风力发电原理 作者 徐大平 风力发电原理
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1.2 中国风能资源与开发
• 1.2.1 风能特点
– 风能蕴藏量大、分布广。 – 风能是可再生能源。 – 风能利用基本没有对环境的直接污染和影响。 – 风能的能量密度低。 – 不同地区风能差异大。 – 风能具有不稳定性。
10
1.2.2 我国风能资源
我国风能密度分布图
11
1.2.2 我国风能资源（续）
15
1.2.3 风电发展概况（续）
我国规划的大型（千万千瓦、百万千瓦级）风电基地分布图
16
1.3 风力发电技术与发展
• 1.3.1 机组类型
– 微型、小型、中型及大型风电机组 – 离网型风电机组和并网型风电机组 – 水平轴风电机组、垂直轴风电机组
17
微型、小型、中型及大型风电机组
• 按照额定功率的大小，可以将风电机组分为： • 1）微型风力发电机组：额定功率小于1KW。 • 2）小型风力发电机组：额定功率1KW～
• 就目前生产技术水平，可大规模开发利用的清洁可再生能源主要有： 风能、太阳能和生物质能。
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1.1 风能利用及风力发电历史
• 人类利用风能有资料记载的有几千年历史。早期主要是以 风做为动力——风帆、风车。
a) 帆船
b) 风车
人类早期风能利用示例
6
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
• 十九世纪晚期开始出现风力发电。 – 1887——美国人Charles F. Brush研制出世界上第一台12kW直
4
能源
• 能够直接或经转换提供能量的资源称为能源。 • 按被利用程度分:
– 常规能源：开发利用时间长，技术相对成熟、能大量生产利用。 – 新能源：开发和利用尚在研究和推广使用。
• 按取得方式分：
– 一次能源：自然存在，可直接利用。 – 二次能源：经转换或加工生产的。
• 按短期内能否重复取得分：
– 可再生能源 – 非可再生能源
• 我国风力发电始于20世纪70年代，80年代后研制并网机组7。
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) Brush的风电机组 b) Poul la Cour的风电机组 c) Smith-Putnam的风电机组
早期的风电机组
8
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) 德国人Huetter建造的风电机组W-34 b) 丹麦人Johannes Juul建造风电机组Gedser 现代风电机组的先驱
1114
1117
897
26010 25777 19149 10925 4850
4521
4092
16.3% 16.2% 2009年世界风电装机最多的十个国家（MW）
葡萄牙 673 3535 2.2%
丹麦 334 3497 2.2%
14
据国家电网公司统计2011年并网风电装机容量5258万千瓦。
我国全年风速大于 3m/s的小时数的分布图
12
1.2.2 我国风能资源（续）
中 国 有 效 风 能 分 布 图
区别
平均风速（米/每秒）
分布地区
丰富区 较丰富区 可利用区 贫乏区
＞6.5 5.5～6.5 3.0～5.5
＜3.0
东南沿海、山东半岛和辽东半岛、三北北部区、松花江下游区 东南沿海内陆和渤海沿海、三北南部区、青藏高原区 两广沿海区、大小兴安岭地区、中部地区
0 2001
2002
2003
2004
2005 2006 年度
2007
2008
2009
2010
世界风电装机容量（来源：世界风能协会（WWEA）2009世界风能报告）
国家 当年装机 累计装机
比例
美国 9922 35159 22.1%
中国
德国 西班牙 印度 意大利 法国
英国
13800 1880
2460
1338
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课程简介
• 第一章：绪论 • 第二章：风能及其转换原理 • 第三章：风力发电机组结构 • 第四章：风力发电机 • 第五章：风力发电机组的控制技术 • 第六章：垂直轴风力发电机组 • 第七章：离网风力发电系统
流风力发电机，用来给家里的蓄电池充电。 – 1891——丹麦物理学家Poul La Cour建造了一台30KW左右的具有
现代意义的风力发电机组，发出直流电，用于制氢。 – 1926——德国科学家Albert Betz对风轮空气动力学进行了深入研
究，提出了“贝茨理论”，指出风能的最大利用率为59.3%，为现 代风电机组空气动力学设计奠定了基础。 – 1940——美国工程师Palmer Cosslett Putnam与S.Morgan Smith公司合作，制造出风电发展历史上第一个1250kW超大型的 Smith-Putnam风电机组。 – 1942——德国人Ulrich Huetter提出“叶素动量理论”。
3
能量
• 能量是物质运动的一种度量，也是物质存在的一 种形态，一般指其具有的做功能力。
• 目前，通常认为有以下六种能量形式：
机械能：动能：
EV
1 2
mV
2
重力势能： EP mgh
弹性势能：
热能：Eq
m
T2 CdT
T1
EK
1 K表X 2 面能：
2
ES S
电能：Ee UI
以及化学能、辐射能、核能。
2
第一章 绪论
地球上的能源与环境问题
• 随着生产力和生活水平提高，世界能源消耗迅速 增长——在20世纪，世界人口增长4倍，而能源 消耗增长16倍。
• 常规的化石能源储量有限，面临数量紧缺和价格 提高。
• 化石能源开发和燃烧利用加剧了人类和地球生物 生存环境的恶化。
• 出路是调整能源结构、开发利用清洁可再生能源。
13
云贵川和南岭山地区、雅鲁藏布江和昌都区、塔里木盆地西部区
1.2.3 风电发展概况
装机容量 / MW
世界风电装机容量发展（2001年-2010年）
250000 200000
150000 100000
50000 24322 31181 39295
203500
74122 47693 59024
159213 120903 93930
99KW。 • 3）中型风力发电机组：额定功率100KW～
600KW。 • 4）大型风力发电机组：额定功率大于600KW。
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离网型风电机组和并网型风电机组
1.2 中国风能资源与开发
• 1.2.1 风能特点
– 风能蕴藏量大、分布广。 – 风能是可再生能源。 – 风能利用基本没有对环境的直接污染和影响。 – 风能的能量密度低。 – 不同地区风能差异大。 – 风能具有不稳定性。
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1.2.2 我国风能资源
我国风能密度分布图
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1.2.2 我国风能资源（续）
15
1.2.3 风电发展概况（续）
我国规划的大型（千万千瓦、百万千瓦级）风电基地分布图
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1.3 风力发电技术与发展
• 1.3.1 机组类型
– 微型、小型、中型及大型风电机组 – 离网型风电机组和并网型风电机组 – 水平轴风电机组、垂直轴风电机组
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微型、小型、中型及大型风电机组
• 按照额定功率的大小，可以将风电机组分为： • 1）微型风力发电机组：额定功率小于1KW。 • 2）小型风力发电机组：额定功率1KW～
• 就目前生产技术水平，可大规模开发利用的清洁可再生能源主要有： 风能、太阳能和生物质能。
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1.1 风能利用及风力发电历史
• 人类利用风能有资料记载的有几千年历史。早期主要是以 风做为动力——风帆、风车。
a) 帆船
b) 风车
人类早期风能利用示例
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1.1 风能利用及风力发电历史（续）
• 十九世纪晚期开始出现风力发电。 – 1887——美国人Charles F. Brush研制出世界上第一台12kW直
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能源
• 能够直接或经转换提供能量的资源称为能源。 • 按被利用程度分:
– 常规能源：开发利用时间长，技术相对成熟、能大量生产利用。 – 新能源：开发和利用尚在研究和推广使用。
• 按取得方式分：
– 一次能源：自然存在，可直接利用。 – 二次能源：经转换或加工生产的。
• 按短期内能否重复取得分：
– 可再生能源 – 非可再生能源
• 我国风力发电始于20世纪70年代，80年代后研制并网机组7。
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) Brush的风电机组 b) Poul la Cour的风电机组 c) Smith-Putnam的风电机组
早期的风电机组
8
1.1 风能利用及风力发电历史（续）
a) 德国人Huetter建造的风电机组W-34 b) 丹麦人Johannes Juul建造风电机组Gedser 现代风电机组的先驱
1114
1117
897
26010 25777 19149 10925 4850
4521
4092
16.3% 16.2% 2009年世界风电装机最多的十个国家（MW）
葡萄牙 673 3535 2.2%
丹麦 334 3497 2.2%
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据国家电网公司统计2011年并网风电装机容量5258万千瓦。
我国全年风速大于 3m/s的小时数的分布图
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1.2.2 我国风能资源（续）
中 国 有 效 风 能 分 布 图
区别
平均风速（米/每秒）
分布地区
丰富区 较丰富区 可利用区 贫乏区
＞6.5 5.5～6.5 3.0～5.5
＜3.0
东南沿海、山东半岛和辽东半岛、三北北部区、松花江下游区 东南沿海内陆和渤海沿海、三北南部区、青藏高原区 两广沿海区、大小兴安岭地区、中部地区
0 2001
2002
2003
2004
2005 2006 年度
2007
2008
2009
2010
世界风电装机容量（来源：世界风能协会（WWEA）2009世界风能报告）
国家 当年装机 累计装机
比例
美国 9922 35159 22.1%
中国
德国 西班牙 印度 意大利 法国
英国
13800 1880
2460
1338
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课程简介
• 第一章：绪论 • 第二章：风能及其转换原理 • 第三章：风力发电机组结构 • 第四章：风力发电机 • 第五章：风力发电机组的控制技术 • 第六章：垂直轴风力发电机组 • 第七章：离网风力发电系统
流风力发电机，用来给家里的蓄电池充电。 – 1891——丹麦物理学家Poul La Cour建造了一台30KW左右的具有
现代意义的风力发电机组，发出直流电，用于制氢。 – 1926——德国科学家Albert Betz对风轮空气动力学进行了深入研
究，提出了“贝茨理论”，指出风能的最大利用率为59.3%，为现 代风电机组空气动力学设计奠定了基础。 – 1940——美国工程师Palmer Cosslett Putnam与S.Morgan Smith公司合作，制造出风电发展历史上第一个1250kW超大型的 Smith-Putnam风电机组。 – 1942——德国人Ulrich Huetter提出“叶素动量理论”。
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能量
• 能量是物质运动的一种度量，也是物质存在的一 种形态，一般指其具有的做功能力。
• 目前，通常认为有以下六种能量形式：
机械能：动能：
EV
1 2
mV
2
重力势能： EP mgh
弹性势能：
热能：Eq
m
T2 CdT
T1
EK
1 K表X 2 面能：
2
ES S
电能：Ee UI
以及化学能、辐射能、核能。
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第一章 绪论
地球上的能源与环境问题
• 随着生产力和生活水平提高，世界能源消耗迅速 增长——在20世纪，世界人口增长4倍，而能源 消耗增长16倍。
• 常规的化石能源储量有限，面临数量紧缺和价格 提高。
• 化石能源开发和燃烧利用加剧了人类和地球生物 生存环境的恶化。
• 出路是调整能源结构、开发利用清洁可再生能源。
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云贵川和南岭山地区、雅鲁藏布江和昌都区、塔里木盆地西部区
1.2.3 风电发展概况
装机容量 / MW
世界风电装机容量发展（2001年-2010年）
250000 200000
150000 100000
50000 24322 31181 39295
203500
74122 47693 59024
159213 120903 93930
99KW。 • 3）中型风力发电机组：额定功率100KW～
600KW。 • 4）大型风力发电机组：额定功率大于600KW。
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离网型风电机组和并网型风电机组