新能源论文

新能源 本科生课程论文 浅谈风能的发展及发展趋势 目 机械交通学院 学 院 电气工程及其自动化 电气092班 专 业 班级 刘银 093736214 姓 名 学号 斯拉海提 教授 指导教师 职称 新疆农业大学教务处制 2012年12月2日 目录 前言 ................................................................................................................................................... 3 1 风能的发展意义和背景 ................................................................................................................. 3 2 风能的特点和来源 ........................................................................................................................ 4 2.1 风能的特点 ............................................................................................................................ 4 风能的来源 ............................................................................................................................ 4 2.2 3 风能的利用-风力发电................................................................................................................... 5 3.1 国外风力发电现状 ................................................................................................................ 5 3.2 国内风力发电现状 ................................................................................................................ 5 3.3 存在问题及原因 .................................................................................................................... 5 4 风电面临的课题 ............................................................................................................................ 6 5 风电在未来能源发展中的优势及发展趋势 .................................................................................. 7 5.1 风电的优势 ............................................................................................................................ 7 5.2 风电的发展趋势 .................................................................................................................... 8 6 结论 ............................................................................................................................................... 9 参考文献 ......................................................................................................................................... 10 浅谈风能的发展及发展趋势 刘银 摘要:能源对于国家发展起着举足轻重的作用，特别是在现阶段人们对传统能源 难以持续使用的忧虑，使得新型能源越来越多的受到关注。本文主要通过风能在 中国以及国外的发展现状及实际应用情况，探讨其中存在的问题,及发展趋势。 关键词:能源;风能;发展趋势;风力发电 Discussion on the Development and Trend of Wind Energy Liu Yin Abstract:Energy for national development play a decisive role, especially at this stage, people worried about the unsustainable use of traditional energy, making energy more and more attention. This article mainly through wind power in China and abroad the development and practical application situation, existing problems were discussed, and the development trend. Keywords: Energy;Wind energy;Development trends;Wind power generation 前言 能源问题是发展国民经济的重要战略问题。风能是一种可再生而又无污染的 能源，我国的风力资源又比较丰富,特别是沿海及附近岛屿、内蒙古草原和甘肃 走廊、“ 三北”和青藏高原等地区，一年内风速在3m/ s 以上的时间达4000h, 有些地区年平均风速高达6,7m/ s，有很大的开发价值。 1 风能的发展意义和背景 经济发展过程中，我国作为世界上人口最多的发展中国家，能源消耗量不断 增加，传统化石能源无以为继，面临的能源开发利用的资源约束越来越多，环境 压力也越来越大。如今，我国的基本国情是人口众多、生态环境承载能力弱、资 源相对不足。传统能源利用导致的环境问题越来越严重，二氧化碳的大量排放导 致全球气候发生变化，使人类的健康和生存环境受到威胁。因此，我国的能源工 业作为关系国计民生的重要基础产业，要努力做到全面、协调、可持续发展，以 符合科学发展观的要求。面对新形势，风能作为一种可再生、无污染的替代能源， 将能促进经济的可持续发展，极大地缓解日趋增加的能源压力。 风能利用在增加能源供应、改善能源结构、保障能源安全、减少温室气体、 保护生产环境和构建和谐社会等方面可以起到重要的作用。经过努力,风能将与其他新能源和可再生能源一起成为发展低碳经济的重要途径，为实施科学、绿色、 低碳能源战略做出贡献。 2 风能的特点和来源 2.1 风能的特点 风能是由地球表面大量空气流动所产生的动能，其特点包括: (1)蕴量巨大。据估算，到达地球的太阳能中虽仅有约2,转化为风能，但 97其总量十分可观，全球风能约为2.74×10MW，其中可利用的风能约为 2×10MW，比地球上可开发利用的水能总量要大10倍。全世界每年燃烧煤炭得到的能量，还不到风力在同一时间内提供给地球能量的 1,。 (2)来源丰富，取之不尽用之不竭。风是周而复始的自然循环造成的，在地球上分布广泛。 (3)没有污染，清洁无害。风能本身属清洁能源，目前成熟的风能利用和转化技术也环保无污染。 (4)风能密度低。由于风能来源于空气的流动，空气密度小，导致风能量密度较低。 (5)不稳定。气流变化频繁，风的脉动、日变化、季节变化等都十分明显，波动很大，具有季节性、随机性等特点。 (6)地区差异大。因地形变化，风力的地区差异非常明显，邻近区域，有利地形下的风力，可能是不利地形下的几倍甚至几十倍。 2.2 风能的来源 风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面风能，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。风能就是空气的动能，风能的大小决定于风速和空气的密度。 3 风能的利用-风力发电 风能是地球与生俱来的丰富资源，由于太阳照射到地球表面，各处受热不同产生温差引起大气运动而形成，取之不尽，也不存在资源衰竭问题，加快风能利用已成为全球能源界的共识。尽管仅有2%到达地球的太阳能转化为风能，其总量也相当可观，据理论计算全球实际可利用的风能至少比地球上的水能总量大10倍。风能利用的最主要型式为风力发电，风是风力发电的原动力，在风能转换过程中基本不消耗化石能源，风电设备及其原材料的生产、制造和安装过程中消耗的化石能源相对于风力机发出的电力而言微不足道，风力发电具有显著的环保效益。截至2008年年底，世界风电总装机容量达到12079万千瓦，总装机容量排在前五位的国家依次是美国、德国、西班牙、中国和印度。美国的累计装机 [1]容量达到2517万千瓦，占世界装机总量的20.8%，超过德国跃居世界第一。 3.1 国外风力发电现状 20世纪70年代风电开始兴起，历经30年的技术创新和商业推广，到今天风电已经成为一种重要的大型并网发电技术。丹麦、德国、荷兰、西班牙和美国是风电发展的大国和强国，掌握最先进的风力发电技术和控制技术。近几年，风力发电在新能源和可再生能源行业中增长最快，年增达35%，美国、意大利和德国年增长更是高达50%以上。 3.2 国内风力发电现状 我国风力发电起步较晚，但由于国家政府的重视，正在大力发展风力发电及其相关的技术研究。1986年建成设第一个示范风电场——山东荣成，经过23年努力，风电场装机初具规模，根据中国风能协会的统计数据，截止2008年底全国累计安装风电机组11600多台，装机规模约1215.3万千瓦，主要分布在24个省(市、自治区)，内蒙古、辽宁、河北、吉林和黑龙江分别为累计装机容量 [2]排名前五位。2008年全球新增装机容量2706万千瓦，中国所占比例为23%。 3.3 存在问题及原因 (1)风电发展存在着体制性障碍 ,缺少市场激励机制 ,包括风电开发的投资体制、国产化风机激励机制及政府风电采购政策等。以至于在全国 ,都普遍存在 着风电产业“入不敷出”的困局，往往是哪个地方搞风电 ,哪个地方就会背上沉重的包袱。 (2)发电设备国产化水平低 ,已被我国风电界公认为阻碍风电产业化的因素之一。 在世界风电发展如火如荼的背景下 ,我国的风电建设举步不前的根源主要是:风电电价高于煤电电价 ,而造成风电电价高企的原因是因为风电的发电设备 [3]贵，要从国外购买。造成以上现象的原因主要有: ?政策障碍。 ?技术障碍。 ?风电的供应成本还不具备与常规能源产品进行竞争的能力。 4 风电面临的课题 当今世界人类正处在风力新世纪,风电事业正向高难度、 高水平、 宽领域 [4]方向发展所面临的课题提出了新的挑战。 (1)新技术——?局部风况预测技术: 其中包括群体型风电场内后部气流、 复杂地形的气流等的高精度预测技术都是风电设备的开发和运行所必须的。? 转子空气动力学: 在转子和性能评价、 负载评价方面要求对失速现象进行研究、解释。?计算流体力学:根据计算流体力学来研究风轮机流场, 有利于风力技术水平的提高和成本的降低。?空气动力弹性: 柔性风轮机是风力新世纪的主流, 允许变形较大的柔性元件(如转子等)的空气动力弹性效果将被发挥。?基础研究:包括新翼型、空气动力噪声、设计化、可靠性等。 (2) 新概念——?轻量化、 柔性化设计:为了减小海洋风力噪声问题要求利用可以高速运转的轻量化、柔性化转子;孤岛、山岳地区的运输、装设、运行维护等都须研究。?强风和弱风设计:要求能适应风况的优化设计技术。 (3) 转子系统——?新翼型: 对空气动力特性(升力、阻力、转矩)、失速特性、噪声特性的最优化技术。? 叶片材料: 对复合材料和木材进行评价,研究利用再循环材料的可能性。?控制技术:超越失速控制和匝角控制的新控制技术的开发,部分匝角控制的最优化问题。 (4)直接驱动——? 微型风轮机: 3kW以下的风轮机,多数与永磁发电机同轴直接驱动,结构简单。?小型风轮机: 30kW以下,可提高可靠性和维护性。? 大型风轮机:可降低成本、减轻机舱重量、提高效率。采用直接驱动优点很多,但须解决技术问题。 (5) MW 级机——尤其是海洋风力发电倾向于大型MW 级机组。 (6)海洋风电—— ?系统概念: 为了降低噪声,现在风轮机转子周速上限为65m/ s,而在海洋就需解决高达100m/ s 的高速机组设计问题。?最优尺寸: 实现大型化可降低发电成本。?设计技术:由于风力与海洋负荷的不稳定性,能够处理好风力与海洋这种负载的设计技术尚不成熟。?深海应用技术: 水深 100m 的海洋浮动工作台问题,现在成本太高。 (7) 联网技术——出于地球环保, 向系统并网的风电比例不断增加,电力质量的稳定性和多种发电设备的计划运行管理技术问题有待解决。 (8)异常气象——山岳地带、极地圈内、异常强风地区等的风力发电的经验很少。 (9) 混合技术——过去是风电单独并网, 然而风力发电与太阳能发电、 风力发电与燃煤发电、风力发电与柴油机发电的混合技术的市场不断扩大,从而出现这种混合技术问题。 (10) 标准化——确保安全性、性能评价等方面的标准需要制订, 而且大量生产时的成本降低也是课题。 5 风电在未来能源发展中的优势及发展趋势 5.1 风电的优势 (1)风电是可再生无污染资源。风能最大的优点是可再生无污染 ,一台单机容量为1 000 kW的风机与同容量火电装机相比 ,可减排2 000 t/ a二氧化碳、 10 t/ a二氧化硫、 6 t/ a二氧化氮。 (2)我国风能资源非常丰富 ,而且风电技术已经成熟 ,随科学技术的发展 ,可利用的风速要求还会降低。 (3)风电能迅速缓解我国能源急需和电力短缺的局面,风电的一个重要特点就是上马快，建设周期短，只要把设备立起来就能发电;单台发电设备投资不大，建设有灵活性。不像火电、水电的建设需要用年来计算 ,在有风场数据的前提下建设只需要以周、月来计算。 (4)风电还能够有效地遏制温室效应和沙尘暴灾害 ,抑制荒漠化的发展。 (5)风电是解决边远农村独立供电的重要途径。 5.2 风电的发展趋势 (1) 风力发电成本将大幅度降低 风力发电相对于太阳能、生物质能等其它可再生能源技术更为成熟、成本更低、对环境破坏更小。 (2) 风电设备国产化比例提高 2005年7月，国家发展和改革委关于风电建设管理有关要求的通知中明确规定: 风电设备国产化率要达到70%以上。实现风力发电技术装备国产化的目的是提高中国风力发电装 备的制造能力和技术水平，降低风力发电成本，提高市场竞争能力，为推动中国风力发电技术大规模商业化发展奠定基础。加大风力发电机组的国产化力度，一方面可为风力发电场 建设采用国产设备提供优质廉价的选择;另一方面，也可迫使国外同类企业在参与中国市场竞争时大幅度降低产品价格。有理由相信，随着中国风电设备制造能力不断增强和 国产化比例的提高，中国生产的风电设备技术水平将进一步提高,同时风电设备的价格亦将 进一步降低。 (3) 海上风力发电悄然兴起并将成为重要能源形式 海上有着丰富的风能资源和广阔平坦的区域，得近海风力发电技术成为近来研究和应用的热点。兆瓦级风力发电机组在近海风力发电场的商业化运行是国内外风能利用的新趋势。随着风力发电的发展，陆地上的风机总数将趋于饱和， 海上风力发电场将成为未来发展的重点。海上发电也是近年来国际风力发电产业发展的新领域，中国海上风能资源储量远大于陆地风能资源储量，10m高度可开发利用的风能资源超过7.5亿 kW，而且海上风电场距离电力负荷中心很近。2010年，海上的风力发电总装机容量将达到200-300MW。到目前,中国正在进行江苏近海风电规划研究，上海已经开始海上风力发电建设准备工作。上海东海大 桥海上风电场示范工程位于杭州湾北岸，电场布置在东海大桥两侧，计装机容量为 102MW(3403MW),年利用小时数2624h，年上网电量2.68 亿 kWh。风电机组选用大连华锐 SL3000/90 型,目前该工程正在建设之中。 (4) 风力发电机组不断向大型化发展 随着现代风力发电技术发展的日趋成熟，力发电机组正不断向大型化发展。2002 年前后，国际风力发电市场上主流机型已经达到1.5KW以上。目前，欧洲已批量生产安装3.6MW风力发电机组,美国已研制成功 7MW 风力发电机组，而英国正在研制巨型风力发电机组，中国研制成功的最大功率风力发电机是 2-3MW, 国产风电机组目前的主流机型为1.5MW。 6 结论 风力发电具有既能保证能源的有序利用，又能战胜全球气候变化，更有利于全球的环境资源保护的优点。通过对我国风能资源及利用状况的调查，我国的风能开发和利用已经进入一个崭新时期，尤其是小型风机的生产和应用已经相当广泛，效果也非常不错，并且前景非常广阔。我们要充分有效地利用风能这种可再生、无污染、环保节净的自然资源，通过致力于风力发电的技术创新与科研开发，使我国的风力发电得到长足发展，使风电在我国得到更加广泛的应用。我国把握机遇，加快能源结构调整，在积极实现火电、水电、核电、及潮汐能源、生物能源等多种能源发展过程中，实现风能服务于人类的特殊使命。 参考文献 [1] 李珂，杨泽伟，武家胜(大规模风力发电应用现状研究[J](现代经济信息，2009(18): 228,230( [2] 赵洪杰，马春宁(风力发电的发展状况与发展趋势[J](水利科技与经济，2006(9): 618-622( [3] 周春平，孙瑶廷，白旭(当今世界风力发电最新动向[J](发电设备，2001(3):41-43(