量。熱能：構(gòu)成物體的微觀分子運動的動能表現(xiàn)為熱能。它的宏觀表現(xiàn)是溫度的高低，反映了分子運動的強度。地球上最大的熱能資源應(yīng)為地?zé)崮?。電能：它和電子流動與積累有關(guān)，通常由電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化而來，或通過發(fā)電機由機械能轉(zhuǎn)換得到。反之，電能也可以通過電動機轉(zhuǎn)化為機械能——電做功。在自然界中，還有雷電等電能輻射能：即物體以電磁波形式發(fā)射的能量。如太陽能，太陽是最大的輻射源?；瘜W(xué)能：它是物質(zhì)結(jié)構(gòu)能的一種，即原子核外進行化學(xué)變化時放出的能量。按化學(xué)熱力學(xué)定義，物質(zhì)或物系在化學(xué)反應(yīng)過程中以熱能形式釋放的內(nèi)能，稱為化學(xué)能。利用最普遍的化學(xué)能是燃燒碳和氫。核能：它是蘊藏在原子核內(nèi)部的物質(zhì)結(jié)構(gòu)能。釋放巨大核能的核反應(yīng)有兩種：核裂變反應(yīng)、核聚變反應(yīng)。能源及能源的分類：所謂能源，是指能夠直接或經(jīng)過轉(zhuǎn)換而獲取某種能量的自然資源。自然資源：煤、石油、天然氣、太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、核能等。為了便于運輸和使用，經(jīng)上述資源加工可得到一些更符合使用要求的能量來源，如煤氣、電力、焦炭、蒸汽、沼氣、氫能等。由于可被人類利用的能源多種多樣，因此有以下6種不同的分類方法：按地球上的能量來源分：（1）來自于地球本身，如核能、地?zé)崮艿龋唬?）來自于球外天體，如宇宙射線及太陽能，以及由太陽引起的水能、風(fēng)能、波浪能、海洋溫差能、生物質(zhì)能、光合作用等；（3）來自于地球和其他星體的相互作用，如潮汐能。按被利用的程度分：（1）常規(guī)能源，如煤炭、石油、天然氣、薪柴燃料、水能等；（2）新能源，如太陽能、地?zé)崮?、潮汐能、生物質(zhì)能等，另外還有核能。按獲得的方法分：（1）一次能源，即可供直接利用的能源，如煤、石油、天然氣、風(fēng)能、水能等；（2）二次能源，即由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)換而來的能源，如電、蒸汽、焦炭、煤氣、氫等，它們使用方便，易于利用，是高品質(zhì)的能源。按能否再生分：（1）可再生能源，即不會隨它本身的轉(zhuǎn)化或人類的利用而越來越少，如水能、風(fēng)能、潮汐能、太陽能等；（2）非再生能源，它隨人類的利用而越來越少，如石油、煤、天然氣、核燃料等。按能源本身的性質(zhì)分：（1）含能體能源（燃料能源），如石油、煤、天然氣、地?zé)?、氫等，它們可以直接儲存；?）過程性能源（非燃料能源），它們無法直接儲存，如風(fēng)能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆發(fā)、雷電、電磁能和一般熱能等。按對環(huán)境的污染情況分：（1）清潔能源，即對環(huán)境無污染或污染很小的能源，如太陽能、水能、海洋能等；（2）非清潔能源，即對環(huán)境污染較大的能源，如煤、石油等。能量的轉(zhuǎn)換：廣義地說，能量轉(zhuǎn)換應(yīng)包含三項內(nèi)容：（1）能量的形態(tài)轉(zhuǎn)換，即通常所謂的能量轉(zhuǎn)換；（2）能量的空間轉(zhuǎn)換，即能量的傳輸；（3）能量的時間轉(zhuǎn)換，即能量的儲存。能源的評價：:能源多種多樣，各有優(yōu)缺點，為了正確選擇和使用能源，必須對各種能源進行正確的評價。通常包括以下7個方面：儲量、儲能的可能性與供能的連續(xù)性、能流密度、開發(fā)費用和利用能源的設(shè)備費用、運輸費用與損耗、品位問題、污染問題。能源更迭與社會發(fā)展：人類利用能源的歷史，也就是人類認(rèn)識和征服自然的歷史。(1)火的發(fā)現(xiàn)和利用(2)畜力、風(fēng)力、水力等自然動力的利用(3)化石燃料的開發(fā)和熱的利用(4)電的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用(5)原子核能的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用。人類社會已經(jīng)歷了三個能源時期：薪柴時期：主要以薪柴等生物質(zhì)燃料為主要能源的時代，生產(chǎn)和生活水平極低，社會發(fā)展緩慢。煤炭時期：18世紀(jì)，以煤炭取代薪柴作為主要能源，蒸汽機成為生產(chǎn)的主要動力，工業(yè)迅速發(fā)展，勞動生產(chǎn)力增長很大。19世紀(jì)，電力成為工礦企業(yè)的主要動力，成為生產(chǎn)和生活照明的主要來源。但這時的電力工業(yè)主要是依靠煤炭作為主要燃料。石油時期：石油資源的發(fā)展，開始了能源利用的新時期。近30年來，世界上許多國家依靠石油和天然氣，創(chuàng)造了人類歷史上空前的物資文明。進入21世紀(jì)，核能將成為世界能源的主角，清潔能源的時代也將隨之到來。能源與國民經(jīng)濟：能源是發(fā)展社會生產(chǎn)和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是推動國民經(jīng)濟發(fā)展的強大動力。世界能源消費結(jié)構(gòu)的特點：（1）半個世紀(jì)來，世界煤炭消費比例一直呈下降的趨勢，70年代起石油已在世界能源消費中占第一位。（2）水能和核能的利用，主要表現(xiàn)在水電及核電的比例上。電能是現(xiàn)代化所必須的高級二次能源。世界能源消費構(gòu)成：1850年能源總耗:500Mtoes、1992年能源總耗:9350Mtoes、1996年能源總耗:9502.1Mtoes。世界能源消費結(jié)構(gòu)的特點：表示能源消費程度的指標(biāo)有兩個：絕對指標(biāo)——稱年消費量，通常用萬t標(biāo)準(zhǔn)煤/年表示。相對指標(biāo)——稱為人均能耗，用t標(biāo)準(zhǔn)煤/（人·年）表示。國民經(jīng)濟人均產(chǎn)值反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平，通常認(rèn)為人均產(chǎn)值達(dá)到1000美元/（人·年）時即達(dá)到小康水平。世界性能源問題：（1）能源的危機——石油的危機（2）能源消費的費用迅速增加——能源資源的勘探、開采越來越難，投入資金多、建設(shè)周期長、科技含量高（3）能源資源短缺（4）能源對環(huán)境的污染。我國的人均能耗：（1）單位國民生產(chǎn)總值能耗，我國是日本的5倍，德國的3.6倍，美國的2.6倍，比印度還要多1倍多。（2）與美國相比，我國的人均能耗不及美國的1/12，而單位能耗的產(chǎn)值只有它的1/5，換言之，我們?nèi)司谀茉促Y源的享受方面，只有美國的1/60。我國能源工業(yè)面臨的問題：（1）人均能源擁有量低、儲備量低；（2）能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)依然以煤為主；（3）能源資源分布不均勻；（4）能源利用效率低；（5）農(nóng)村商品能源短缺；中國能源可持續(xù)發(fā)展的對策：三個手段：（1）加強政府的宏觀決策和行政管理（2）運用市場機制的調(diào)節(jié)作用（3）利用經(jīng)濟增長的機遇。解決我國能源問題，應(yīng)采取的措施：1、努力改善能源結(jié)構(gòu)；2、提高能源利用率；3、加速實施潔凈煤技術(shù)；4、合理利用石油和天然氣；5、加快電力發(fā)展速度；6、積極開發(fā)利用新能源；7、建立合理的農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)，扭轉(zhuǎn)農(nóng)村嚴(yán)重缺能局面；8、改善城市民用能源結(jié)構(gòu)，提高居民生活質(zhì)量；9、重視能源的環(huán)境保護。二、能量的轉(zhuǎn)換和儲存能量的基本性質(zhì):能量之間的轉(zhuǎn)換:(1)“量”的多少:能量守恒與轉(zhuǎn)換定律:自然界一切物體都具有能量，能量有各種不同形式，它能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體，在轉(zhuǎn)化和傳遞中能量的總量恒定不變。(2)“質(zhì)”的高低:能量貶值原理:一個封閉系統(tǒng)中的任何自發(fā)性變化，都必然朝著能量貶值（熵增）的方向發(fā)展，而最后的平衡狀態(tài)，則對應(yīng)于熵的最大可能值。熱力學(xué)第二定律克勞修斯說法：“不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化。”開爾文說法：“不可能從單一熱源吸取熱量使之完全轉(zhuǎn)變成功而不產(chǎn)生其它影響?！钡诙愑绖訖C的例子:以海洋為熱源，海洋共有6.88×1020t的海水，如果海水的溫度下降1℃，可放出2.88×1024KJ的熱量，約合9.8×1016t標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于目前全世界每年能耗的10萬倍能量轉(zhuǎn)換的主要燃料:(1)燃料通常是指能夠通過燃燒過程而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能的物質(zhì)。(2)所有化石燃料及由化石燃料加工而成的其它含能體；(3)所有生物燃料以及由生物燃料加工而成的含能體。能量轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換設(shè)備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)石油、煤炭、天然氣等礦物燃料氫和酒精等二次能源化學(xué)能——熱能化學(xué)能——熱能——機械能化學(xué)能——熱能——機械能——電能化學(xué)能——電能——熱能化學(xué)能——電能爐子、燃燒器各種熱力發(fā)動機熱機、發(fā)電機，磁流體發(fā)電，EGD發(fā)電（壓電效應(yīng)）熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電燃料電池水力、風(fēng)力、潮汐、海流、波浪太陽能機械能機械能機械能機械能電能光能——熱能光能——熱能——機械能——電能光能——熱能——電能光能——電能光能——化學(xué)能光能——生物能電磁波——電能水車、風(fēng)車。水輪機——發(fā)電機，波力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海流發(fā)電熱水器，采暖、制冷、光化學(xué)反應(yīng)，太陽灶太陽熱發(fā)動機太陽熱發(fā)電熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池、光化學(xué)電池光化學(xué)反應(yīng)（水分解）光合成核能核分裂——熱能——機械能——電能核分裂——熱能核分裂——熱能——電能核分裂——電磁能——電能核聚變——熱能——機械能——電能電能——光（激光）——熱能電能——熱能聚變核發(fā)電，磁流體發(fā)電核能煉鋼熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池核聚變發(fā)電燃燒設(shè)備：機械能的獲取：熱機轉(zhuǎn)換：熱機效率內(nèi)燃機——往復(fù)運動熱機燃?xì)廨啓C——外燃式熱機蒸汽輪機——將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機械功的熱機電機轉(zhuǎn)換：電能的生產(chǎn)：熱電轉(zhuǎn)換：（1）磁流體發(fā)電（2）熱電偶溫差發(fā)電（3）熱電子發(fā)電燃料電池：燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。能量的儲存：在機械能、熱能、化學(xué)能、輻射能、核能等六種主要類型的能量中，除輻射能外，都能儲存在一些普通種類的能量形式中。主要指標(biāo)： 1、儲能密度2、儲存過程的能量損耗3、儲存裝置的經(jīng)濟性4、儲能和取能的速率5、壽命（重復(fù)使用的次數(shù)）6、對環(huán)境的影響。能量的儲存：（1）機械能儲存（2）電能儲存（3）熱能儲存。機械能的儲存：（1）機械能能以動能或勢能的形式儲存（2）以動能儲存：旋轉(zhuǎn)飛輪（3）以勢能儲存：彈簧、扭力桿、重力裝置、壓縮空氣儲能、抽水儲能壓縮空氣儲能：壓縮空氣是工業(yè)中常用的氣源，除了吹灰、清砂外，還是風(fēng)動工具和氣動控制系統(tǒng)的動力源。抽水儲能電站：（1）純抽水蓄能電站2）混合式抽水蓄能電站我國抽水蓄能電站開發(fā)現(xiàn)狀：從上世紀(jì)80年代開始起步，到目前為止我國已在9個省、區(qū)、市建成11座抽水蓄能電站，裝機容量約為570萬kW，占全國裝機容量的1.8％。大型電站：（1）廣州電站，裝機容量240萬kW（2）浙江天荒坪電站，裝機容量180萬kW（3）北京十三陵電站，裝機容量80萬kW（4）河北潘家口電站，裝機容量27萬kW中型電站：江蘇、浙江、安徽、湖北、西藏將建電站：（1）山東泰安電站，裝機容量100萬kW（2）浙江桐柏電站，裝機容量120萬kW（3）山西西龍池電站，裝機容量120萬kW（4）江蘇宜興電站，裝機容量100萬kW（5）河北張河灣電站，裝機容量100萬kW（6）安徽瑯琊山電站，裝機容量60萬kW電能的儲存：（1）以機械能的形式儲存（2）以化學(xué)能的形式儲存于蓄電池中（3）以電能的形式儲存在靜電場和感應(yīng)電場中蓄電池：利用電化學(xué)原理：蓄電池：蓄電池由正極、負(fù)極、電解液、隔膜和容器等5部分組成。蓄電池由正極、負(fù)極、電解液、隔膜和容器等5部分組成。靜電場：1、電能可用靜電場的形式儲存在電容器中。2、在直流電路中，廣泛用作儲能裝置。3、在交流電路中，用于提高電力系統(tǒng)或負(fù)荷的功率因素。4、儲能電容器廣泛應(yīng)用于高電壓技術(shù)、高能核物理、激光技術(shù)、地震勘探等方面。感應(yīng)電場：1、電能還可以儲存在由電流通過電磁鐵這類大型感應(yīng)器而建立的磁場中。2、利用感應(yīng)電場儲存電能不常用，因為它需要一個電流流經(jīng)繞組去保持感應(yīng)磁場。熱能的儲存：熱能儲存是把一個時期內(nèi)暫時不需要的多余熱量通過某種方式收集并儲存起來，等到需要時再提取使用。儲存時間：隨時儲存，以小時或更短的時間為周期，隨時調(diào)整熱能供需之間的不平衡；2、短期儲存，以天或周為儲熱周期，維持一天（或一周）的熱能供需平衡；3、長期儲存，以季節(jié)或年為儲存周期，調(diào)節(jié)季節(jié)（或年）的熱量供需關(guān)系。熱能儲存方法：1、顯熱儲存2、潛熱儲存3、化學(xué)能儲存4、地下含水層儲熱潛熱儲存：利用蓄熱材料發(fā)生相變而儲熱（1）固體－液體相變蓄熱（2）液體－汽體相變蓄熱（蒸汽蓄熱器）地下含水層儲熱：（1）解決采暖和空調(diào)的季節(jié)性負(fù)荷問題的重要途徑之一。（2）利用地下巖層的空隙、裂隙、溶洞等儲水構(gòu)造以及地下水在含水層中流速慢和水溫變化小的特點，用管井回灌的方法，把冬季大氣環(huán)境中太豐富的“冷”和夏季不要錢的“熱”儲存在含水層中，在冷、熱不是同時需要的場所實現(xiàn)供冷、供熱。地下含水層儲能：（1）含水層儲熱——夏灌冬用（2）含水層儲冷——冬灌夏用（3）必須具備灌得進、存得住、保溫好、抽得出等條件。（4）回灌水源：地表水、地下水、工業(yè)排放水。用途：廣泛用于紡織、化工、制藥、食品等工業(yè)部門，也用于影劇院和賓館等建筑物的夏季降溫空調(diào)、冷卻和洗滌用水，冬季采暖及鍋爐房供水等。三、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)例題：Example:(BONUS2MWatMiddelgrunden)已知條件：R=38m、r=1.225kg/m3、Vo=10m/sMassflow:Power(Cp=0.43forVo=10m/s)P=1/2rVo3pR2Cp=1.2MW1-1風(fēng)與風(fēng)力資源一、風(fēng)的產(chǎn)生與特性產(chǎn)生：風(fēng)是地球外表大氣層由于太陽的熱輻射而引起的空氣流動；大氣壓差是風(fēng)產(chǎn)生的根本原因。特性：周期性、多樣性、復(fù)雜性二、風(fēng)的能量與測量1、產(chǎn)生能量的基本要素：風(fēng)具有一定的質(zhì)量和速度。2、風(fēng)能的一些主要特性參數(shù)：如風(fēng)能、風(fēng)能密度、風(fēng)速與風(fēng)級、風(fēng)向與風(fēng)頻以及風(fēng)的測量等。1）風(fēng)能：空氣運動產(chǎn)生的動能稱為“風(fēng)能”。2）風(fēng)能密度：單位時間內(nèi)通過單位截面積的風(fēng)能。3）風(fēng)速與風(fēng)級：風(fēng)速就是空氣在單位時間內(nèi)移動的距離，國際上的單位是米／秒(m/s)或千米／小時(km／h)。分13級4）風(fēng)向與風(fēng)頻：通常把風(fēng)吹來的地平方向定為風(fēng)的方向，即風(fēng)向。風(fēng)頻是指風(fēng)向的頻率，即在一定時間內(nèi)某風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)占各風(fēng)向出現(xiàn)總次數(shù)的百分比，5）風(fēng)的測量：風(fēng)的測量儀器主要有風(fēng)向器、杯形風(fēng)速器和三杯輕便風(fēng)向風(fēng)速表等。三、風(fēng)力資源：據(jù)理論計算，太陽輻射到地球的熱能中約有2％被轉(zhuǎn)變成風(fēng)能，全球大氣中總的風(fēng)能量約為1014MW，其中蘊藏的可被開發(fā)利用的風(fēng)能約有3.5×109MW，這比世界上可利用的水能大10倍。（一）世界風(fēng)力資源分布：根據(jù)世界能源理事會的有關(guān)資料，地球表面有27％的地區(qū)年平均風(fēng)速高于5m／s(距地而10m高)。如將這些地方用作風(fēng)力發(fā)電場，則每km2的風(fēng)力發(fā)電能力最大值可達(dá)8Mw，總裝機容量可達(dá)24x1013w。據(jù)分析，實際上陸地面積中風(fēng)力大于5m／s的地區(qū)，其中僅4％有可能安裝風(fēng)力發(fā)電機組。(二)中國風(fēng)力資源中國風(fēng)能資源十分豐富，全國風(fēng)能儲量約4.83×109MW，可開發(fā)利用的風(fēng)能資源總量達(dá)2.53億kw。在中國，風(fēng)能資源主要分布在新疆、內(nèi)蒙古等北部地區(qū)和東部至南部沿海地帶及島嶼。1、風(fēng)能最佳區(qū)：(1)東南沿海、山東半島、遼東半島以及海上島嶼。(2)內(nèi)蒙古、甘肅北部。(3)黑龍江南部、吉林東部。2、風(fēng)能較佳區(qū)：(1)西藏高原中北部。（2）三北北部。(3)東南沿海(離海岸線20—50kM)3、風(fēng)能可利用區(qū)：(1)兩廣沿海。(2)大小興安嶺山區(qū)。3)東從遼河平原向西，過華北太平原經(jīng)西北到最西端，左側(cè)繞西藏高原邊緣部分，右側(cè)從華北向南面淮討、長江到南嶺。（三）風(fēng)能的利用：按照不同的需要，風(fēng)能可以被轉(zhuǎn)化成其他不同形式的能量，如機械能、電能、熱能等，以實現(xiàn)提水灌溉、發(fā)電、供熱、風(fēng)帆助航等功能。21世紀(jì)風(fēng)能利用的主要領(lǐng)域是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電特點及優(yōu)勢:1、它是一種安全可靠的發(fā)電方式，隨著大型機組的技術(shù)成熟和產(chǎn)品商品化的進程，風(fēng)力發(fā)電成本降低。2、風(fēng)力發(fā)電不消耗資源、不污染環(huán)境，具有廣闊的發(fā)展前景，3、建設(shè)周期一般很短，一臺風(fēng)機的運輸安裝時間不超過三個月，萬千瓦級風(fēng)電場建設(shè)期不到一年，而且安裝一臺可投產(chǎn)一臺；4、裝機規(guī)模靈活，可根據(jù)資金多少來確定，為籌集資金帶來便利；5、運行簡單，可完全做到無人值守；6、實際占地少，機組與監(jiān)控、變電等建筑僅占風(fēng)電場約1％的土地，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用；7、對土地要求低，在山丘、海邊、河堤、荒漠等地形條件下均可建設(shè)，8、在發(fā)電方式上還有多樣化的特點，既可聯(lián)網(wǎng)運行，也可和柴油發(fā)電機等級成互補系統(tǒng)或獨立運行，這對于解決邊遠(yuǎn)無電地區(qū)的用電問題提供了現(xiàn)實可能性。1-2風(fēng)力發(fā)電設(shè)備一、組成：風(fēng)力發(fā)電機組包括兩大部分；1、部分是風(fēng)力機，由它將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能；2、另一部分是發(fā)電機，由它將機械能轉(zhuǎn)換為電能。二、分類：1）根據(jù)它收集風(fēng)能的結(jié)構(gòu)形式及在空間的布置，可分為水平軸式或垂直軸式。2）從塔架位置上，分為上風(fēng)式和下風(fēng)式；3）還可以按槳葉數(shù)量，分為單葉片、雙葉片、三葉片、四葉片和多葉片式。4）從槳葉和形式上分，有螺旋槳式、H型、S型等；5）按槳葉的工作原理分，則有升力型和阻力型的區(qū)別。6）以風(fēng)力機的容量分，則有微型(1kW以下)、小型(1—10kW)、中型(10—100kW)和大型(100kw以上)機。1、水平軸力風(fēng)機特點：風(fēng)力機的風(fēng)輪軸與地面呈水平狀態(tài)，稱水平軸風(fēng)力機。組成：它一般內(nèi)風(fēng)輪增速器、調(diào)速器、調(diào)向裝置、發(fā)電機和塔架等部件組成，大中型風(fēng)力機還有自動控制系統(tǒng)。應(yīng)用：這種風(fēng)力機的功率從幾十千瓦到數(shù)兆瓦，是日前最具有災(zāi)際開發(fā)價值的風(fēng)力機：類型：有傳統(tǒng)風(fēng)車、低速風(fēng)力機及高速風(fēng)力機等3大類型。風(fēng)力機的主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)：1、風(fēng)輪直徑，通常風(fēng)力機的功率越大，直徑越大；2、葉片數(shù)目，高速發(fā)電用風(fēng)力機為2—4片，低速風(fēng)力機大干4片；3、葉片材料，現(xiàn)代常采用高強度低密度的復(fù)合材料；4、風(fēng)能利用系數(shù)，一般為0.15—0.5之間；5、啟動風(fēng)速，一般為3—5m/s;6、停機風(fēng)速，通常為15—35m／s;7、輸出功率，現(xiàn)代風(fēng)力機一般為幾百干瓦—幾兆瓦；8、發(fā)電機，分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機；9、另外還有塔架高度等等。2、垂直軸風(fēng)力機特點：凡風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與地面呈垂直狀態(tài)的風(fēng)力機叫垂直抽風(fēng)力機。形式有：如s型、H型、Ф型等。應(yīng)用：雖然目前垂直軸風(fēng)力機尚未大量商品化，但是它有許多特點，如不需大型塔架、發(fā)電機可安裝在地面上、維修方便及葉片制造簡便等，研究日趨增多，各種形式不斷出現(xiàn)。各種形式的垂直軸風(fēng)力機。三、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及裝置(一)風(fēng)力發(fā)電機組的系統(tǒng)組成1、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的機械、電氣及共控制設(shè)備的組合。2、通常包括風(fēng)輪、發(fā)電機、變速器(小、微容量及特殊類型的也有不包括變速器的)及有關(guān)控制器和儲能裝置。（二）調(diào)向機構(gòu)作用：用來調(diào)整風(fēng)力機的風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平而與空氣流動方向相對位置的機構(gòu)。因為當(dāng)風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與氣流方向垂直時，也即是迎著風(fēng)向時，風(fēng)力機從流動的空氣中獲取的能量最大，因而風(fēng)力機的輸出功率最大，所以調(diào)向機構(gòu)又稱為迎風(fēng)機構(gòu)(國外通稱偏航系統(tǒng))。類型：小型水平軸風(fēng)力機常用的調(diào)向機構(gòu)有尾舵和尾車；風(fēng)電場中并網(wǎng)運行的中大型風(fēng)力機則采用由伺服電動機。（三）發(fā)電機1、微型及容量在10kW以下的小型風(fēng)力發(fā)電機組，采用永磁式或自勵式交流發(fā)電機，經(jīng)整流后向負(fù)載供電及向蓄電池充電；2、容量在l00kw以上的并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電機組，則應(yīng)用同步發(fā)電機或異步發(fā)電機：（四）升速齒輪箱作用：是將風(fēng)力機軸上的低速旋轉(zhuǎn)輸入轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)輸出，以便與發(fā)電機運轉(zhuǎn)所需要的轉(zhuǎn)速相匹配。(五)塔架水平抽風(fēng)力發(fā)電機組需要通過塔架將其置于空中，以捕捉更多的風(fēng)能。類型：即由鋼板制成的錐形筒狀塔架和由角鋼制成的桁架式塔架。(六)控制系統(tǒng)組成：100kw以上的中型風(fēng)力發(fā)電機組及1Mw以上的大型風(fēng)力發(fā)電機組皆配有由微機或可編程控制器(PLC)組成的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)控制、自檢和顯示功能?？刂葡到y(tǒng)主要功能：①按預(yù)先設(shè)定的風(fēng)速值(一般為3—4m／s)自動啟動風(fēng)力發(fā)電機組，并通過軟啟動裝置將異步發(fā)電機并人電網(wǎng)。②借助各種傳感器自動檢測風(fēng)力發(fā)電機組的運行參數(shù)及狀態(tài)，包括風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)力機風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、發(fā)電機溫升、發(fā)電機輸出功率、功率因數(shù)、電壓、電流等以從齒輪箱軸承的油溫、液壓系統(tǒng)的油壓等。③當(dāng)風(fēng)速大干最大運行速度(一般設(shè)定為25m／s)時實現(xiàn)自動停機。④故障保護。⑤通過調(diào)制解調(diào)器與電話線連接。四、大型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組類型：目前世界上比較成熟的并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組多采用水平軸風(fēng)力機，其形式多種多樣常見的水平軸風(fēng)力機類型有：①單葉片式；②雙葉片式；②三葉片式；④多葉片風(fēng)車式⑤車輪式多葉片風(fēng)車式；⑥迎風(fēng)式；⑦背風(fēng)式等?；窘M成：典型的大型風(fēng)力發(fā)電機組通常主要由葉輪、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機、調(diào)向機構(gòu)及控制系統(tǒng)等幾大部分組成。1-3風(fēng)力發(fā)電運行方式分類：獨立運行和并網(wǎng)運行兩種運行方式。一、獨立運行方式獨立運行的風(fēng)力發(fā)電機組，又稱離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組，是把風(fēng)力發(fā)電機組輸出的電能經(jīng)蓄電池蓄能，再供應(yīng)用戶使用，如需要交流電，則要加逆變器。（一）儲能系統(tǒng)：1、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用的儲能系統(tǒng)主要有：蓄電池儲能、抽水蓄能。2、正在研究試驗的有壓縮空氣儲能、飛輪儲能、電解水制氫儲能等。(二)與其他發(fā)電形式的聯(lián)合運行常用的方式主要有：1風(fēng)力——柴油發(fā)電聯(lián)合運行2風(fēng)力——大陽能電地發(fā)電聯(lián)合運行風(fēng)力一光伏聯(lián)合系統(tǒng)有兩種不同的運行方式：（1）切換運行，即有風(fēng)時由風(fēng)力發(fā)電機組供電，有太陽光時由太陽能電池方陣供電，這種方式簡單，但系統(tǒng)的效率較低：（2）同時運行，風(fēng)力發(fā)電機組與太陽能電池方陣同時向苦電池組充電，可以充分發(fā)揮兩者的效能，系統(tǒng)效率高。二、并網(wǎng)運行方式作用：采用風(fēng)力發(fā)電機與電網(wǎng)連接，由電網(wǎng)輸送電能的方式，是克服風(fēng)的隨機性而帶來的蓄能問題的最穩(wěn)妥易行的運行方式，同時可達(dá)到節(jié)約礦物燃料的目的。應(yīng)用：10kw以上直至Mw級的風(fēng)力發(fā)電機組皆可采用這種方式。并網(wǎng)運行又可分為兩種不同的方式：①恒速桓頻方式，即風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速不隨風(fēng)速的波動而變化，始終維持恒轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，從而輸出恒定額定頻率的交流電。這種方式目前已普遍采用，具有簡單可靠的優(yōu)點，但是對風(fēng)能的利用不充分。②變速恒頻方式，即風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的波動作變速運行，但仍輸出恒定頻率的交流電。這種方式可提高風(fēng)能的利用率，但將導(dǎo)致必須增加實現(xiàn)恒頻輸出的電力電子設(shè)備，同時還應(yīng)解決由于變速運行而在風(fēng)力發(fā)電機組文撐結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)共振現(xiàn)象等問題。1-4風(fēng)電場一、概念（1）風(fēng)力發(fā)電場是日前世界上風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運行方式的基本形式。（2）在風(fēng)能資源良好的地區(qū)，將幾十臺、幾百臺或幾千臺單機容量從數(shù)十kw、數(shù)百kw直至MW級以上的風(fēng)力發(fā)電機組按一定的陣列布局方式成群安裝而組成的風(fēng)力發(fā)電機群體．稱為風(fēng)力發(fā)電場，簡稱風(fēng)電場。（3）風(fēng)力發(fā)電場屬于大規(guī)模利用風(fēng)能的方式，其發(fā)出的電能全部經(jīng)變電設(shè)備送往大電網(wǎng)。(二)風(fēng)力發(fā)電場的選址1、考慮因素：風(fēng)電場場址選擇的最主要的因素是風(fēng)能資源、環(huán)境影響、道路交通及電網(wǎng)條件等許多出素。2、主要依據(jù)：（1）風(fēng)力資源（2）風(fēng)塔建設(shè)條件（3）氣象數(shù)據(jù)4）地形地貌（5）對居民影響(三)風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)力發(fā)電機組排布作用：合理地選擇機組的排列方式，以減少機組之間的相互影響，風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機組的排列應(yīng)以風(fēng)電場內(nèi)可獲得最大的發(fā)電量來考慮。影響因素：主要受風(fēng)能分布、風(fēng)場地形和土地征用的影響。機組排列的最主要原則：是充分利用風(fēng)能資源，最大程度利用風(fēng)能。(四)風(fēng)力發(fā)電場的經(jīng)濟效益評估風(fēng)電場容量系數(shù)即發(fā)電成本是衡量風(fēng)力發(fā)電場經(jīng)濟效益的重要指標(biāo)。風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機組容量系數(shù)的計算方法為：風(fēng)電場每kWh電能的發(fā)電成本的影響因素：1、風(fēng)能資源特性(主要是風(fēng)速頻率分布)、2、風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)備的投資費用、3、風(fēng)電場建設(shè)工程費用、4、風(fēng)電場運行維護費用、5、建場投資回收方式及期限(指投資貸款利率、設(shè)備規(guī)定使用壽命及所要求的固定回收率等)6、某些部件進口關(guān)稅、設(shè)備增值稅和設(shè)備保險所付出的費用等。(五)風(fēng)力發(fā)電場的安裝和調(diào)試風(fēng)電機組運行安裝方式靈活，既可以單機運行，也可以組成風(fēng)力發(fā)電場機群運行，采用何種運行方式主要決定于風(fēng)場的建設(shè)條件；機組安裝簡單，單機安裝調(diào)試僅需5—7天的時間。主要工作包括：1、機組基礎(chǔ)建設(shè)（基礎(chǔ)鋼筋敷設(shè)、敷設(shè)接地網(wǎng)、混凝土澆筑和混凝土搗震）2、主要部件吊裝、3、內(nèi)部線路連接、4、機組系統(tǒng)調(diào)試。1-5風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與展望一、風(fēng)力發(fā)電發(fā)展簡史起源：世界上第1臺用于發(fā)電的風(fēng)力機于1891年在丹麥建成。發(fā)展：風(fēng)電技術(shù)經(jīng)過20年的開發(fā)日臻成熟，商業(yè)化機組的單機容量從55kW增加到1650kW，風(fēng)電成本從20美分/（kW·h），持續(xù)下降到5美分/（kW·h），運行可靠性和發(fā)電成本接近常規(guī)火電，迅速發(fā)展成為初具規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)。目前風(fēng)力機之最為美國CE公司的“超級風(fēng)力機”，單機功率為7.3MW，風(fēng)車直徑為112m.二、世界風(fēng)電現(xiàn)狀（1）世界風(fēng)電總裝機容量1994年底為350萬kW，1995年底為490萬kw，1996年底為607萬kW，1997年為764萬kw，1998年達(dá)1015萬kW，1999年達(dá)1393萬kw，2001年達(dá)1845萬kw，2001年達(dá)2493萬kw．2002年達(dá)到了112．7kW，平均年增長率在30％以上。（2）到2001年底，全世界風(fēng)電場總裝機容量達(dá)到24930Mw，其中：德國為8730Mw，居世界第1位；美國為4250Mw，居世界第2位；西班牙為3550Mw，居世界第3位；丹麥為2460Mw，居第4位。在此期間，發(fā)展中國家以印度的風(fēng)電場建設(shè)發(fā)展最快，到2001年底達(dá)到1460Mw，居世界第5位。（3）世界能源委員會預(yù)計，全世界到2020年風(fēng)力發(fā)電裝機容量可達(dá)18億—47億kw。世界風(fēng)電發(fā)展預(yù)測1、世界風(fēng)電在加速發(fā)展，裝機容量每年以近30％的速度遞增。2、按照德國風(fēng)電發(fā)展計劃，到2010年，風(fēng)電電量將占總發(fā)電量的12.5％；到2050年，將占到50％。3、丹麥的風(fēng)電電量2003年占全國總發(fā)電量的18％，規(guī)劃到2030年，風(fēng)電將占總發(fā)電量的50％。4、西班牙、英國和法國也加快了風(fēng)電的發(fā)展。三、我國風(fēng)電現(xiàn)狀（1）從中國電機工程學(xué)會獲悉，到05年上半年我國有40多個風(fēng)電場，裝機容量約為76.4萬千瓦，風(fēng)電裝機容量僅占全國裝機容量的0.17%。（2）2004年全國在建項目的裝機容量約150萬千瓦，其中正在施工的約42萬千瓦，可研批復(fù)的68萬千瓦，項目建議書批復(fù)的45萬千瓦，包括五個10萬千瓦特許權(quán)項目。如果這些項目抓緊實施，2005年底累計裝機可超過100萬千瓦。我國風(fēng)電造價（1）從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，全國風(fēng)電上網(wǎng)電價比常規(guī)水電和火電廠高出許多，新疆常規(guī)火電上網(wǎng)平均電價在0.25元/千瓦時左右，而風(fēng)電則平均達(dá)到0.6元/千瓦時以上。而風(fēng)電利用小時數(shù)約在2000至3000小時左右，僅為火電的一半。（2）另外，雖然風(fēng)電單位千瓦平均造價已從10000元降到8000元左右，但仍遠(yuǎn)高于火電的4000元/千瓦造價，（3）建設(shè)一座裝機10萬千瓦的風(fēng)電場，約需8億元以上，而建設(shè)同樣規(guī)模的火電廠約為4至5億元。

四、主要風(fēng)力發(fā)電國家發(fā)展現(xiàn)狀(1)德國：裝機容量到1994年末就達(dá)64．3萬kw，到1997年未達(dá)200萬kw以上，超過美國成為世界第一風(fēng)電大國；僅在1999年1年就新增156．8萬kw，使風(fēng)電總裝機達(dá)到444．5萬kw，發(fā)電量占全國的4．5％。到2001年底，總裝機容量達(dá)到873萬kw，占世界風(fēng)力發(fā)電總裝機容量的35％。德國政府計劃，到2010年要使新能源占總裝機容量的10％，2050年時達(dá)到50％。(2)美國到1994年容量就達(dá)到363萬kw，占當(dāng)年世界風(fēng)電總?cè)萘康?3％，使美國在1997年前一直成為雄居世界第一的風(fēng)電大國。到2001年底，美國風(fēng)電總裝機為425萬kw，居世界第2位。近兩年美國又開始重視風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，加大支持力度，將舊機更新?lián)Q代，并制定了雄心勃勃的技術(shù)研究發(fā)展計劃，最終日標(biāo)是要將風(fēng)電電價降到2.5美分/wh。目前聯(lián)邦政府規(guī)定，可再生能源每發(fā)1kwh電可減1．5美分的稅。1998年6月，議會提出“可再生能源有價證券法規(guī)”(RP5)，規(guī)定新能源必須在電力發(fā)電來源中占有一定比例，使得風(fēng)力發(fā)電在總發(fā)電量中所占比重有可能從1998乍的2％提高到2010年的5.5％。(3)丹麥丹麥?zhǔn)鞘澜缟献畲蟮娘L(fēng)力發(fā)電機組生產(chǎn)國，產(chǎn)量占世界60％以上。在其出口產(chǎn)業(yè)中占第二位。1999年丹麥風(fēng)電總裝機達(dá)174萬kW，其發(fā)電量巳占全國總量的10％：2030年將達(dá)550萬kw，發(fā)電量將占全國近50％，其中海上風(fēng)電場裝機將達(dá)400萬kw。丹麥政府計劃，未來新能源(主要是風(fēng)電和生物質(zhì)能)將提供75％以上的能源供應(yīng)，燃煤發(fā)電將逐漸淘汰。五、我國風(fēng)電場介紹1、廣東省南澳風(fēng)電場已安裝風(fēng)力機132臺,總裝機容量達(dá)5.7萬千瓦,年發(fā)電量達(dá)1.4億千瓦時,成為亞洲海島最大的風(fēng)力發(fā)電場，目前，總裝機容量達(dá)7.55萬千瓦的兩個大型風(fēng)電項目正在建設(shè)中，投資22億多元的3個海上風(fēng)電場項目已投入前期工作。南澳地處臺灣海峽西南端喇叭口，風(fēng)力資源豐富，風(fēng)電場年平均風(fēng)速達(dá)8.54米/秒，年有效風(fēng)速時數(shù)超過7000小時，有效風(fēng)能密度達(dá)1011瓦/平方米，風(fēng)況屬世界最佳之列，是我國少有的可以大規(guī)模開發(fā)風(fēng)力發(fā)電場的地域之一。2、達(dá)坂城風(fēng)電場達(dá)坂城風(fēng)電場共3個風(fēng)電公司，均注冊在新疆烏魯木齊市。風(fēng)場年平均風(fēng)速6.7m/s。風(fēng)電機組共計157臺,總?cè)萘?2800kW。達(dá)坂城風(fēng)力發(fā)電一場位于蘭新鐵路及烏喀公路一側(cè)，達(dá)坂城谷地，年平均風(fēng)速8.1m/s。新疆水利廳1986年成立新疆風(fēng)能公司，新疆風(fēng)能公司、新疆風(fēng)能研究所、新疆新風(fēng)科工貿(mào)有限責(zé)任公司是“三位一體”的高科技實體。1989年建成了當(dāng)時亞洲最大的大型風(fēng)力發(fā)電場，并成功地高質(zhì)量運行管理至今，新疆金風(fēng)科貿(mào)公司?，F(xiàn)裝機42臺，總?cè)萘?8400kW。3、輝騰錫勒風(fēng)電場輝騰錫勒風(fēng)電場是1995年成立的風(fēng)電企業(yè)。場址位于內(nèi)蒙中旗，海拔2010～2131m，風(fēng)速7.4～8.2m/s。規(guī)劃容量120萬千瓦，年發(fā)電量33億千瓦時?，F(xiàn)裝機72臺，總?cè)萘?2700kW。股東：龍源電力集團公司(50%)六、世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展趁勢1、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)目前還在不斷發(fā)展，主要體現(xiàn)在單機容量不斷增大上。目前主流風(fēng)力發(fā)電機組的功率，己上升到600—750kw，Mw級的機組也已成批生產(chǎn)，2Mw級的機組己在試驗生產(chǎn)。2、風(fēng)力發(fā)電場未來的發(fā)展趨向?qū)⒓性冢海?）提高機群安裝場地選擇的準(zhǔn)確性；（2）改進機群布局的合理件；（3）提高運行的可靠性、穩(wěn)定性，實現(xiàn)運行的最佳控制；（4）進一步降低設(shè)備投資及發(fā)電成本；（5）總裝機容量在1MW以上的風(fēng)力發(fā)電場將占據(jù)主導(dǎo)地位，風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機組單機容量將主要是百千瓦以上至兆瓦級的。七、我國“十五”期間風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展目標(biāo)（1）“十五”期間，我國計劃新增風(fēng)電容量119.2萬千瓦。其中達(dá)坂城及阿拉山口地區(qū)新增9.87萬千瓦，內(nèi)蒙古輝騰錫勒及赤峰地區(qū)新增13.85萬千瓦，吉林通榆地區(qū)新增9.28萬千瓦，黑龍江富錦及木蘭地區(qū)新增6.18萬千瓦，河北張北、黃驊及承德地區(qū)新增9.18萬千瓦，江蘇如東和啟東地區(qū)新增9萬千瓦，遼寧營口、大連、沈陽等地新增9.76萬千瓦，廣東南澳、惠來和湛江等地新增9.04萬千瓦，上海崇明和南匯等地新增8萬千瓦，其余省份“十五”期間合計新增35.04萬千瓦。

（2）“十五”期間，風(fēng)力發(fā)電發(fā)展重點是：一是新建設(shè)10萬千瓦風(fēng)電場約3－5座（包括海上風(fēng)電場），并取得規(guī)模效益；二是鼓勵有風(fēng)能資源但還未建設(shè)一座風(fēng)電場地區(qū)的電力企業(yè)或非電力企業(yè)開發(fā)風(fēng)電項目，尤其在經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)，風(fēng)電上網(wǎng)電價也較容易分?jǐn)?，更需加快速度開發(fā)風(fēng)電，為今后電源建設(shè)中風(fēng)力發(fā)電占一定比例的配額制打好基礎(chǔ)。將開展的工作1、繼續(xù)發(fā)展小型風(fēng)力機組2、加速發(fā)展大型風(fēng)力發(fā)電機組3、快速建設(shè)風(fēng)電場4、綜合利用新能源和可再生能源四、風(fēng)能氣動研究各國積極開發(fā)新能源：美國奧巴簽署了78