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1、1 新能源发电技术 东南大学电气工程学院 程明 东南大学电气工程学院 程明 第二讲 风能基本知识与风力发电概况第二讲 风能基本知识与风力发电概况 2 风能风能 风的产生风的产生 ?风是空气流动的结果风是空气流动的结果 ?太阳辐射太阳辐射 ?地球自转、公转地球自转、公转 大气压差是风产生的 根本原因！ 大气压差是风产生的 根本原因！ 3 ?地面形态差异，各处受热不均匀地面形态差异，各处受热不均匀 风的特性风的特性 ?随机性随机性 ?随高度的增加而变化随高度的增加而变化 ?随季节、日夜变化随季节、日夜变化 风能风能 风速沿高度的相对增加量因地而异，大致上可表示为风速沿高度的相对增加量因地而异，大致
2、上可表示为 n H H V V = 00 一般取H0=10m, n为修正指数， 其值为1/21/8。 4 (a) 典型分布；典型分布； (b) 不同地形风速与高度的关系不同地形风速与高度的关系. 1大城市；大城市；2城市及多树农村；城市及多树农村；3平 原、沿海 平 原、沿海 风能风能 风的测量风的测量 ?风能 单位时间内流过垂直于风速截 面积 风能 单位时间内流过垂直于风速截 面积S（m2）的风能，即风功 率为 ）的风能，即风功 率为 11 5 ?风能密度风能密度 ?风向风向 ?风频风频 32 2 1 2 1 SVmVE= 某风向风频某风向风频=某风向出现的次数某风向出现的次数/风向的总观测
3、次数风向的总观测次数x100% 3 2 1 V S E w= 00012. 0 225. 1 =h h (kg/m3) 风能风能 风频风频 变化陡峭，最大频率出现在低风 速区 变化陡峭，最大频率出现在低风 速区 6 风频玫瑰图风频玫瑰图 风速风频分布曲线风速风频分布曲线 变化平缓，最大频 率在较高风速区 变化平缓，最大频 率在较高风速区 2 风能风能 ?风速与风级风速与风级 共共17级，前级，前13 级如表级如表 7 飓风飓风 风能资源分布风能资源分布 我国是风力资源较丰富的国家之一，可开发利用风能约我国是风力资源较丰富的国家之一，可开发利用风能约 2.5亿亿kW. 8 中国风能密度分布图中国
4、风能密度分布图(W/m2) 风能资源分布风能资源分布 9 中国每年中国每年3-20m/s风速累计时数分布风速累计时数分布 1年年=365天天=8760小时小时 百万千瓦级风能资源区 5 5、河西走廊、河西走廊、河西走廊、河西走廊 1 1、吉林、吉林、吉林、吉林 4 4、内蒙草原、内蒙草原、内蒙草原、内蒙草原 8 8、山东半岛、山东半岛、山东半岛、山东半岛 2 2、河北北部、河北北部、河北北部、河北北部 6 6、新疆戈壁、新疆戈壁、新疆戈壁、新疆戈壁 7 7、黑龙江、黑龙江、黑龙江、黑龙江 10 3 3、张北、张北、张北、张北9 9、苏沪沿海、苏沪沿海、苏沪沿海、苏沪沿海 12、广东、广东 10
5、10、浙江、浙江、浙江、浙江 1111、福建、福建、福建、福建 千万千瓦级风电基地规划千万千瓦级风电基地规划 甘肃酒泉地区甘肃酒泉地区1100万千瓦万千瓦 11 新疆哈密地区新疆哈密地区2000万千瓦 内蒙古地区 万千瓦 内蒙古地区5000万千瓦 河北沿海和北部地区 万千瓦 河北沿海和北部地区1000万千瓦 江苏沿海和近海地区 万千瓦 江苏沿海和近海地区1000万千瓦万千瓦 中国风能分区及占全国面积百分比中国风能分区及占全国面积百分比 指标丰富区较丰富区可利用区贫乏区 年有效风能密度 指标丰富区较丰富区可利用区贫乏区 年有效风能密度(W/m2)200200-150150-5050005000-
6、40004000-200022002200-15001500-35022002200-15001500-350350 占全国面积的百分比（占全国面积的百分比（%）8185024 风能最佳区风能最佳区：东南沿海、山东半岛、辽东半岛及海上岛屿， 内蒙古、甘肃北部，黑龙江南部、 吉林东部 ：东南沿海、山东半岛、辽东半岛及海上岛屿， 内蒙古、甘肃北部，黑龙江南部、 吉林东部 风能较佳区风能较佳区：西藏高原中北部，东南沿海，三北的南部区：西藏高原中北部，东南沿海，三北的南部区 风能可利用区风能可利用区：两广沿海（包括福建：两广沿海（包括福建501000km的沿海地带）、大小兴安岭山区，中部地区 等 的沿
7、海地带）、大小兴安岭山区，中部地区 等 风能贫乏区风能贫乏区：云贵川、甘南、陕西、湘西、鄂西和福建、两广的山区等；塔里木盆地、雅鲁 藏布江各地 ：云贵川、甘南、陕西、湘西、鄂西和福建、两广的山区等；塔里木盆地、雅鲁 藏布江各地 3 风能转换与利用风能转换与利用 13 世界风力发电发展概况 年份新增装机容量 (MW) 增长率 （%） 累计增长容量 （MW） 增长率（%）年份新增装机容量 (MW) 增长率 （%） 累计增长容量 （MW） 增长率（%） 20038,34415%40,30126% 20048,154-2%47,91218.9% 200511,407 40%59,26423.7% 20
8、038,34415%40,30126% 20048,154-2%47,91218.9% 200511,407 40%59,26423.7% 14 。 2002003 3- -20082008年世界风电市场的增长情况年世界风电市场的增长情况 200615,00031%75,00026.6% 200720,00033.3%94,00025.3% 20082705035.2%12105028.8% 200615,00031%75,00026.6% 200720,00033.3%94,00025.3% 20082705035.2%12105028.8% 5年内平均增长率5年内平均增长率 27.5%/2
9、4.727.5%/24.7 风力发电概况风力发电概况 世界风电状况(1999,2002,2005年底总装机容量MW) 35000 45000 15 -5000 5000 15000 25000 欧洲美国亚洲世界其他地区 1999(13,932MW)2002(32,037MW)2005(59,264MW) 风力发电发展概况风力发电发展概况 MW% 美国美国25,17020.8 德国德国23,90319.8 西班牙西班牙16,75413.9 中国中国12,21010.1 印度 10.1 印度9,6458.0 意大利意大利3,7363.1 16 世界前世界前1010位国家风电累计装机容量对比位国家风
10、电累计装机容量对比 （截至到（截至到2002008 8年年1212月底）月底） 法国法国3,4042.8 英国英国3,2412.7 丹麦丹麦3,1802.6 葡萄牙葡萄牙2,8622.4 其他其他16,69313.8 前十名总计104,10486.2 全球总计120,798100.0 前十名总计104,10486.2 全球总计120,798100.0 风力发电概况风力发电概况 17 2003-2008年新增风电装机容量区域分布年新增风电装机容量区域分布 风力发电概况风力发电概况 目前，全球主要 风电机组制造商分布 在丹麦、美国、德国 等发达国家，排名前 18 世界主要风电机组制造商市场份额 等
11、发达国家，排名前 5位的有维斯塔斯、 GE能源、歌美飒、 Enercon和苏司兰。 4 风电概况风电概况 风力发电所占世界总发电量的份额风力发电所占世界总发电量的份额 年份风能所发的电能年份风能所发的电能TWh 所有能源所发的电能所有能源所发的电能TWh 风力发电占世界总发电量的份额风力发电占世界总发电量的份额: % 1996 12.23 13,613 0.09% 1997 15.39 13,949 0.11% 1998 21.25 14,340 0.15% 199923.1814,7410.16% 19 1999 23.18 14,741 0.16% 2000 37.30 15,153 0.
12、25% 2001 50.27 15,577 0.32% 2002 64.81 16,233 0.40% 2003 82.24 16,671 0.49% 2004 96.50 17,019 0.57% 2005 120.47 17,512 0.69% 2010 312.8 19,634 1.59% 2015 679.4 23,178 2.93% 风力发电概况风力发电概况 500 600 700 800 2 00% 2.50% 3.00% 3.50% 风能所发的电能 () 20 0 100 200 300 400 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 20
13、04 2005 2010 2015 0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 2.00% (BTM-C) TWh 风力发电所占世 界总发电总的份 额: % 风力发电概况风力发电概况 21 。 从从1981198120022002年间，风电成本由年间，风电成本由15.815.8欧分欧分/ /kWhkWh下降到下降到4.044.04欧欧 分分/ /kWhkWh，预计预计20102010年度电成本将下降至年度电成本将下降至3 3欧分欧分/ /kWhkWh 风力发电概况风力发电概况 18 影响因素：60%依赖于规模化发展，40%依赖于技术进步。 预测：到2020年，风电成本会降低到3欧分以下，届
14、时风电 成本可以达到常规能源发电成本水平。 风电成本持续下降 22 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 19811995200220102020 丹麦风电成本变化趋势丹麦风电成本变化趋势(欧分欧分/千瓦时千瓦时) 失速调节 主动失速 定速 失速调节 主动失速 定速 全球风电技术发展趋势全球风电技术发展趋势 23 变速控制变速控制 齿轮箱 变距调节 变速调节 无齿轮箱 齿轮箱 变距调节 变速调节 无齿轮箱 全球风电技术发展趋势全球风电技术发展趋势 24 5 252010-2050年世界风电发展展望年世界风电发展展望 美国美国2030年风电发展目标 美国能源部2008年5月公布的计划
15、，到2030年风电装机将 达到3亿千瓦 ，将满足美国20%的电力需求。 年风电发展目标 美国能源部2008年5月公布的计划，到2030年风电装机将 达到3亿千瓦 ，将满足美国20%的电力需求。 欧盟欧盟2030年风电发展目标年风电发展目标 风电发展目标 26 欧盟欧盟2030年风电发展目标年风电发展目标 风电装机将达到3亿kW，其中50%是海上风电，750万千瓦 是重建项目，欧洲电力消费的25%将由风电提供。风能将 成为欧洲的主要替代能源。 风电装机将达到3亿kW，其中50%是海上风电，750万千瓦 是重建项目，欧洲电力消费的25%将由风电提供。风能将 成为欧洲的主要替代能源。 全球全球 20
16、20年风电发展目标 风电装机将达到15亿千瓦 年风电发展目标 风电装机将达到15亿千瓦 我国风电发展概况我国风电发展概况 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 (WM) 100 120 140 累计累计MW新增新增MW年增长率年增长率% 2009年新增年新增13803MW，累计装机，累计装机258000MW，增长，增长113.1% 27 我国风电装机发展情况我国风电装机发展情况 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Power 0 20 40 60 80 % 38 2379 中国风电发展预测目标中国风电发展预测目标 我国风电发展概况我国风电发展概况 28 到2008年底，我国风机整机制造企业70多家,2008年内资企业 新增市场份额占当年新增的73%，累计市场份额达60%。 风电设备制造业 8
