本科毕业设计--风力发电综述.docx
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毕业设计说明书(论文)
作
者:
傅兴元 学 号:
0445201
院
系:
自动化工程学院仪器科学与技术系
专
业:
测控技术及仪器
题
目:
风力发电综述
指导者:
仇林庆 副教授
评阅者:
2008 年6 月 吉林
摘 要
摘 要
当今能源日趋紧张,能源多样化逐渐得到人们的关注。
研究开发可再生能源来补充或替代常规能源,得到世界各国的广泛重视。
风能作为取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源,已日益受到我国政府的重视,由于我国风力资源丰富,且风力发电机制造成本在逐年下降,因此风力发电前景广阔。
本文主要介绍了世界风力发电的现状、风力发电原理、风电的经济性、风电场的建设过程、风电机组和电网介绍、风力发电控制系统、风车的组成和维护、风力发电对环境的影响和自身的特点,以及风电的发展前景。
同时,还分析了制约我国风力发电的因素和风力发电与其他发电方式的区别。
关键词:
风力发电;风电场建设;环境影响;制约因素;发展前景
-I-
东北电力大学自动化工程学院学士学位论文
ABSTRACT
Astheenergybecomemoreandmoretensivetoday,energydiversification,especiallyresearchinganddevelopingtherenewableenergyto
supplementorreplaceconventionalenergysources,ispayedmoreattentionbyallcountriesintheworld.Windenergyasinexhaustibleandrenewablesourcesofcleanenergy,hasbeenincreasinglyattendedbyourgovernment.astherichwindresourcesandthedecreasedcostofthewindturbinemanufacturingyearbyyear,windpowerhadabroadprospect.Thispapermainlydescribesthestatusofwindpowerintheworld,thetheoriesofwindpower,theeconomicofwindpower,theconstructiveprocessofwindpowerfield,theintroductionofthewindpowerunitandpower,controlsystemofwindpower,thecompositionandmaintenanceofwindmills,influenceontheenvironmentofwindpoweranditsowncharacteristicsandtheprospectsofthedevelopmentofwindpower.Atthesametime,analyzingthefactorsofrestrictingwindpowerofourcountryandthedistinctionsofwindpowerandothers.
Keywords:
WindPower; Theconstructionofwindpower; Environmentalinfluece;Restrictivefactors;Developmentprospects
-II-
目 录
目 录
-IV-
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章概述 1
0引言 1
1.1 世界风力发电概况 2
1.2 中国风力发电概况 2
第二章风与风能 4
2.1 风的产生与特性 4
2.2 风的能量与测量 4
2.3 中国风能资源 6
第三章风力发电 7
3.1 风车 7
3.1.1 风力发电机的构成和各个部分的功能 7
3.1.2 小型风力发电机的维护和故障排除 8
3.2 风力发电的原理 10
3.3 风力发电机组 12
3.3.1 总述 12
3.3.2 风电机组运行方式 13
3.3.3 大型风力发电机组的结构和特点 14
3.3.4 国外风力发电机组的结构和特点 16
3.4 风力发电控制系统 17
3.4.1 风力发电机组的控制目标 17
3.4.2 风力发电机组的现代控制技术 18
第四章风电场建设 22
4.1 风电场选址 22
4.2 风电厂施工 23
4.2.1风电场施工特点 23
4.2.2 应对策略 24
第五章风力发电的特点 27
东北电力大学自动化工程学院学士学位论文
5.1 风力发电的优点 27
5.2 风力发电与环境的关系 28
5.3 制约我国风力发电的因素 31
第六章风力发电的经济性分析 34
6.1 影响风力发电经济性的因素 34
6.2 风力发电成本的计算 34
第七章风力发电未来的发展 37
7.1 我国海上风力发电 37
7.2 海洋风电的开发 38
7.3 中国发展风电的展望 39
结 语 41
参考文献 42
致 谢 46
第一章概述
第一章概述
0引言
能源是国民经济发展和人民生活所必须的重要物质基础,对社会、经济发展和提高人民物质文化生活水平极为重要。
现代社会的生产和生活,几乎完全依赖于能源的大量消耗[1]。
在未来的能源结构中,煤炭、水能、核能都会受到资源的制约:
火电方面,如果在2020年后维持年产40亿吨煤,并且不再增加,按已知探明可利用的煤炭储量1145亿吨计,我国经济可利用的煤炭资源仅能再维持30年;中国的水能资源经济可开采量约为4亿千瓦,当前水电装机约为1亿千瓦,即使在15~20年内将剩余的经济可开采的3亿千瓦水电资源都开发出来,最终还将受到资源的制约;核能方面,我国天然铀资源短缺,仅能支持50座标准的核电站连续运转40年[2]。
在我们进入21世纪的今天,世界能源结构也正在孕育着重大的转变,即由矿物能源系统向以可再生能源为基础的可持续能源系统转变。
所谓可再生能源就是取之不尽、用之不竭、与人类共存的能源。
它包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等。
在这众多的可再生能源中,目前发展最快、商业化最广泛、经济上最适用的,当数风力发电。
在各种能源中,风能是利用起来比较简单的一种,它不同于煤、石油、天然气,需要从地下采掘出来,运送到火力发电厂的锅炉设备中去燃烧;也不同于水能,必须建造坝,来推动水轮机运转;也不像原子能那样,需要昂贵的装置和防护设备。
而风能的利用由于简单,且机动灵活,因此有着广阔的前途。
特别是在缺乏水力资源、缺乏燃料和交通不方便的沿海岛屿、山区和高原地带,都具有速度很高的风,这是很宝贵的能源,如果能利用起来发电对当地人民的生活和生产都会很有利[3]。
-46-
东北电力大学自动化工程学院学士学位论文
1.1 世界风力发电概况
国际能源研究报告表明,如果各国采取有力措施,风力发电到2010年可提供世界电力需求的10%,创造170万个就业机会,并在全球范围内减少100多亿吨二氧化碳废气。
风能将成为发展最快的能源,到2010年风电总装机容量达到40.00GW,2020年达到0.1TW,到2010年德国新增500万千瓦,西班牙新增520万千瓦,年生产能力将达到800万千瓦,可满足全国电力需求的10%。
美国和加拿大是北美利用风能最好的国家。
在美国的50个州中,大约有30个州已经开始利用风能资源。
在1998-2004年期间,美国风力发电的总装机容量已经超6740MW,可以满足160万个中等家庭的日常用电需求。
随着技术的进步和规模的扩大,风电发电成本继续下降,估计10年后它完全可以和清洁的燃煤电厂竞争。
风电技术开发的趋势是大容量和变转速运行。
更大单机容量的机组仍在继续研制。
随着风电容量在电力系统中的比例越来越大,对系统的影响日益明显。
人们已经开始利用天气预报的技术来预测风电场功率输出,以优化运行速度。
由于600kW级大型风力发电机组技术已经成熟,正在大批量生产,2000kW级风力发电机组不久将投入商业运行,风力发电的造价由现在的1000美元/kW有可能下降为600-800美元/kW,发电成本从现在的4-5美分/(kWh),下降到3-4美分/(kWh),风力发电规模经济效
益更加明显,可以和火电、水电、核电相竞争,这也是其它新能源所无法比拟的。
由于风力发电是可再生洁净能源,其环境效益也十分明显,随着风力发电技术的日益成熟,发电成本的进一步降低,风力发电会越来越被更多的人认识和接
受。
这也是全世界很多国家都热衷风力发电的主要原因。
风力发电的迅猛发展也使那些本地能源短缺的发展中国家收益,如巴西、阿根廷、摩洛哥、埃及和哥
斯达黎加等国是发展中国家风力发电的佼佼者。
中国、印度也在积极发展风电
[4]
。
1.2 中国风力发电概况
我国幅员辽阔,陆疆总长2万多千米,海岸线1.8万多千米,是一个风力资源丰富的国家,全国约有2/3的地带为多风带。
风能总储量为32.26亿千瓦,实际可开发的风能储量为2.53亿千瓦,为可再生能源和新能源利用技术提供了强大的
第一章概述
资源条件。
两大风能地带—西北、华北、东北和东南沿海为风能资源丰富区,跨全国21个省、市、自治区。
到1999年底已开发微小户用型风力发电机16万台,并网型风电场24座,总装机容量26万千瓦,其中绝大多数机组是从丹麦、德国、美国、比利时、瑞典引进的,最大单机容量为600kW。
毫无疑问,中国风能等可再生能源的利用也受到一系列因素的限制,其中包括资金和技术资源供应的不足、政策的不相配套等。
和常规资源相比,它会缺乏竞争力。
但从可持续发展的目的出发,从中央到地方的各级政府已对这些资源的开发给予了关注[5]。
目前,我国国产化机组产量仍然偏小,远未达到规模效益,使得零部件采购价格偏高,利润空间很小。
因此,我国的风力发电装备市场至今仍由国外风力发电机组占据。
这一现实要求我国的风力发电设备制造企业应加快适合中国国情的新型风力发电装备的研制进度。
尽快提高大型风力发电装备的设计和制造技术,加大风力发电装备国产化进程。
还应注意稳定产品质量,提高国产机组可靠
性,以取得风电场建设者的认可,逐步加大市场份额。
据相关资料报道,到2020年,预计我国将新增发电能力500GW,其中121GW为可再生能源。
2010年以前,我国计划新建20座风力发电场,每座风场的发电能力达到100MW以上,且达到4000MW的
风力发电总目标,风力发电设备将尽量达到本土化[6]。
东北电力大学自动化工程学院学士学位论文
第二章风与风能
2.1 风的产生与特性
[7]
在大气层中,高度愈高,空气愈稀薄,气压也就愈低。
然而,由于受太阳照射的强度不同,空气的温度和密度不相同,
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