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1、2016-02-2312016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 1/63新能源发电并网技术刘定新 ， 电气学院电器教研室 ， 副教授Tel： 15209228245 Email： 何英杰 ， 电气学院工企教研室 ， 副教授Tel： 15289350568 Email： 2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 2/63新能源发电并网技术新能源装置电力系统电力电子AC/DC变换电路DC/DC变换电路DC/AC变换电路AC/AC变换电路风力发电装置太阳能发电装置电力设备电力系统稳态分析电力系统暂态分析电力系统继电保护电力系统基本概念2016-02
2、-23 Liu Dingxin/He Yingjie 3/631 新能源并网运行基础知识2 新能源并网运行分析3 新能源电力系统电压和频率4 电力变换基础知识5 电力变换电路6 新能源发电并网技术课程目录2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 4/63参考书目1. 电气工程基础 西安交通大学出版社 . 王锡凡等2. 电气工程基础 华中科技大学出版社 . 熊信银等3. 电力系统分析 华中科技大学出版社 . 何仰赞等4. 电力电子技术 机械工业出版社 王兆安等5. 分布式发电技术 机械工业出版社 殷桂梁等6. 新能源转换与控制技术 机械工业出版社惠晶2016-02-23
3、 Liu Dingxin/He Yingjie 5/631 新能源并网运行基础知识2 新能源并网运行分析3 新能源电力系统电压和频率4 电力变换基础知识5 电力变换电路6 新能源发电并网技术课程目录2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 6/63能源资源概述 能源资源 是指为人类提供能量的天然物质。它包括煤、 石油 、天然气 、水能等，也包括 太阳能 、 风能 、 生物质能 、 地热能 、海洋能 、 核能 等新能源。 能源资源是一种综合的自然资源。纵观社会发展史，人类经历了柴草能源时期、煤炭能源时期和石油天然气能源时期，目前正向新能源时期过渡，并且无数学者仍在不懈地
4、为社会进步寻找开发更清洁、更安全、可再生的新能源。 目前人们能利用的能源仍以煤炭、石油、天然气为主，这都是不可再生的化石能源。根据 BP世界能源统计年鉴 2013，世界探明石油可采储量 2358亿吨，储采比 52.9年；探明天然气可采储量 187.3万亿立方米，储采比 55.7年；煤炭探明可采储量 8609亿吨，储采比 109年。2016-02-232能源的分类： 凡从自然界可直接取得而不改变其基本形态的能源称为 一次能源 ，而由一次能源经过加工或转换成另一种形态的能源称为 二次能源 。 在一定历史时期和科学技术水平下，已被人们广泛应用的能源，称为 常规能源 ；那些采用了新的先进科学技术而加以
5、广泛应用的能源称为 新能源 。 凡在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源，称为 可再生能源 ；经过亿万年形成的，在短期内无法恢复的能源称为 非可再生能源 。 不排放或很少排放污染物的能源称为 清洁能源 ，反之为非清洁能源。能源资源概述新能源 可再生能源 清洁能源2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 7/63 2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 8/63能源一次能源常规能源可再生能源（清洁能源）：水力非可再生能源：煤、石油、天然气、 核裂变新能源可再生能源（清洁能源）：太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能非可再生能源（清洁能
6、源）：核聚变材料二次能源电力、焦炭、煤气、汽油、煤油、柴油、重油、沼气、蒸汽、热水能源分类能源资源概述有人也将核裂变归入到新能源和清洁能源中为什么要大力发展新能源？ 能源安全。 化石能源不可再生，终会枯竭，亟需寻找替代。 环境意义。 化石能源的环境污染很大，特别是排放的 CO2引起全球变暖，长此以往将对地球环境造成不可逆危害。2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 9/63能源资源概述纽约大停电为什么新能源要与电力相结合？人类使用太阳能、风能等能源已有相当长的历史，而它们之所以称为新能源，就是要在新技术基础上系统的开发利用。其核心就是将这些能源转化为电能，因为电能是
7、支撑现代文明的重要基础，是二次能源中用途最广、使用最方便、最清洁的一种，它对国民经济的发展和人民生活水平的提高起着特殊的作用。美国东北部大停电2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 10/631879年 ， 中国上海公共租界点亮了第一盏电灯 ， 随后 1882年由英国商人在上海创办了中国第一家公用电业公司 上海电气公司 。1905年 ， 清政府在天津创办了教学品制造所 ， 是最早的国家资本电工企业 。中国电力工业从 1882年有电以来 ， 至今经走过了 130余年的光辉历程 。 上海外滩的弧光灯（摄于 1887年）能源资源概述2016-02-23 Liu Dingx
8、in/He Yingjie 11/63我国电力需求持续增长： 2014年全社会用电量达到 5.52万亿千瓦时 ， 全国发电装机容量为 13.6亿千瓦； 2020年全社会用电量将达到 8.1万亿千瓦时 ， 全国发电装机需要 19亿千瓦 ， 保障电力安全 、 可靠供应的任务十分艰巨 。65.8787.05137.89217.22319.325178601360190002004006008001000150020001980 1990 2000 2010 2020装机容量 (GW)能源资源概述2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 12/632011年 ， 我国年发电量
9、达到 4.73万亿千瓦时 ,跃居 世界第一 。主要国家历年发电量增长图能源资源概述2016-02-2332016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 13/63能源资源概述2014年度世界主要国家终端能源消费结构2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 14/63能源资源概述相比于发达国家 ， 我国发电量构成中 新能源比重明显偏低 ！2014年 1-2月我国发电量构成2014年度德国的发电量构成2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 15/63能源资源概述电能的特点： 电能难以大量存储，因此其生产、传输和消费是一个连续
10、的过程，即在 电力系统中生产的电能时时刻刻都应与消耗的电能相平衡 。 电能是以电磁波的速度传播，因此 电力系统中任一环节发生改变，都会立即影响到所有环节的工作状态 。 电力系统是投资密集、技术密集的产业，也是消耗一次能源最大的产业。新能源发电不稳定、可靠性低是并网的关键技术障碍。2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 16/63我国能源资源与电网特点中国煤炭资源保有储量地区分布华北地区48.95%西南地区8.61%东北地区3.29%中南地区 3.27% 华东地区 5.90%西北地区29.98%煤炭资源储量各省分布情况2 7 .0 02 2 .0 01 .5 4 2
11、.4 8 2 .4 8 2 .2 05 .6 71 5 .7 52 .6 01 2 .0 4山西 内蒙古 黑龙江 安徽 山东 河南 贵州 陕西 宁夏 新疆煤炭是我国最主要的能源 ， 探明可直接利用的煤炭储量为 1886亿吨 ， 但 煤炭资源的分布很不均匀 。煤炭供给的 85 以上集中在秦岭和淮河以北 ，山西和内蒙就占了 50 ，而煤炭需求多集中在沿海经济比较发达的地区 ，煤炭的平均运输成本高于开采成本 。2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 17/63我国能源资源与电网特点可开发水资源省份分布情况( % )2 6 .82 0 .51 7 .17 .84 .0 3
12、.4 3 .3 2 .5 2 .4 2 .2 1 .71 .3 1 .1 1 .0四川 云南 西藏 湖北 青海 贵州 广西 湖南 新疆 甘肃 福建 广东 陕西 江西全国可开发水资源地区分布西南地区67.8%西北地区9.9%华北地区1.2%中南地区15.5%华东地区3.6%东北地区2.0%我国水能资源居世界首位 ， 理论蕴藏量6.76亿 kW， 其中 ， 可开 发装机 容量 3.78 亿kW（ 单机 500kW及以上 ） ， 年发电量 1.92万亿 kWh 。水电是清洁 、 可再生的能源 ， 我国的开发条件优越 ， 但开发率比较低 。 同时 ， 我国水电资源主要集中在西南地区 ， 地域分布很不均
13、匀 。2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 18/63我国能源资源与电网特点作为新能源的太阳能主要分布在西部地区。2016-02-2342016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 19/63我国能源资源与电网特点作为新能源的风能主要分布在西北部及沿海地区。2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 20/63电力负荷主要集中于东南部地区： 京津冀鲁 、华中东四省和华东等地区主要受端电网 （ 13个省区 ） 用电量占全国的一半左右 ， 未来电力需求仍将继续保持快速增长 。我国能源资源与电网特点2016-02-23 Li
14、u Dingxin/He Yingjie 21/63华北南方东北西藏台湾西北华中华东煤电基地水电基地负荷中心我国能源资源与电网特点我国能源资源与负荷分布图2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 22/63我国能源资源与电网特点电力就地平衡难以满足发展需要： 能源输送过度依赖输煤 ， 造成铁路运力紧张； 中东部地区煤炭资源已无法满足电力持续发展的需要； 中东部地区环保压力增加 ， 环境日益恶化； 中东部地区土地资源匮乏； 小火力电机组居高不下 。 10万千瓦及以下机组占火电装机容量的 30 ， 致使我国供电煤耗比世界先进水平高 50克标煤 /千瓦时 。“西电东送，南北
15、互供”是我国当前与未来相当长时期电网的主要特点之一。华北南方东北西藏台湾西北华中 华东晋城煤电基地 晋东南淮南300雅龙江梯级170南阳300 300290杭北芜湖荆州2008年前后国家电网特高压骨干网架规划图上海西图例500kV交流800kV级直流1000kV交流750kV交流金沙江 I期株州杭北南汇苏南陕北武汉220420官亭 兰州东我国能源资源与电网特点2016-02-23 Liu Dingxin/He Yingjie 23/63华北南方东北西藏台湾西北华中 华东晋东南火电陕北火电蒙西火电 II石家庄北京东济南豫北300280240420 200100300晋东南 徐州淮南徐州火电滁州3
16、00360雅龙江梯级金沙江 I期金华金沙江 II期170无锡南阳 300 170300150150杭北芜湖290330长沙荆州乐山成都重庆2020年前后国家电网特高压骨干网架规划图300500300川西水电蒙西火电 III天津南昌唐山青岛120300250340450福州320南京350240300沿海电源沿海电源150蒙西火电 I晋东南火电宁夏煤电呼盟煤电 远东 (俄 )沈阳蒙西火电 IV蒙西锡盟锡盟煤电 I锡盟煤电 II连云港沿海核电泰州上海北上海西沿海核电沿海核电沿海核电驻马店武汉恩施川西水电300达州宝鸡哈密电厂哈密二厂安西张掖永暨 白银西宁官亭拉西瓦 兰州东宁东 宁东西南水电西南水电丽江西永平 罗平邵通 安顺 桂林柳州佛岗东 龙门 揭西惠东四会新兴 恩平电白三峡地下开关站陕北郴长宝二靖边渭北东南郊晋中官亭官亭图例500kV交流80
