风力发电的调研报告
摘要: 风力发电是一项高新技术，它涉及到气象学、空气动力学、结构力学、计算机技术、电子控制技术、材料学、化学、机电工程、电气工程、环境科学、等十几个专业学科，是一项系统技术。风力发电作为现在新能源利用的重要技术之一，电气工程和它是息息相关，密不可分的。
关键词：风力发电、装机容量、发电机、发电技术。
一．发展风力发电的意义、重要性及其必要性。
在全球生态环境恶化和化石能源逐渐枯竭的双重压力下，对新能源的研究和利用已成为全球各国关注的焦点。除水力发电技术外，风力发电是新能源发电技术中最成熟、最具大规模开发和最有商业化发展前景的发电方式。由于在改善生态环境、优化能源结构、促进社会经济可持续发展等方面的突出作用，目前世界各国都在大力发展和研究风力发电及其相关技术。
风能很早就被利用，主要用来风车抽水、风车磨面等，风能是一种清洁的可再生能源，其蕴藏的能量巨大，全球的风能约为2.74亿MW，其中可利用的部分约为2百万MW，它比地球上可开发利用的水能总量要大十倍，是每年全世界燃烧煤获得能量的三倍；我国每年依靠煤发电占了80%，产生了大量的温室气体，大力发展风力发电实现了低碳环保；风能不需要成本，也不造成辐射或空气污染，可带来巨大的经济效益；还有我国的风力资源是相当雄厚的，也为风能来源提供充足的保障。
二．国内外的研究现状
就全球外风力发电的情况来看，其未来各方面的效益是相当可观的。全球风力能源在2008年增长28.8%，美国2008年新建了8.35GW的风力发电产能，总产能为25.1GW占全球风力发电的五分之一；欧盟在2008年末，风力发电总装机容量为64.94GW；2009年，虽然金融危机引起的全球经济秩序的动荡仍在持续，但风电行业发展势头迅猛，全球年度市场增长率达41%，行业市场格局基本没有发生实质性的改变，美国、欧盟和亚洲仍处于全球风电发展的主要领导地位，明显的变化是中国超越美国，成为了2009年新增装机容量全球第一的国家。根据全球风能理事会GWEC统计报告显示，截止2009年，全球风电装机容量累计已达1.58亿kW，增长率累计达31.9%，产出总值为450亿欧元，从业人数约50万，该产业已经成为世界能源市场的重要组成部分。到2009年底，全球已有100多个国家涉足风电领域，目前17国累计装机容量超过百万千瓦[1]。
对于中国，我国在2009年风能装机容量为25GW，与美国相差了1000万kW；2009年中国风电新增装机容量1380万kW，居全球第一；中国风电累计装机容量2580万kW，仅次于美国的3506万kW；风电机组装备与制造能力居全球第一。2010年新增和累计风电装机容量双居全球第一位；2020年的风电累计装机可达2.3亿kW，相当于13个三峡水电站的规模，年总发电量约4649亿kW·h，风电总装机容量占15%左右，可取代200个火电厂，减少二氧化碳排放量4.1亿t/a，节约标准煤近1.5亿t/a[1]。
三．风力发电机的分类
根据基本结构以及运行原理，发电机通常可分为直流电机、感应异步电机和同步电机几大类。风力发电系统中电机类型繁多，包括以下类型。
（一）在CSCF 风电系统中常用的发电机包括异步机感应电机和电励磁同步机。
1.异步机感应电机。异步机运行稳定可靠、坚固耐用、结构简单便于维护，适用于各种恶劣的工况条件，但转速运行范围窄。电机定子一般通过变换器或软启动器与电网相连，通常还需并联无功补偿器，提供足够的无功补偿以维持机端电压稳定。软启动器的主要作用是限制并网时过大的冲击电流对电网的不利影响。
2.电励磁同步电机。它带有独立的励磁系统，是同步电机必不可缺的组成部分，必须通过励磁系统的激磁才能建立旋转磁场，旋转磁场以同步转速旋转运行。根据励磁系统的励磁方式可分为直流励磁、静止交流整流励磁和旋转交流整流励磁。旋转交流整流励磁无需电刷及滑环，可靠性大为提高。调节励磁可以改变电机无功功率以及功率因素，且并网运行供电可靠性高，频率稳定，电能质量好，这是同步机的显著优点[2]。
（二）在VSCF 风电系统中所采用的电机种类比较多，常见的有以下几种。
1.笼型异步电机。因转子结构像鼠笼而得名，风速改变时，风力机和发电机的转速也跟随调整，因此发电机输出的电压频率不是恒定的，利用电机定子和电网间的变换器，将频率转变成与电网相同的恒定频率，可见变速恒频控制是在定子侧实现的[3]。由于电机定子与变换器相连，变换器容量与发电机的相同，特别在大容量风电系统中将导致变换器成本、体积以及重量都明显增加，一般多应用于离网型风电系统。
2．绕线式异步电机。普通绕线式异步发电机。这类发电机的滑差变化小，调速范围较窄，通常不超过5%。利用改变转子回路外串电阻阻值大小的方式，就能改变转子回路中外串电阻所消耗的转差功率，以此达到改变电机转速的目的，但在转子回路串入电阻，使系统损耗加大。
3．双速异步发电机。这种发电机具有两种不同的同步转速，即低同步转速和高同步转速。风速较低时采用低同步转速运行方式，维持低功率输出；风速较高时采用高同步转速运行方式，与之对应则是高功率输出。根据异步电机理论，在电网频率恒定的情况下，只需改变极对数，就能改变同步转速。通常通过安装两套不同绕组或改变定子绕组的接线方式就可改变极对数[2]。
4.滑差可调异步发电机。根据风力机特性，当风速改变时，而风力机转速维持不变，风能利用效率必将偏离最佳值，风力机发电效率将明显降低。若风速在一定范围内变化时，风力机的转速也可跟随变化，此时利用电力电子元件构成的控制机构，调整滑差可调绕线式异步发电机转子绕组中串接电阻值的大小就可保持转子电流恒定，不需要进行变桨距调节便可保持发电机输出功率恒定，避免了风速频繁变化引起输出功率的波动，供电质量明显改善; 变桨距调节机构也无须频繁操纵、控制，大大提高了系统运行的可靠性，有效地延长了机组的使用年限。
5.交流励磁双馈异步发电机。这类发电机定子侧直接与电网相接，转子侧通过变换器与电网相连，定子、转子均可与电网双向传递功率，通过转子侧变换器可改变转子电流的频率、相角及幅值实现恒频输出。这种电机既可电动运行，也可发电运行，调速范围较宽，而定子侧输出电压与频率均可保持恒定; 对输出有功和无功可分别独立控制；对网侧有无功补偿的作用，可有效提高电网的功率因
素，大大增强系统的稳定性。变换器只提供转差功率，其容量仅仅相当电机的20%—30%，可显著降低变换器的成本，是一种较为优化的变速恒频运行方案，在风力发电系统中得到了日益广泛的应用[2]。
6.无刷双馈异步发电机。无刷双馈异步发电机定子包含两套极数不同的绕组:功率绕组，相当于双馈发电机的定子绕组，与电网直接相连；控制组，相当于双馈发电机的转子绕组，通过变换器连接电网，转子采用磁阻式或者笼型结构形式; 虽然这种发电机的运行原理与双馈发电机的存在本质的不同，但都能利用相同的控制策略进行变速恒频调节[3]。因发电机本身没有滑环和电刷，既降低了成本，又提高了运行的可靠性。
7.永磁同步发电机。永磁同发电机定子通过变换器与电网相连(如图二)，因此变换器的容量与电机的相同，变速恒频运行是在定子侧实现的。若省去系统的齿轮箱部件，风力机与发电机直接耦合，即为直驱动式结构，否则为半驱式结构。直接耦合后无需传动装置，噪声大为降低，但发电机运行时转速比较低，导致电机机体体积相对较大，成本有所提高，但考虑省去了造价昂贵且易磨损的齿轮箱部件，整个机组的制造成本还是下降了，可靠性也大为提高，系统也更便于维护[3]。
图一.直驱式永磁同步电机变速恒频风电系统
8.混合励磁永磁同步发电机。这种发电机是在永磁同步电机结构基础上改良而来，既含有永磁体，又带有自身的励磁系统。电机气隙磁场由两部分合成:一部分是由电励磁系统激励生成，这部分磁场强弱可调节；另一部分则由电机的转子永磁体产生，是构成磁场的主体部分。它同时具有永磁同步电机及电励磁同步电机两者的优点:磁场既可调，励磁损耗又低，且效率高，又解决了永磁同步电机磁场难以调节的不足，有较好的发展应用前景[6]。
9.开关磁阻发电机。开关磁阻发电机转子上既无绕组也无永磁体，电机定子上有集中绕组，利用控制器分时实现发电和励磁，因此结构简单，成本低，可靠性高；开关磁阻电机低速性能良好、启动转矩大、调速范围宽、过载能力强，可应用各种高低速驱动调速系统。目前，在风力发电系统也有一定的应用[4][5]。
10.高压发电机。普通发电机通常只能在低压条件下运行，发电后必须通过升压变压器才能在电网上输送电能，这表明通过变压器输电时存在较大的功率损耗; 高压发电机在结构上与普通发电机并无特别之处，但高压发电机定子绕组采用高压电缆绕制，使得发电机可以运行于高压条件下，电机铜耗明显降低，提高了功率变换器输出电压的等级，风电系统经变压器升压就可向电网输电[7]。因省去了变压器和传动机构，电磁损耗较低，可靠性高。
11.储能式发电机。对于风电功率波动的问题，输出功率较小的情况下，通过加设滤波电容，利用滤波电容削峰填谷的平滑作用可抑制功率大幅波动；若输出功率很大，波动明显，电容器容量必须很大，导致电容体积、成本大幅增加，这对电容器的性能、稳定和可靠性要求很高，技术上实现不容易。利用储能式发
电机，其输出功率的波动性将极大得到平缓控制，这就意味着风电功率波动导致大规模上网难这一技术难题能够克服。这种电机容量很小，通常应用于各种高低压断路器中，目前湘电对船舶用大功率储能电机的研制正在进行中，而在风力发电中的研究多处于理论阶段，尚无法投入使用。
几种现代风电技术中所用电机之间的比较：
表二.电机之间的比较
现代的风力发电机组大部分都还有增速装置齿轮箱，降低了风力发电机的整体工作效率。由表二中，可以看出永磁式发电机的各方面都由于其它电机，因此永磁式电机是未来风力发电机所使用电机发展的趋势。
四．风力发电机的发电原理和其构
（一）风力发电机的原理
现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变成机械转距，通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网；如果超过了发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。由于风力不可控而且不稳定，一般的小型风力发电机产生电能以后先向蓄电瓶充电，转化为化学能，然后由逆变电源向外输出稳定的电压。
（二）风电机的构造
图三.风力发电机内部结构
小型风力发电系统效率很高，但它不是仅由一个发电机头组成，而是一个小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片
组成（如图一）。叶片用来接受风力并通过机头转换为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向，从而获得最大的风能；转体能使机头灵活的转动，以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。现代的大型风力发电机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统。
机舱：机舱包含着风力发电的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可通过风力发电塔进入机舱，机舱左端是风力发电机转子叶片及轴。
转子叶片：捕获风能，并送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为二十米。
轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。
低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心和齿轮箱连接在一起。在现有的600千瓦电机上，转子转速相当慢，大约为19—30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。
齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍，也就是将很低的风速变为很高的发电机转速，同时也使发电机易于控制，输出稳定的频率和电压。
高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效或电机维修时。
发电机:恒速恒频风力发电机系统一般使用同步电机或者鼠笼式异步电机作为发电机，通过定桨距失速控制的风轮机使发电机的转速保持在恒定的数值继而保证发电机端输出电压的频率和幅值的恒定，其运行范围比较窄；变速系统主要分为同步发电机系统和异步发电机系统。其中同步发电机系统包括永磁同步发电机系统和电励磁同步发电机系统;异步发电机系统主要是绕线异步发电机系统。永磁同步发电机是利用永久磁铁取代转子励磁磁场，其结构比较简单、牢固。永磁同步发电机变速恒频风力发电系统是通过控制一套整流逆变装置，将发电机输出的变频变压交流电转换为满足电网要求的恒频恒压交流电。
偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风，风轮扫过的面积总是垂直于风向。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器通过风向标感应风向。通常，在风改变风向时，风力发电机一次只会偏转几度。
液压系统：用于调节叶片桨距，同时用作阻尼、停机、刹车等状态。现在电变距逐渐取代液压变距。
电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止齿轮箱或发电机过热而引起的故障，该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。
冷却元件：包含一个风扇，冷却发电机；油冷元件，用于冷却齿轮箱中的油。塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常塔越高越有优势，离地面越高，风力越大。现代600千瓦风轮机的塔高40—60米，分为管状和格子状。
风速计及风向标：用于测量风速和风向。
五．风力发电的关键技术
（一）功率调节是风电机组的关键技术之一。
传统的功率调节方式主要有定桨距失速调节、变桨距节、主动失速调节和变速调节等。控制系统通过若干传感器及时收集风向、风速、风力等信息,经计算机处理、调整,使风机能够适应风力的变化,在较佳状态下运行。定桨距调节于20世纪80年代中期进入风电市场,采用软并网技术、空气动力刹车技术、偏航
与自动解缆技术,解决了风电机组的并网问题和运行的安全性和可靠性问题,但发电效率较差。变桨距风机于20世纪90年代进入风电市场,机组起动时可对转速进行控制,并网后可对功率进行控制,使风机的起动性能和功率输出特性都有了显著改善。主动失速控制是定桨距失速调节和变桨距调节方式的组合。低风速时采用变桨距调节,可达到更好的气动效率;达到额定功率后,桨距角减小,攻角增大,叶片失速效应加大,从而降低了风轮的旋转速度,限制风能捕获。变速风机于20世纪90年代中期进入风电市场,其特点是:低于额定风速时,能跟踪最佳功率曲线,使风机具有最佳的风能转换效率;高于额定风速时,增加了传动系统柔性,使功率输出更稳定。
21世纪初,效率更高的变桨变速双馈风电机组逐渐成为主力机型。对于2000kW以上的大容量机组,随着单机容量增加,桨叶增大增长,在同一地区,风资源在不同高度的分布差别大,因此,当浆叶处于高处和低处时,风力、桨叶的大小和分布都有很大的差别。智能变桨是随着风机单击容量增大而出现的技术特点之一,是控制系统对3个桨叶分别单独控制来转换角度和方向,以更好地调整电能输出,更有效地利用风能,但同时也对桨叶控制、系统可靠性提出了更高要求。（二）风力发电机的并网。
现代的大型并网发电机都逐渐采用双馈绕线型异步发电机。双馈异步型发电机具有两种同步转速，在并网切换时需要吸收电网的无功补偿。变速风力机驱动交流发电机发出的为频率不断变化的交流电，需要采用大功率高反压的晶闸管整流-逆变装置转化成电网频率后才能送入电网；单台机组自身有较全的保护系统，风力机主电路出口处装有速断过流保护，还设有三相电流不平衡、缺相、过压欠压、高周低周和功率限制等保护；针对异步电机在启动时冲击电流比较大，现代的并网风力发电机都配齐了性能优越的软并网控制电路，并网过程很平稳，最高峰值电流被限制在额定电流之内，整个过程十几个周波到几十个周波[10]。
六．风力发电的发展前景和问题
（一）发展前景
近几年风力发电在我国得到迅速发展，2010年我国总的发电装机容量和新增发电装机容量在全球排在第一位。随着化石能源的不断减少，人们对环境保护的呼声越开越高，对新能源开发的脚步愈来愈快，风能发电无疑成为了人们探索和发展的方向和目标。我觉得以后的发展主要向这几个方面进行：
1.海上风力发电。海上风电由于资源丰富、风速稳定、开发影响相关方面较少和可以大规模开发等优势,受到广泛关注。一项调查表明，同等装机容量,海风电场比陆上风电场年发电量可增加20%—50%[8]。
2.材料。研发新的具有良好性能的新材料。由于风力发电机组处于恶劣的环境，并且风叶常年受强风的影响，受损坏程度大，因此，对高性能材料的研究加大也是未来发展的一个方面。
3.并网技术。在注重大容量机组并网的同时，也不能忽略小容量机组的发展。小容量机组的并网比较难，但可以将它和其他的一些发电方式结合起来。近年有风光互补技术在不断发展，也可以考虑与潮汐能、地热能、火电、水电等结合供电[9]，解决小容量机组并网难的问题。
4.智能化。风电系统的智能化对风电机组的控制与检测技术、建模与仿真研究、风功率预测和管理技术、故障诊断及预警系统、风电资源的优化配置与调度等诸多技术指标均提出了新的高要求，是未来风电技术研究的热点之一。
（二）风力发电技术也存在一部分问题
1.风力发电的技术还不是成熟，仍有一些技术问题尚未解决，设备资金和一些成本较高；
2.相关的政策和法律保护还不是很完善；
3.缺少相关的对各地风力资源的勘探和调查。
七．相关文献
[1]李俊峰，施鹏飞，高虎. 2010中国风电发展报告. 海口:海南出版社，2010，3-24.
[2]李军军，吴政球，陈波. 风力发电及其技术发展综述. 北京:中国电力出版社，2011，8.
[3]吴聂根，程小华. 变速恒频风力发电技术综述. 微电机，2009，69-73.
[4]沙非，马成廉，刘闯. 变速恒频风力发电系统及其控制技术研究. 电网与清洁能源，2009，2.
[5]李珊珊，何凤有，昌现钊. 变速恒频交流电机风力发电技术.电机与控制应用，2008，3.
[6]董萍，吴捷，陈渊睿. 新型发电机在风力发电系统中的应用. 微特电机，2004，13-17.
[7]魏伟. 风力发电及相关技术发展现状和趋势. 电气技术，2008，5-11.
[8]包耳，胡红英. 风力发电的发展状况与展望. 大连:大连民族学院出版社，2011，1.
[9]仲昭阳，王述洋，徐凯宏. 风力发电的现状及对策. 林业劳动安全，2008，34-37.
[10]兰立君，王培红，陆璐等.风力发电及其关键技术研究.能源技术，2005，148-150.
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哈尔滨工业大学专业导论调研报告
题目：风力发电的调研报告
姓名：王云鹏
学号：1110610124
学院：电气学院
专业：电气工程及其自动化
指导教师：寇宝泉
2012年03月01日
太阳能发电和风力发电概述 上海力友电气有限公司专业为太阳能发电、风力发电、燃料电池发电、水力发电等各种可再生能源发电系统提供各种完美的工程方案，其产品主要应用于可再生能源并网发电系统、离网型村落供电系统及各类户用电源系统，并可为电网困难地区的通信、交通、路灯照明等提供电力帮助。 一、离网发电系统 风机和光伏组件为发电部件 控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。 蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。
逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻，维护困难，为了提高光伏风力发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高，逆变器的高效运行也显得非常重要。 产品包括 A、光伏组件 B、风机 C、控制器 D、蓄电池组 E、逆变器 F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源 二、并网发电系统 可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。 因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，
2017年中国风力发电行业现状及未来发展趋势分析 风能是一种淸洁而稳定的新能源，在环境污染和温室气体排放日益严重的今天，作为 全球公认可以有效减缓气候变化、提高能源安全、促进低碳经济增长的方案，得到各国政府、 机构和企业等的高度关注。此外，由于风电技术相对成熟，且具有更高的成本效益和资源有 效性，因此，风电也成为近年来世界上增长最快的能源之一。 1、全球发展概况 2016年的风电市场由中国、美国、徳国和印度引领，法国、上耳其和荷兰等国的表现 超过预 期，尽管在年新增装机上，2016年未能超过创纪录的2015年，但仍然达到了一 个相当令人满意的水平。根据全球风能理事会发布的《全球风电发展年报》显示，2016年 全球风电新增装机容量 54.600MW,同比下降14.2%,英中，中国风电新增装机容量达 23328MW （临时数据）,占2016年全球 风电新增装机容量的42.7%o 到2016年年底， 全球风电累计装机容量达到486J49MW,累计同比增长 12.5%。其中，截至2016年底, 中国总量达到16&690MW （临时数据），占全球风电累计装机总量的34.7%。 2001-2016年全球风电装机置计容量 450.000 400.000 350.000 300.000 土 250.000 W 200.000 150,000 1W.OOO 50.000 数据来源：公开资料整理 ■ ■ ■ ■ ■ 11 nUr l ■蛊计装机容蚤
按照2016年底的风电累计装机容量计算，全球前五大风电市场依次为中国、美国、徳国、印度和西班牙，在2001年至2016年间，上述5个国家风电累计装机容量年均复合增长率如下表所示： 数据来源：公开资料整理 2、我国风电行业概况 目前，我国已经成为全球风力发电规模最大、增长最快的市场。根据全球风能理事会（Global Wind Energy Council）统讣数据，全球风电累计装机容量从截至2001年12月31 日的23.9OOMW增至截至2016年12月31日的486.749MW,年复合增长率为22.25%, 而同期我国风电累计装机容量的年复合增长率为49.53%,增长率位居全球第一：2016年，我国新增风电装机容量23328MW （临时数据），占当年全球新增装机容量的42.7%,位居全球第一。 （1）我国风能资源概况 我国幅员辽阔、海岸线长,陆地而积约为960万平方千米,海岸线（包括岛屿）达32,000 千米，拥有丰富的风能资源，并具有巨大的风能发展潜力。根据中国气象局2014年公布的最新评估结果，我国陆地70米高度风功率密度达到150瓦/平方米以上的风能资源技术可开发量为72亿千瓦，风功率密度达到200瓦/平方米以上的风能资源技术可开发量为50 亿千瓦；80米高度风功率密度达到150瓦/平方米以上的风能资源技术可开发量为102亿千瓦，达到200瓦/平方米以上的风能资源技术可开发量为75亿千瓦。 ①风能资源的地域分布 我国的风能资源分布广泛，苴中较为丰富的地区主要集中在东南沿海及附近岛屿以及北部（东北、华北、西北）地区，内陆也有个别风能丰富点。此外，近海风能资源也非常丰富。 A. 沿海及其岛屿地区风能丰富带：沿海及其岛屿地区包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省（市）沿海近10千米宽的地带，年风功率密度在200瓦/ 平方米以上，风功率密度线平行
课程设计 设计题目：小型风力发电系统设计 姓名郭国亮 院系食品工程学院 专业热能与动力工程 年级热能本1202 学号20122916100 指导教师刘启一 2015年12 月13 日
第一章：风力发电系统设计的概况 1.1设计的目及意义： 1）了解风力发电系统的原理和运行流程。 2）设计小型的风力系统满足地方需要。 3）为了解决能源危机和环境保护、气候变暖等各方面的问题，大力推广可再生能源发展的必要性。 1.2设计原则： 1）可再生，且清洁无污染。 2）风速随时变化，风电机组承受着十分恶劣的交变载荷。 3）风电的不稳定性会给电网或负载带来一定的冲击影响。风力发电的运行方式主要有两种：一类是独立运行的供电系统，即在电网未通达的地区，用小型发电机组为蓄电池充电，再通过逆变器转换为交流电向终端电器供电；另一类是作为常规电网的电源，与电网并联运行。 1.3设计条件： 设计一个10 KW并网的风力发电系统和控制系统。 1.4发电系统设计方案： 1）恒速恒频发电系统。 2）变速恒频发电系统。 1.5烟台当地风资源概要： 1）烟台地理位置： 烟台市位于胶东半岛北缘，中心地理位置约为：北纬37.8，东经121.23，受季风环流的控制和其他天气形势的影响，该地区的风力资源十分丰富。 如表：2014 ~ 2003年烟台市，全市平均气温 2003年12.5 ℃2009年13.0 ℃ 2004年12.7 ℃2010年12.2 ℃ 2005年12.5 ℃2011年12.1 ℃ 2006年13.1 ℃2012年12.2 ℃ 2007年13.4 ℃2013年12.6 ℃ 2008年12.7 ℃2014年13.4 ℃ 由此可得，历年平均气温为7. 12℃ 烟台历年平均风速： 年份风速（m/s) 年份风速（m/s) 年份风速（m/s) 1988 4.1 1994 3.4 2000 3.2 1989 3.7 1995 3.4 2001 3.3
风力发电的发展及优势分析 摘要：为解决传统能源污染环境较严重及其利用率不足的问题，各国均大力倡导开发新能源，发展低碳电力。风能作为一种无污染、可再生、占地少、开发利用技术成熟的新能源，在世界各国得到了发展和利用。阐述了中国的风电发展现状，回顾了世界风电的发展，从环境、经济、产业等方面与其他部分发电方式对比，分析风电的优势。 关键词：风力发电、发展、综述、优势 引言：风能是一种洁净的、储量极为丰富的可再生能源，受化石能源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，自20世纪70年代中期以来．世界主要发达国家和一些发展中国家都重视风能的开发利用。风能将是21世纪最有发展前景的绿色能源，是人类社会可持续发展的主要新动力源。尽管我国近几年风力发电年增长都在50％左右，但装备制造水平与装机总容量与发达国家还有较大差距。我国现有风电项目的设备98％是进口的，有一半资金利用的是国际组织和外国政府的赠款或贷款。从我国的风电发展道路看我们还处于技术示范阶段。从国产机组商业化发展途径看，我们正在技术示范的开始阶段。风电相比于目前处于主导地位的火电、水电、核电有其优势的一面，文章中将进行具体分析。 1、风能 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，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。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为 2.74X109MW，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。目前世界环境情况正在日益恶化，其中，利用煤炭、天然气、石油等燃料发电所产生的温室效应是一个重要因素，而核能发电则面临核废料的处理问题，不利于环境保护。随着世界性能源危机的加剧和全球环境日趋污染，许多国家都更加重视洁净的新能源和可再生能源的研究、开发和利用。风能作为清洁、可再生能源具有许多优点：取之不尽、用之不竭、就地可取、不需运输、分布广泛、分散使用、不污染环境、不破坏生态、周而复始、可以再生。就世界范围而言，风力发电是新能源领域中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电方式之一。风力发电几乎不消耗矿物质和水资源，与常规燃煤、燃油发电方式相比，具有可减排烟尘及污染物、调整改善电力工业结构、推进技术进步等各种优点，风力发电的经济指标逐渐接近清
风力发电现况以及未来发展趋势 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。 一、国外发展状况 目前，中、大型风力发电机组已在世界上40多个国家陆地和近海并网运行，风电增长率比其它电源增长率高的趋势仍然继续。如表1所示，截止2005年12月31日世界装机容量已达58,982MW，年装机容量为11,310MW，增长率为24%；风力发电量占全球电量的1%，部分国家及地区已达20%甚至更多。2005年世界风电累计装机容量最多的十个国家见表2，前十名合计，约占世界总装机容量的%。2005年国际风电市场份额的分布多样化进程呈持续发展趋势：有11个国家的装机容量已高于1,000MW，其中7个欧洲国家（德国、西班牙、意大利、丹麦、英国、荷兰、葡萄牙），3个亚洲国家（印度、中国、日本），还有美国。亚洲正成为发展全球风电的新生力量，其增长率为48%[5]。2002年欧洲风能协会（EWEA）与绿色和平组织（Greenpeace International）发表了一份标题为“风力 12（Wind Force 12）”的报告，勾画了风电在2020年达到世界电量12%的蓝图。报告声明这份文件不是预测，而是从世界风能资源、世界电力需求的增长和电网容量、风电市场发展趋势和潜在的增长率、与核电和大水电等其他电源技术发展历程的比较以及减排CO2等温室气体的要求，论证了风电达到世界电量12%的可能性。 二、国内发展现状 经过前几年的低谷期，国内的风电市场正在迎来新的发展期，特别是在节能减排、环境治理的趋势下，国家出台的一系列政策，使得风电产业站上了风口。 （一）我国风电发展进入新阶段 风电是资源潜力大、技术基本成熟的可再生能源。近年来，全球资源环境约束加剧，气候变化日趋明显，风电越来越受到世界各国的高度重视，并在各国的共同努力下得到了快速发展。据世界风能协会统计，截至2013年年底，世界上开发风能的国家已经达到103个，年发电量达到6400亿千瓦时，占全球总电力需求的4%。我国可开发利用的风能资源十分丰富，在国家政策措施的推动下，经过十年的发展，我国的风电产业从粗放式的数量扩张，向提高质量、降低成本的方向转变，风电产业进入稳定持续增长的新阶段。2003年底，我国风电装机只有50万千瓦，排名世界第十。2013年我国新增风电装机容量1610万千瓦，占当年世界新增容量的45%；累计装机容量突破9000万千瓦,占世界累计装机容量的28%，两项指标均居世界第一?2013年我国新增风电并网容量1449万千瓦；累计并网容量达到7716万千瓦，占全国电源总装机容量的%。今年1至9月，我国风电新增并网容量858万千瓦；到9月底，累计并网容量8497万千瓦，同比增长22%。预计到今年年底我国风电累计并网容量可达到1亿千瓦，从而提前一年完成“十二五”规划目标，风电发电量占全国总发电量的比重也将由2008年的%增长到%，连续两年超过核电，成为国内继火电、水电后的第三大主力电源。 （二）财政优惠 根据财政部文件，为鼓励利用风力发电，促进相关产业健康发展，自2015年7月1日起，对纳税人销售自产的利用风力生产的电力产品，实行增值税即征即退50%的政策。中国可再生能源学会秘书长秦海岩对中国证券报记者表示，这项政策实际并非新政，2001年相关主管部门在对资源综合利用目录的增值税征收政策进行规范时，就提到了风电也是“减半征收”。但“减半征收”在操作层面比较复杂，因此，相关主管部门在2008年的文件中提出即征即退50%。现在只是为了重新梳理政策，把之前的资源综合利用的目录作废，并对风电提出来单独进行了规范说明。 分析人士表示，这实际上是之前风电增值税优惠政策的延续。今年以来，从国家发改委、国家能源局到国家电网公司，再到新能源装机大省的地方政府都在围绕风电发展给予多方面的支持。今年4月28日，国家能源局公布“十二五”第五批风电项目核准计划，项目共计3400万千瓦，超出业界预期；5月下旬，国家能源局发布了《关于进一步完善风电年度开发方案管理工作的通知》，对于弃风限电比例超过20%的地区、年度开发方案完成率低于80%的地区，不安排新项目。 （三）风电企业业绩逐步向好 近期，A股风力发电板块展示出了高景气度。截至7月1日，A股风力发电概念板块23家公司（以设备制造商为主）中，有9家已预告或发布中报业绩情况，除1家净利润变动幅度为负，其余8家净利润增幅在24%至350%之间。其中，
2020-2025年风力发电行业市场竞争格局和产业链报告
目录 第一章风力发电行业概述 (3) 第一节风力发电行业定义 (3) 第二节风力发电行业特点分析 (3) 一、风力发电行业周期性特征分析 (3) 二、风力发电行业区域性特征分析 (3) 三、风力发电行业季节性特征分析 (4) 第二章风力发电行业市场竞争格局分析 (5) 第一节我国风力发电行业竞争状况分析 (5) 第二节我国风力发电行业竞争对手分析 (6) 第三章风力发电行业产业链上下游市场运行分析 (9) 第一节风力发电行业产业链介绍 (9) 第二节风力发电上下游行业发展状况对行业发展的影响 (9)
第一章风力发电行业概述 第一节风力发电行业定义 风力发电行业属于电力工业链的发电环节，其工作原理和流程是将空气动能首先通过叶轮转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能，发电机组输出的电能通过升压变电站升压后输送到电网中，电网再将电能送至各用电单位。 风能是一种清洁而稳定的可再生能源，在环境污染和温室气体排放日益严重的今天，风力发电作为全球公认可以有效减缓气候变化、提高能源安全、促进低碳经济增长的方案，得到各国政府、投融资机构、技术研发机构、项目运营企业等的高度关注。相应地，风电也成为近年来世界上增长最快的能源。 第二节风力发电行业特点分析 一、风力发电行业周期性特征分析 就行业周期性而言，影响风电行业发展的主要因素是风资源、国家政策和电网条件，现阶段本行业正处于持续稳定发展期，无明显的行业周期性。 二、风力发电行业区域性特征分析 就行业的区域性而言，我国风电场项目具有区域性的特点，主要集中于风资源比较丰富的内蒙古、新疆、甘肃、河北、山东等省份。未来，随着低风速风机的成熟和应用，本行业的区域性特征将进一步减弱。
新能源风力发电的发展思路探索 发表时间：2019-04-01T11:54:53.143Z 来源：《电力设备》2018年第28期作者：刘波 [导读] 摘要：风能是一种十分清洁的可再生能源，具有良好的经济效益和环境效益，较好地满足当前我国用电量增加的问题。 （新疆宏远建设集团有限公司新疆可克达拉市 835213） 摘要：风能是一种十分清洁的可再生能源，具有良好的经济效益和环境效益，较好地满足当前我国用电量增加的问题。我国具有大量的风能资源，使得风能在我国有十分广阔的发展前景，国家要继续推动风能产业的发展，保证市场公平，推动风能汗液的技术研发，推动风能发电的全面发展。 关键词：新能源风力发电；发展思路；分析 1风力发电 1.1风力发电的原理和特点 风力发电是一个将风能的机械能转化成电能的过程，这个转化过程由风力发电机和其控制系统实现，当风力进入发电系统后，便成为发电系统的输入信号，系统内的风力控制器输出桨距角信号，对机械的转和输出功率进行调整。机械产生的能量会进入发电机，最后转化成电能进入电网[1]。风能发电的特点在于风能是可再生的，发电厂的建设周期很短，装机规模灵活、具有较高的可靠性，同时运营维护简单，造价低。 1.2风力发电系统的类型 常见的风力发电系统主要有三种，包括恒速感应发电系统，变速恒频双馈式发电系统和变速同步发电系统。恒速感应发电系统在当前使用的最为广泛，这种系统的构造简单，造价很低，发电过程比较容易控制，后期维护投入非常低；但是这类系统存在着不能有效控制无功补偿的问题，使得供电效率很低[2]。变速恒频双馈式发电主要使用在电力生产中，这类系统的优势在于发电具有较高的稳定性，而且容易控制，不需要无功补偿，成本低的同时对风能具有较高的转化效率；但是这类系统比较复杂，使得维护比较困难。变速同步发电系统还处于摸索阶段，而且造价很高，目前并没有太多的使用，但是该系统具备着不需要无功补偿和稳定性高的优势，具有较高的潜力。 2我国新能源风力发电的现状 《可再生能源法》作为我国对新能源发展的规划，其预示着可再生能源将会成为能源发展的重要部分，经过十多年的努力，我国的风力发电水平已经不容小觑，风电装机比重越来越高，到2008年8月，已经进入世界前五，这也标志着中国已经成为可再生能源大国。目前，我国风电产业发展十分迅猛，增长率和总装机量都占全世界第一，已成为全世界范围内风电系统最大的国家。 如今我国对于国内风电发展所需的一般零件都已能够自给自足，但在一些技术要求较高的部件如励磁系统和一些关键电子元件仍然需要从外国大量进口。因此，我国必须在高层技术方面进行创新和突破，才能继续保持高速的发展趋势。 3问题分析 3.1风能能源的评估有待完善 对于风能资源进行评估并以此制定风力发电的规划是我国风力发电进行管理的基础。目前我国的相关机构在开展的风力能源评估还处于有点完善的状态，距离世界上的发达国家还存在明显的差距，因此，开展对于风力发电的相关资料整理以及重新进行调查评估是非常有必要的，相关部门应该更加严格的对我国沿海地区和内陆地区的风力分别进行检测和评估，同时还需要不断对我国现有的风力发电场所产能进行更科学合理的长远规划。 3.2自主创新需要提升 在目前我国对于风力发电产业生态圈建设尚未完成的过程中，我国的企业对于大型兆瓦发电机的信息技术吸收还没有充分进行。与此同时，我国对于风力发电机组中的核心设备和相关零件还无法进行自主生产，这是制约我国风力发电发展的关键问题。因此更快地进行我国风力发电设备制作的自主创新，同时加强完整知识产权的风力发电机组设备的研究，都是保障我国风力发电事业发展的重要目标[1]。 3.3国家电力网络与风力发电的发展不协调 目前我国电力网络设施的管理和运用并没有与风力发电产生足够的协调性。在风力发电场所接入电网的工作并没有很好地得到完成，整个国家电网的发展规划也缺乏对于风力发电场所的重视。就这个问题，还需要我国的政府相关部门更好地制定相应的管理办法，从而保证风力发电场所与国家电网之间可以共同协调发展，更好地为风力发电的发展提供保障。 4新能源风力发电的发展思路 4.1政府提供足够的政策 风力发电是一项十分巨大的工程，没有足够底气的公司是不会冒这个风险的，因此政府如果能够给出一些充满诱惑的“橄榄枝”，那些企业还是会冒一下风险闯一下的。比如，政府颁布多购多奖励，少购少处罚的政策，通过政策来刺激企业的投资，这样能够带动起风力发电的发展。其次，政府可以为企业提供电厂和电网的建设点，并为这些企业提供一定的补助，让害怕风险的企业有了保障，这样就会出现越来越多的企业投资风力发电，达到推动风力发电发展的目的。 4.2实现风力发电的产业化发展 在越来越多的企业投入风力发电后，风电企业就会慢慢变得和其他发电产业一样形成一个产业集群。这些企业能够在产业集群中相互竞争相互促进，就和达尔文自然选择学说一样，在竞争中优胜劣汰，从而营造一个以发展为目标的产业集群。这样就能使电力企业朝着更好的方向前进，促进经济的发展。 4.3政府完善市场检查管理制度 为了解决风电发展规划与电网规划的不相协调，政府应该采取一系列的措施，并且完善监管制度。首先，要吸引其余公司加入风电产业，这就需要政府对风电产业结构体制进行改革，根据市场经济规律在市场中建立一个公平开放、能够为国内投资者提供投资的平台。其次，为了使投资的主体群众保持一个较高的积极性，政府应该放低政策，提供一个多元化的投资平台。同时相关部门还要对风力发电投资项目可能出现的问题有所保障，这就需要政府规范市场秩序，营造一个公平的市场，保证风电产业的高速发展。 4.4明确我国风力发电的发展目标 为了促进我国风力发电的健康发展，同时不断提升我国电网运行过程中的安全性和可靠性，首先需要对我国风力发电的发展目标进行
中国风能发展前景广阔 中国目前正处在工业化和城市化发展阶段，现阶段经济增长需要有足 够的能源供应，同时还要满足环境约束。因此，开发新技术新能源，从而优化 能源结构，对中国是一个必须的选择。尤其是在中国石油对外依存不断增大（2010 达到55%），油荒、电荒、气荒等问题接连出现，中国政府提出在2005 年基础上减少40%-45%的碳强度目标的背景下，为了保障能源安全和应对气候变化问题，中国本身具有发展新能源产业的经济动力。 中国有非常丰富的可再生资源，新能源产业的规模迅速扩大。中国的风 能资源很丰富，发展潜力很大。如中国陆地风能（高度50 米）有23.8 亿千瓦，海洋风能大概有2 亿千瓦左右。近年在国家政策的支持下，发电产业取得 快速发展，2010 年底，中国投入运营的风电发电装机容量达到了41800 兆瓦，同比增长62%，超过美国，成为全球风电装机最大的国家。 中国成为风电大国，但还不是风电强国。 近年来，虽然中国风电产业取得了快速发展，但产业整体技术水平与市 场规模不相适应，自主研发不足，产品更新换代太慢等。虽然国内企业已基本 掌握兆瓦级风电机组的制造技术，许多主要零部件国内也能够自己制造。但 是，大功率风机的核心配件的核心技术基本上仍被国外厂商控制。中国的风电 设备制造业需要从技术上与风电规模相适应，做到大而强。 另外，电网接入技术也是制约中国风能发展的主要因素，风电间歇式发 电特点对电网容纳能力提出挑战。中国仅2010 年一年新增风电装机容量就达到1800 多万千瓦，累计装机容量突破了4400 万千瓦，而电网跟不上风电装机的快速发展。风电上网对电网的稳定、备用和长距离输送均有很高的要求，且具有
基于风力发电的分布式电源并网开关设计 发表时间：2019-03-12T14:39:45.650Z 来源：《电力设备》2018年第27期作者：张涛[导读] 摘要：随着我国节能减排政策的推进，采用节能型的新兴材料代替高耗能的传统材料已成为未来电气设备设计制造的发展趋势。（中国华电集团有限公司甘肃公司甘肃省兰州市 730000）摘要：随着我国节能减排政策的推进，采用节能型的新兴材料代替高耗能的传统材料已成为未来电气设备设计制造的发展趋势。为了准确获得新型并网开关在分合闸过程中各个参量的变化规律，应用有限元仿真软件，建立开关机构的三维实体模型，并进行了动静态特性的计算与分析，得出了并网开关工作特性与截面宽度、铁芯高度等结构参数之间的关系，以及开关分合闸过程中触头运动速度、线圈电 流、电磁吸力等参数的变化曲线。仿真结果表明，新型并网开关能够在无励磁电流的情况下保持吸合状态，较传统电磁式并网开关具有更好的节能效果。在理论设计与仿真分析的基础上，制作了新型并网开关样机。关键词：风力发电；分布式；电源并网开关；设计 1研究背景、目的及意义近年来，国民经济与科学技术进入飞速发展阶段，大型互联式电网的规模在不断地扩大。但单一形式供电系统的不足之出也逐渐显现，例如经济成本较高、环境污染较重、运行难度较大、易发生大面积停电事故、无法保证系统运行可靠性和安全性等一系列弊端不容忽视。为了弥补大规模集中发输电的不足，构建新型能源体系，分布式发电装置发展十分迅猛，且越来越受到各国学者的重视。分布式发电系统补充了大型电网的电力供应，并基于风能和太阳能等清洁可再生能源独立输出所需电能。该发电系统以模块化，分散化的方式布置在用户附近，发电能力为数千瓦至数十兆瓦。其优点是能有效避免上述弊端，维持重要用户在意外情况或电网解列等极端情况下的连续供电。分布式电源的常见类型包括风能发电，光伏发电和燃料电池发电，其中风力发电是最大规模的开发和商业化。根据现有的风机技术，只要风速达到 3m/s，即微风的程度，就可以发出电能。正因如此，分布式风力发电的发展速度位于各类分布式电源之首。由于风能存在较强的随机性，分布式风电系统发出的电能存在明显的间歇性，具有波动范围较大、无规律等特点。且风力发电系统常分布于我国西部和北部的高温、高寒、高海拔等偏远地区，用于该系统的并网开关常需承受较为恶劣的工作环境，因此在开关结构设计、安装方法等方面均与传统开关存在较大的差异。因此针对风电系统的特殊性，设计一种新型并网开关，对风电系统的发展具有十分重要的意义。 2并网开关的工作原理及结构设计 2.1设计思想 2.1.1 风电系统对并网开关低电压穿越的要求风力发电系统中常存在电压波动，当风电系统的电压降低至（）e0.9~0.85 U 时，由于风电系统中的异步电机或永磁式发电机自身不具有良好励磁调节能力，大系统会因电压的降低启动低电压保护程序，使得风电机组发生跳闸。同时，风电机组的大量跳闸会降低线路充电功率，这样的后果是使电压又开始不断升高，应用于分布式风电系统的并网开关要求其具有低电压穿越功能。当风力发电系统出现波动或不正常运行时，会引起风力发电机并网点的电压降低的现象。此时，若风力发电机组能够保持良好连接状态不断开，或者还能够向风力发电系统额外提供一些无功功率，使得系统并网点的电压穿越过这一电压跌落时间，最终使系统电压恢复至正常状态，则称该风电机组具有低电压穿越功能。 2.1.2工作原理采用基于纳米两相磁性材料的并网开关，在电压跌落时依靠纳米两相磁性的剩磁维持吸合状态，能够有效避免传统电磁式并网开关低电压不穿越的问题，在控制方面也更为简单。其主要工作过程如下：（1）在未通电阶段，纳米磁性材料对外显示软磁特性，不会吸合动铁芯，开关依靠弹簧反力维持分闸状态。（2）在闭合过程中，线圈通电后产生磁场，对基于纳米两相磁性材料的静铁芯进行充磁，充磁后产生的电磁吸力将并网开关的动铁芯向下吸引，当动静铁芯之间的电吸引力大于开关的弹簧反力时，并网开关的动铁芯带动动触头一起向下动作。运动至极限位置时，动静触头发生接触并合为一体，从而完成吸合动作。（3）在可靠吸合后，线圈断电，此时线圈不再作为磁场激励源，仅依靠纳米两相磁性材料的剩磁所产生的吸力维持并网开关的闭合状态。（4）在分断过程中，根据磁畴无序化的原理，对并网开关通入强度逐渐减弱的交流电进行去磁。动铁芯与静铁芯之间的电磁吸力随着磁通量的降低不断减小，动铁芯开始带着动触头向上运动，当动触头和动铁芯均处于打开状态，表明分断过程结束。 2.2动静铁芯尺寸及线圈相关参数的设计为保证并网开关在吸合完成后能够依靠纳米两相复合磁性材料的剩磁可靠保持，应合理选取纳米两相复合磁性材料填充尺寸，并保证剩磁保持力必须大于反力系统的最大反力。若材料尺寸选取偏小，可能会发生开关吸合不牢靠，触头震动等情况，影响并网开关工作的可靠性。若选取偏大，可能会导致吸合过程动铁芯对电磁系统的冲击过大，造成触头磨损，进而影响并网开关的电寿命。因此，选取1.5倍的安全系数，计算得出由纳米两相磁性材料产生的电磁保持力为 211.41N。在这一前提下，设计时应尽量减小两相复合磁性材料的尺寸，以达到开关结构小型化，降低制造成本的目的。 3 并网开关电磁机构的动静态仿真分析及参数调节为了快速求解原有微分方程的解，有限元法采用的研究过程是将待求解单一复杂的数学模型以多个数量有限的小单元的形式分别进行求解，这些小单元间既相互关联，又存在一定的独立性。计算时选择小单元适合的位置进行待求解函数的插值，完成之后将得到的各插值函数组成一个新的线性代数方程组，进而可以求得原问题的解。其分析流程可总结为如下几个步骤：（1）积分方程建立：以变分原理及权函数的正交化原理为基础，得出待求解数学模型的积分表达形式，原有微分方程的初边值问题可以用此积分方程近似替代；（2）区域单元剖分：按实际的情况来确定所要求解的物理特性及形状尺寸，并将所需要求解的域划分成形状相近大小相似、不重叠的单元；（3）单元基函数确定：小单元的基函数可以通过一定的插值条件来确定，在确定时应保证近似求解度和节点数量均符合计算要求；（4）单元有限元方程建立：小单元有限元方程主要是通过各个小单元求解函数的近似等效来确定的。具体过程是联立各个小单元的基函数并进行线性化处理，将处理后的线性表达式带入最开始得到积分方程中去，进行区域求解，从而得到待求解问题相应的有限元方程；（5）总装求解：对划分全部小单元的有限元方程组进行求解，求解方式可以一种也可以选择多种共同求解。求解得到的结果为近似结果，该值无限接近真实值。 结束语
中国风电发展现状及前景 前言 随着能源与环境问题的日益突出，世界各国正在把更多目光投向可再生能源，其中风能因其自身优势，作为可再生能源的重要类别，在地球上是最古老、最重要的能源之一，具有巨大蕴藏量、可再生、分布广、无污染的特性，成为全球普遍欢迎的清洁能源，风力发电成为目前最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式。 风，来无影、去无踪，是无污染、可再生能源。一台单机容量为1兆瓦的风电装机与同容量火电装机相比，每年可减排2000吨二氧化碳、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。随着《可再生能源法》的颁布，中国已把风能利用放在重要位置。 一、国内外风电市场现状 1.国外风机发展现状 随着世界各国对环境问题认识的不断深入，可再生能源综合利用的技术也在不断发展。在各国政府制订的相应政策支持和推动下，风力发电产业也在高速发展。截至2011年底，世界风电装机量达到237669MW，新增装机量43279MW，增长率22.3%，增速与2010年持平，低于2009年32%的增速。由表一，可以看出中国风电装机量62364MW，远远超过世界其他各国装机量，而德国依然是欧洲装机量最多的国家。从图表三中，很明显的看出，从2001年到2004年，风电装机增速是在下降的，2004年到2009年风电有处于一个快速发展期，直到近两年风电装机的增速又降为22%左右，可见风电的发展正处在一个由快速扩张到技术提
升的阶段。 图表 1 世界风电装机总量图 图表 2 世界近10年新增装机量示意图
图表 3 世界风电每年装机量增速
图表 4 总装机量各国所占份额
图表 5 2011年新增装机量各国所占份额 2.国内风电发展现状 中国的风电产业更是突飞猛进：2009年当年的装机容量已超过欧洲各国，名列世界第二。2010年将新增1892.7万kW，超越美国，成为世界第一。2011年装机总量到达惊人的62364MW。在图6中可以看出，中国风电正经历一个跨越式发展，这对世界风电的发展起到了至关重要的作用。然而，图8 中，我们能够清楚的看出自2007年以后，虽然新增装机量很大，但增速却明显下降，而其他国家，比如美国、德国，这些年维持着一个稳定的增速。由此，我们应该意识到，我国风电，尤其是陆上风电，正在进入一个转型期，从发展期进入成熟期，从量的追求进入到对质的提升。 图表 6 中国每年风电装机量示意图
风力发电优点 1、一千七百多年前我国就出现风车，小型风机主要应用在无电地区，如内蒙古自治区的牧民照明、看电视。大型风机是从国外引进或部分引进技术，它造价高，是小水电造价的3-4倍，它巨大机身运输时需要4级公路，20长的集装箱车，200吨大吊车，所以它运输、安装费用高。而且要求风力资源非常好的地方才能投资，它上网电价受到政策的扶持，如东山岛风电上网电价是0.75元/度。所以限制了它的发展速度。 2、风力发展只有走进市场，开发与小水电造价相当水平的形式方有可能快速发展起来。所以本人始终为这个目标努力探索。要设计研究开发过程中，选择最经济的方案。 3、发电经济指标概念，一度电一元含义：一元钱卖来的设备，在一年内能发出一度电，上网电价0.33元/度，也就三年可回收投资成本，若加上生产成本和税收 0.08元/度。则需要四年回收投资成本。这是以民间投资来算法。若风电有国家的银行的贷款，返还年限十年，则上网电价0.20元/度，还是人有利可图，可以投资的。 4、风力发电为何步履坚难：它是一个综合性技术很强的项目，它涉及：电机学、空气动力学、材料力学、自动控制、微电脑应用、机械系统工程、电力系统工程。我也是经过多少次失败和弯路，才到达这个终点。 5、古人说隔行如隔山，一个人那能知道这么多行的技术，只要有一个环节人们不了解就会怀疑这项技术的可行性。所以我找过许多投资者，他们有的是自己找上门的，但他们了解之后就退缩了。技术复杂性、难点多。他们非要看到发电机发电并从电力公司到钱，并证明是有利可图，方愿意投资。 6、本设计方案是可以为国家节约可观的资金。若用风力发电量补充电力的5%空缺，按目前传统投资方案需要四千亿元，而用我的方案只要投资一千亿元，可节约三千亿元，可建造一个长江三峡电站。 7、目前缺电局面，疯狂发展火电厂，带来严重的环境污染，火电站而且用是的劣质煤。我国已有70%的国地受到酸雨的影响，水体酸化会改变水生生态，而土壤酸化会使土壤贫瘠化，导致陆地生态系统的退化。大家应该大力宣传使用绿色能源 8、我国用至少五千亿的外汇购买原油。苏淅两省工厂缺电上千万千瓦，一天有电一天没有电，用柴油机发电，严重影响产品质量和定单。一度电能带来五元的工业产值。目前电力缺口10%：二千万千瓦，发展风力发电意义非常重大。 9、以电代替天燃气起家万家，可节约外汇，又经济，因为十度的电与一公斤的天燃气相当热量，一度电0.5元与的一瓶75元天燃气价值相当，电磁炉的热效率普遍高于80％，有的可达到90％。它卫生、清洁，环保。传统的煤炭、石油气、煤气在燃烧时，大量未充分燃烧的杂质散落到空气中，同时释放出一氧化碳、二氧化硫等有害物质对导室、环境污染很大，影响人体健康；。我国一年进口原油一点二亿吨需要四、五千亿外汇，今天什么都没有听到节约外汇的宣传？
风力发电及风电并网技术现状与展望 发表时间：2017-11-24T11:26:50.037Z 来源：《防护工程》2017年第17期作者：刘文华[导读] 如二滩送出安全稳定控制、华中—西北直流背靠背联网安全稳定控制、三峡发输电系统安全稳定控制。 陕西黄河能源有限责任公司陕西 710061 摘要：近年来,越来越多的风电场开始接入更高电压等级电网。风电的大规模接入对电网的运行带来诸多方面的影响,如电网安全稳定、风电送出、调频调峰、电能质量、备用安排、运行单位众多协调困难等问题,不仅影响到电网的安全运行,也影响到电网接纳风电的能力。通过对风电进行有效的控制,可以在现有的网架结构、电源结构、负荷特性、风电预测水平、风机制造技术水平等条件下,提高电网接纳风电的 能力,保证电网的安全稳定运行。 关键词：风电并网；控制技术；现状 1电网风电控制现状 1.1电网安全稳定控制现状安全稳定控制是提高电网输送能力,保证电网安全稳定运行的重要手段,目前在电网中已有大量的应用。如二滩送出安全稳定控制、华中—西北直流背靠背联网安全稳定控制、三峡发输电系统安全稳定控制、江苏苏北安全稳定控制等。但国内电网用于提高风电送出能力的电网安全稳定控制系统还处于探索阶段,如甘肃嘉酒电网区域稳定控制系统、承德地区风电电网安全稳定控制系统等。其实现方法都是在电网故障情况下,通过采取紧急控制措施来提高正常情况下的风电送出能力。风电场往往远离负荷中心,而这些地区的网架结构一般比较薄弱,电网送出能力有限。如甘肃酒泉千万千瓦级风电基地目前已实现风电并网5600MW左右,到2015年风电装机容量将大于12000MW,但刚投产的750kV送出通道,以及原有的330kV送出通道,由于电网安全稳定问题,送出能力不能满足需求。因此,考虑风电特性的电网安全稳定控制系统还有待进一步研究和探索。 1.2风电有功控制现状 风电发展初期,从电网角度,一般将其作为负的负荷考虑,通过采取一些手段,提高电网接纳风电能力,不考虑控制风电。随着风电的快速发展,通过其他手段,如改善负荷特性、优化开机方式、部署安全稳定控制提高风电送出能力等,提高电网接纳能力已经不能满足风电全部并网的需求,需要控制风电。 电网公司在控制风电有功时,初期采取调度员人工控制的模式,经过一段时间的运行,发现人工控制存在如下问题:a)若调度端调节不及时,将威胁电网安全。b)场站端调节速率慢,电网需要留较大的裕度保证安全。c)在电网最大允许及风电出力一定的情况下,由于风电出力的随机性、间歇性,人工控制难以根据各风电场来风情况实时优化控制,易造成分配不公,且难以保证风电出力的最大化。d)风电运行单位众多,调度员压力较大。e)各风电场看不到其他风电场的计划及出力,不利于网源和谐。因此,风电有功控制需考虑电网的约束条件,实时计算电网最大可接纳风电能力,根据接纳能力的变化以及各风电场当前出力和风电场提出的加出力申请、风电功率预测,利用各风电场风资源的时空差异优化计算各风电场的计划,并下发至各风电场,各风电场有功功率控制装置根据该计划值进行控制。 1.3风电无功控制现状 目前国内实际投产应用的无功电压控制技术和装置,主要是通过对常规电厂、变电站的调节来实现无功电压控制的,并未将风电场纳入进来进行调节控制。风电的随机性和间歇性易造成电网电压波动大,无功补偿设备投切频繁,传统电压调节控制方式已不再适用。目前国内电网对风电场接入的技术管理规范均是针对单个风电场并网点的技术指标进行考核的。一般要求首先充分利用风电机组的无功容量及其调节能力,仅靠风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要的,需在风电场集中加装无功补偿装置。实际运行的风电场都是根据自身并网点的考核指标进行无功电压控制来满足电网要求2风电场的控制现状 2.1风电场有功功率控制 由于风机协议的开放性差,目前风电场的有功功率控制功能模块一般部署在风机厂商提供的风电场集控系统上,对于由多种类型风机组成的风电场,其集控系统一般有多个。由于风电场的集控系统厂商众多,技术水平不一,而且风电场集控主站与风机自身的控制单元经常会出现通信异常,另外风电场的集控系统与常规电厂不同,其可靠性一般较低。即使在集控系统出现问题时,风电机组依然能够并网发电,因此单独依靠集控系统来调节风电场的有功功率,其可靠性不高,手段单一,难以满足电网控制需求。特别是紧急控制情况下,需要引入后备控制措施,所以风电场的有功控制一般采取如图1所示的模式。 图1 2.2风电场的无功电压控制 目前,风电场主要由双馈和直驱风电机组组成。从机组能力来看,双馈和直驱风电机组本身具备一定连续可调的无功功率范围。但由于国内风电机组一般采用恒功率因数控制模式,不具备机端电压调节功能,并且机组功率因数只能在停机状态下进行设定,不可在线调节,这对于保持系统的电压稳定性是非常不利的。
2020年风力发电行业趋势及存在的问题 2020年
目录 1.风力发电行业前景趋势 (4) 1.1中东部和南方地区陆上风能资源开发加速 (4) 1.2海上风电建设加快 (4) 1.3行业协同整合成为趋势 (5) 1.4生态化建设进一步开放 (5) 1.5呈现集群化分布 (6) 1.6行业发展需突破创新瓶颈 (7) 2.风力发电行业现状 (9) 2.1风力发电行业定义及产业链分析 (9) 2.2风力发电市场规模分析 (11) 2.3风力发电市场运营情况分析 (12) 3.风力发电行业存在的问题 (15) 3.1零部件制造不平衡 (15) 3.2整机制造产能过剩 (15) 3.3技术有缺失、产品质量存隐患 (15) 3.4行业服务无序化 (16) 3.5产业结构调整进展缓慢 (16) 3.6供给不足，产业化程度较低 (17) 4.风力发电行业政策环境分析 (18) 4.1风力发电行业政策环境分析 (18)
4.2风力发电行业经济环境分析 (18) 4.3风力发电行业社会环境分析 (18) 4.4风力发电行业技术环境分析 (19) 5.风力发电行业竞争分析 (20) 5.1风力发电行业竞争分析 (20) 5.1.1对上游议价能力分析 (20) 5.1.2对下游议价能力分析 (20) 5.1.3潜在进入者分析 (21) 5.1.4替代品或替代服务分析 (21) 5.2中国风力发电行业品牌竞争格局分析 (22) 5.3中国风力发电行业竞争强度分析 (22) 6.风力发电产业投资分析 (23) 6.1中国风力发电技术投资趋势分析 (23) 6.2中国风力发电行业投资风险 (23) 6.3中国风力发电行业投资收益 (24)
YOUR LOGO 风力发电场并网调度协议格式 The promotion and use of contracts can promote the further improvement and in-depth development of the socialist legal system 专业协议系列，下载即可用
风力发电场并网调度协议格式 说明：协议的推广和使用可以促进社会主义法制建设的进一步完善和深入发展，有助于提高全民的法律意识，加快社会生活和经济建设的节奏。如果需要，可以直接下载打印或用于电子存档。 GF-2014-0516 风力发电场并网调度协议 （示范文本） 国家能源局 制定 国家工商行政管理总局 二〇一四年七月 《风力发电场并网调度协议（示范文本）》 使用说明 一、《风力发电场并网调度协议（示范文本）》（以下简称《示范文本》）是对风力发电场并入电网时双方调度和运行行为的约定，适用于风力发电场与电网之间签订并网调度协议。 二、《示范文本》主要针对风力发电场并入电网调度运行的安全和技术问题，设定了双方应承担的基本义务、必须满足的技术条件和行为规范。本文本中所涉及的技术条件，如国家、行业颁布的新的相关行业标准和技术规范，双方应遵从其规定。 三、《示范文本》中有关空格的内容由双方约定或据实填写，空格处没有添加内容的，请填写“无”。《示范文本》所列数字、百分比、期间均为参考值。协议双方可根据具体情况和电
力系统安全运行的需要，在公平、合理和协商一致的基础上对参考值进行适当调整[1]，对有关章节或条款进行补充、细化或完善，增加或减少定义、附件等。法律、法规或者国家有关部门有规定的，按照规定执行。 四、签订并网调度协议的主要目的是保障电力系统安全、优质、经济运行，维护电网经营企业和发电企业的合法权益，保证电力交易合同的实施。协议双方应注意所签并网调度协议与购售电合同相关约定的一致性。 五、《示范文本》特别条款及附件中略去的部分，双方可根据实际情况进行补充或约定。 目次 第1章定义与解释 第2章双方陈述 第3章双方义务 第4章并网条件 第5章并网申请及受理 第6章调试期的并网调度 第7章调度运行 第8章发电计划 第9章设备检修 第10章继电保护及安全自动装置 第11章调度自动化