国内外风力发电技术现状与展望(新能源)ppt

3 2 3 2 3
30 33.5
1931 19411945 1954
30 24
1955 1957
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表1 国际上1970年以前研制的100kW级及以上的风力发电机组
国 名 额定 功率 kW
100 132 800
额定 风速 m/s
8 12.5 16.7
叶轮 直径 m
34 21.2 30.2
叶轮 转速 r/min
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• 1973年，国际上出现了石油危机，不
少国家面临能源短缺的困境，为此提 出了能源多样化发展战略，因而风能 的研究和开发工作又重新得到了重视。 • 美国、荷兰、丹麦、英国、德国、日 本、苏联、加拿大等国都对大力开发 风能制定了规划，制定了采取扶持资 助的鼓励性政策和法规。中国也开始 重视风能的研究和开发。
42 56 47.3
叶片 数
塔高 m
投运年 份
西 德 法 国 法 国 英 国 法 国
2 3 3
24
19571968 1958
32.3
19581962
100
1000
18.5
17
15.2
35
75
3
3
10.7
1959
1963
17
• 随着大型水电、火电机组的采用和电
力系统的发展，1970年以前研制的中、 大型风力发电机组因造价高和可靠性 差而逐渐被淘汰，到20世纪60年代末 相继都停止了运转。 • 但是，这一阶段的试验研究表明，这 些中、大型机组一般在技术上还是可 行的，它为20世纪70年代后期的风电 技术大发展奠定了基础。
己的海上风电场。截止到2004年底， 全球风力发电总装机为47000MW，离岸 风力发电总装机为620MW, 占总装机到 了13.2%。
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• 目前，已经具备离岸风力发电设备商
业生产能力的厂家，主要有丹麦的 Vestas（包括被其整合的NEG-Micon）， 美国的GE风能，德国的Nordex、 Repower、Pfleiderer/Prokon和德国 著名的Enercon公司。风力发电机大型 化、巨型化趋势十分明显。
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• Enercon 在 德 国 安 装 了 第 五 代 样 机 为
4.5MW，风轮直径达112m。已经有3种 超过3MW的风机投入商业化，新一代兆 瓦级风机的样机已经进入测试阶段 (4.5MW-5MW)。
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2MW风力发电机组（丹麦Vestas 公司）
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德国Enercon公 司首台E126/6MW风力发 电机样机于2007 年11月在德国的 埃姆登安装完成。
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进入21世纪以后，风力发电技术进入 快发展期，通过与国外公司合作，750kW 机组的商品化开发和兆瓦级机组的相关技 术正在进行攻关和实验研究，沈阳工业大 学风能技术研究所一直致力于开发具有自 主知识产权的大型风力发电机组，于2005 年开发成功1MW机组，7月投入试运行， 并合资成功开发具有自主知识产权的 1.5MW风力发电机组；
荷兰的风力机利用开始走下坡路。 • 到20世纪，荷兰只有2500台风力机在运 行。到1960年，仍在运行的风力机不到 1000台。 • 美国中西部的多叶式风力提水机，在十 八世纪末曾多达数百万台。
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欧洲(特别是荷兰 和比利时)使 用的荷兰式风 力机。现有 900台左右， 一部分作为游 览用在运行， 大型的有直径 超过20米的机 组。
合计 Total
1847050
100%
55.91%
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2007累计装机容量：内资企业占45%
I Cumulative market share of Chinese owned manufacturers by end 2007
制造商 Manufacturer 金风 Goldwind 华锐 Sinovel 东汽 DEC 运达 Windey 上海电气 Sewind 常牵新誉 New Unite 湘电 XEMC 海装 CSIC 华创 Huachuang 万电 Wandian 惠德 Huide 其他 Others 合计 Total 容量 Capacity (kW) 1497300 754500 237000 97000 22500 9000 8000 3700 3000 2400 2000 11210 2647610 占内资制造商比例 Percentage of Chinese manufacturers 56.55% 28.50% 8.95% 3.66% 0.85% 0.34% 0.30% 0.14% 0.11% 0.09% 0.08% 0.43% 100.00% 占总装机比例 Percentage of total capacity 25.35% 12.77% 4.01% 1.64% 0.38% 0.15% 0.14% 0.06% 0.05% 0.04% 0.03% 0.21% 44.83%
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• 1980年以来，国际上风力发电机技术
日益走向商业化。主要机组容量有 300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、 2MW。1991年丹麦在Vindeby建成了世 界上第一个海上风电场，由11台丹麦 Bonus 450kW单机组成，总装机4.95MW。
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• 随后荷兰、瑞典、英国相继建成了自
• 自1986年建设山东荣成第一个示范风电场
至今，经过近22年的努力，风电场装机规 模不断扩大。截止2007年底，全国已建成 158个风电场，累计安装风电机组6469台， 装机规模已达5,906MW（590万kW）。 • 2007年当年新增容量3,304MW（330万 kW）中，内资企业生产的风电机组所占市 场份额已达56%，首次超过了外资。但是 累计容量内资企业占45%。
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• 从20世纪50年代到60年代，中国研制
了十几种风力发电机，最大的已超过 30千瓦。 • 从60年代开始研制的小型风力提水机， 有30种不同型号，对我国开发利用风 能起到了积极作用。
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200W浓缩风能型风力发电机
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500W风力发电机组（商都牧机有限责任公司）
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表1 国际上1970年以前研制的100kW级及以上的风力发电机组
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• 1995年新疆建成了国内第一座兆瓦级风电场。 • 浙江运达风力发电工程有限公司与丹麦BONUS
• •
公司合作生产120kW风力发电机，独立开发 200kW、250kW风力发电机，国产化率达90% 以上，拥有完全自主知识产权； 1999年西安维德风电设备有限公司与德国公司组 建合资公司组装了600kW大型风力发电机组，并 已经安装在辽宁营口风电场并网发电运行； 浙江华仪风能开发有限公司与金风科技公司合作 进行大型风力发电机组整机制造，已具有成熟的 600kቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ风力发电机组制造技术。当时市场上的主 导产品已发展到600kW机组。
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2007新增装机容量：内资企业占56%, 首次超过外 资企业
Increased market share of Domestic owned manufacturers in 2007 制造商 Manufacturer 金风 Goldwind 华锐 Huarui 东汽 DEC 运达 Windey 上海电气 Sewind 常牵新誉 New Unite 湘电 XEMC 其他 Others 容量 Capacity (kW) 829950 679500 222000 65250 22500 9000 8000 10850 占当年内资制造商比例 Percentage of Domestic manufacturers 44.93% 36.79% 12.02% 3.53% 1.22% 0.49% 0.43% 0.59% 占当年新增总装机比例 Percentage of increased total capacity 25.12% 20.57% 6.72% 1.98% 0.68% 0.27% 0.24% 0.33%
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• 在16世纪，荷兰先后建造了当时的第一
个制油厂、第一个造纸厂以及锯木厂， 这些都是利用风力机作动力的。 • 1745年荷兰人发明了旋转机头并获专利， 应用在荷兰风力磨坊。 • 到19世纪中叶，在荷兰有9000台传统风 力机在运行，图2为中世纪传统风力机。
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图2 中世纪传统风力机
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8
• 在产业革命期间，由于蒸汽机的出现，
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• 200/50kW风力发电机（意大利Riva Calzoni公司） • 110kW风力发电机（德国Ventis 公司）
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兆瓦级风电机组的研究与开发
• 现在世界上风电机组在兆瓦级技术上
早已形成主流，如美国为1.5MW，丹麦 为2.0－3.0MW。另外，4.5MW风电机组 也已经在2004年汉诺威世博会上亮相， 目前Repower的风机型号是最大的，其 5MW风机风轮直径达126m。
课程教学目标
历史、现状与发展趋势：兴趣、重要性； 结构组成、基本原理：入门、基础知识； 运行特性、基本理论：为继续深造打基础。
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风力机发展简史
• 古代风力机
• 风能，是人类最早使用的能源之一。
最初的古代风力机是一种简单的垂直 轴风力机，公元644年波斯人制造了立 轴式磨面用风力机，图1为古代风力机。
。
27
• 德国Repower公
司研制的5MW的 风电机组也已 经在试验成功， 目前已经在爱 尔兰海上安装 运行
。
28
• Multibrid半
直驱型（混 合型） 5MW 机组也已试 运行
29
。
• 海上风电场发展
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丹麦哥本哈根海上风电场
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ＲＥＰＯＷＥＲ公司
32
美国加州风电场
33
国内风力发电发展现状
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叶片由金属 做成、风轮 直径3－5m、 功率500－ 1000W，
11
近现代风力机
• 在19世纪末，丹麦拥有3千台工业用的风
力机和3万台用于家庭和农场的风力机。 • 1890年丹麦的皮· 拉库尔研制成功了风力 发电机，1908年丹麦已建成几百个小型 风力发电站。 • 自20世纪初至60年代末，一些国家对风 能资源的开发，尚处于小规模的利用阶 段。
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图１
古代风力机
3
• 以后又发展了一种水平轴风力机，它
的风轮具有十根梁，其间用张线固定， 每根梁上有一块小帆布。至今在江苏 一带还可见到竹木帆布结构的风力机。 这种风力机在农田灌溉和盐池提水方 面仍起到重要作用。
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中世纪风力机
• 到公元11世纪，在中东古代风力机应
用很广泛。到13世纪，这种风力机传 到了欧洲。到14世纪，荷兰率先改进 了古代风力机，并广泛利用这种改进 后的风力机为莱茵河三角洲的沼泽地 和湖泊抽水。 • 中国宋朝是风力机的全盛时期，当时 流行着垂直轴天津风车。
国 名 额定 功率 kW 100 1250 100 100 200 额定 风速 m/s 10.5 13.5 15.25 13.5 15 叶轮 直径 m 30 53.3 15.3 24.4 24 叶轮 转速 r/min 30 26 130 95.4 30 叶片 数 塔高 m 投运 年份
苏 联 美 国 英 国 英 国 丹 麦
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• 上海电气风电设备有限公司与德国Aerodyn公司
• •
联合设计具有自主知识产权的2MW风力发电机组； 哈尔滨哈飞威达风电设备有限公司和芬兰 Winwind公司合资，生产1MW和3MW变桨变速 并网型风力发电组； 东方汽轮机厂与德国REpower公司合作进行1.5 兆瓦MD70和MD77型风力发电机组整机设计。 同时，在“十五”期间，中国的风电场和并网风 电得到迅速发展，如：内蒙古、新疆、辽宁、宁 夏、上海等地风电场和风电设备的发展。其中内 蒙古赤峰大唐、辉腾锡勒风电场发展成为规模最 大风电场。
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• 从收集到的47个2006年底前建成的风电
场，2007年的上网电量数据，初步推算 出12个省的平均年等效满负荷小时数。 • 统计中的风电场多采用进口的成熟机组， 上网电量主要受风能资源的影响。
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2007年部分省区 风电场上网电量 （小时数）和单机容量平均值
省区 河北 内蒙 辽宁 吉林 上海 浙江 福建 山东 广东 海南 甘肃 新疆 省场 数 4 7 9 4 2 1 5 3 6 1 2 4 等效满负荷小时数 2373 1933 1325 1931 1651 1344 2000 1728 1600 1417 1737 2401 容量系数 0.27 0.22 0.15 0.22 0.19 0.15 0.23 0.20 0.18 0.16 0.20 0.27 单机（kW） 885 770 715 798 1356 609 986 881 566 483 786 654 装机（万kW） 8.8 39.0 21.7 17.8 2.4 2.13 8.9 6.5 20.7 0.87 12.7 16.7