中国新能源产业.docx

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中国新能源产业

中国新能源产业

的近况与成长趋势

田德（内蒙古农业大年夜学新能源技巧研究所，呼和浩特010018）

风能是一种可再生的洁净能源。

近30年来，国际上在风能的应用方面，不管是理论研究照样应用研究都取得了重大年夜进步。

风力发电技巧日臻完美，并网型风力发电机单机额定功率最大年夜差不多到5MW，叶轮直径达到126m。

截止2005年世界装机容量已达58,982MW，风力发电量占全球电量的1%。

中国成为亚洲风电家当成长的重要推动者之一，其总装机容量居世界第8位，2005年新增装机容量居世界第6位。

往后，国表里风力发电技巧和家当的成长速度将明显加快。

1引言

风是最常见的天然现象之一，是太阳对地球别处不均衡加热而引起的“空气流淌”，流淌空气具有的动能称之为风能。

是以，风能是一种广义的太阳能。

据世界气候组织（WMO）和中国气候局气候科学研究院分析，地球上可应用的风能资本为200亿kW，是地球上可应用水能的20倍。

中国陆地10m高度层可应用的风能为2.53亿kW，海上可应用的风能是陆地上的3倍，50m高度层可应用的风能是10m高度层的2倍，风能资本专门丰富。

风能是一种技巧比较成熟、专门有开创应用前景的可再生能源之一[1]。

风能的应用方法不仅有风力发电、风力提水，同时还有风力致热、帆船助航等。

是以，开创应用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界浩渺的科学家致力于风能应用方面的研究。

在本文中，将对国表里风力发电技巧的近况和成长趋势进行阐述。

2风力发电全然常识

2.1风能的运算公式

空气活动具有动能。

风能是指风所具有的动能。

假如风力发电机叶轮的断面积为A，则当风速为V的风流经叶轮时，单位时刻风传递给叶轮的风能为

（1）

个中：

单位时刻质量流量m=ρAV

（2）

在实际中，

（3）

式中：

PW—每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能，即风能功率，W；

Cp—叶轮的风能应用系数；

ηm—齿轮箱和传动体系的机械效力，一样为0.80—0.95，直驱式风力发电机为1.0；

ηe—发电机效力，一样为0.70—0.98；

ρ—空气密度，kg/m3；

A—风力发电机叶轮扭转一周所扫过的面积，m2；

V—风速，m/s。

2.2贝茨（Betz）理论

第一个关于风轮的完全理论是由德国哥廷根研究所的A·贝茨于1926年建立的。

贝茨假定风轮是幻想的，也确实是说没有轮毂，而叶片数是无穷多，同时对经由过程风轮的气流没有阻力。

是以这是一个纯粹的能量转换器。

此外还进一步假设气流在全部风轮扫拂面上的气流是平均的，气流速度的偏向不管在风轮前后照样经由过程时差不多上沿着风轮轴线的。

经由过程分析一个放置在移动空气中的“幻想”风轮得出风轮所能产生的最大年夜功率为

（4）

式中：

Pmax—风轮所能产生的最大年夜功率；

—空气密度，kg/m3；

A—风力发电机叶轮扭转一周所扫过的面积，m2；

V—风速，m/s。

那个表达式称为贝茨公式。

其假定前提是风速与风轮轴偏向一致并在全部风轮扫拂面上是平均的[2]。

将（4）式除以气流畅过扫拂面A时风所具有的动能，可推得风力机的理论最大年夜效力

（5）

（5）式即为有名的贝兹（Betz）理论的极限值。

它说明，风力机从天然风中所能索取的能量是有限的，其功率损掉部分能够说明为留在尾流中的扭迁移转变能。

能量的转换将导致功率的降低，它随所采取的风力机和发电机的型式而异，是以，风力机的实际风能应用系数Cp<0.593[3]。

2.3温度、大年夜气压力和空气密度

经由过程温度计和气压计测试出实验地点的情形温度和大年夜气压，由下式运算出空气密度。

（6）

式中：

ρ—空气密度，kg/m3；

h—本地大年夜气压力，Pa；

t—温度，℃。

从空气密度公式能够看出，空气密度的大年夜小与大年夜气压力、温度有关。

2.4风力机的重要构成

1）小型风力发电机

小型程度轴风力机重要构成部分有：

风轮、发电机、塔架、调向机构、蓄能体系、逆变器等。

（1）风轮

风轮是风力机从风中接收能量的部件，其感化是把空气流淌的动能改变为风轮扭转的机械能。

程度轴风力发电机的风轮是由1~3个叶片构成的。

叶片的构造情势多样，材料因风力机型号和功率大年夜小而定，如木心外蒙玻璃钢叶片、玻璃纤维加强塑料树脂叶片等。

（2）发电机

在风力发电机中，已采取的发电机有3种，即直流发电机、同步交换发电机和异步交换发电机。

小型风力发电机多采取同步或异步交换发电机，发出的交换电经由过程整流装配转换成直流电。

（3）塔架

塔架用于支撑发电机和调向机构等。

因风速随离地面的高度增长而增长，塔架越高，风轮单位面积捕捉的风能越多，但造价、安装费等也随之加大年夜。

（4）调向机构

垂直轴风力机可接收任何偏向吹来的风，是以不须要调向机构。

关于程度轴风力机，为了获得最高的风能应用效力，应用风轮的扭转面经常对准风向，须要对风装配。

常用的调向机构重要有尾舵、舵轮、电动对风装配。

（5）限速机构

当风速高于风力机的设计风速时，为了防止叶片破坏，须要对风轮转速进行操纵。

（6）贮能装配

贮能装配对自力运行的小型风力机是十分重要的。

其贮能方法有热能贮能、化学能贮存。

（7）逆变器

用于将直流电转换为交换电，以知足交换电气设备用电的要求。

2）大年夜型风力发电机

大年夜型风力发电机组由两大年夜部分构成：

气念头械部分和电气部分。

气念头械部分包含风轮、低速轴、增速齿轮箱、高速轴，其功能是驱动发电机转子，将风能转换为机械能。

电气部分包含异步发电机、电力电子变频器、变压器和电网，其功能是将机械能转换为频率恒定的电能。

近年来，又研制成功了直驱式变速恒频风力发电机组（无增速齿轮箱）。

3风力机与风力发电技巧

3.1风力机与风力发电技巧的成长史

风能，是人类最早应用的能源之一。

远在公元前2000年，埃及、波斯等国已显现帆船和风磨，中世纪荷兰与美国已有效于排灌的程度轴风车。

我国事世界上最早应用风能的国度之一，早在距今1800年前，我国就有风力提水的记录。

1890年丹麦的P·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。

自二十世纪初至二十世纪六十年代末，一些国度对风能资本的开创，尚处于小范畴的应用时期[4]。

跟着大年夜型水电、火电机组的采取和电力体系的成长，1970年往常研制的中、大年夜型风力发电机组因造价高和靠得住性差而逐步被镌汰，到二十世纪六十年代末接踵都停止了运转。

这一时期的实验研究注解，这些中、大年夜型机组一样在技巧上照样可行的，它为二十世纪七十年代后期的大年夜成长奠定了差不多。

1980年以来，国际优权势发电机技巧日益走向贸易化。

重要机组容量有300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。

1991年丹麦在Vindeby建成了世界上第一个海优势电场，由11台丹麦Bonus450kW单机构成，总装机4.95MW。

随后荷兰、瑞典、英国接踵建成了本身的海优势电场。

今朝，差不多备离岸风力发电设备贸易临盆才能的厂家，重要有丹麦的Vestas（包含被其整合的NEG-Micon），美国的GE风能，德国的Nordex、Repower、Pfleiderer/Prokon、Bonus和德国有名的Enercon公司。

单机额定功率覆盖范畴从2MW、2.3MW、3.6MW、4.2MW、4.5MW到5MW。

叶轮直径从80m、82.4m、100m、110m、114m、116m到126m。

3.2风力机的种类

风力发电机是把风能转换为电能的装配，鉴于风力发电机种类繁多，是以分类法也是多种。

按叶片数量分，单叶片，双叶片，三叶片，四叶片和多叶片；按主轴与地面的相对地位分，程度轴、垂直轴（立轴）式；按桨叶工作道理分，升力型、阻力型。

今朝风力发电机三叶片程度轴类型居多。

程度轴风力机，风轮的扭转轴与风向平行，如图1所示；垂直轴风力机，风轮的扭转轴垂直于地面或气流偏向，如图2所示。

4国表里风力发电的近况

4.1世界风力发电的近况

今朝，中、大年夜型风力发电机组已活着界上40多个国度陆地和近海并网运行，风电增长率比其它电源增长率高的趋势仍旧连续。

如表1所示，截止2005年12月31日世界装机容量已达58,982MW，年装机容量为11,310MW，增长率为24%；风力发电量占全球电量的1%，部分国度及地区已达20%甚至更多。

2005年世界风电累计装机容量最多的十个国度见表2，前十名合计51750.9MW，约占世界总装机容量的87.7%。

2005年国际风电市场份额的分布多样化过程呈连续成长趋势：

有11个国度的装机容量已高于1,000MW，个中7个欧洲国度（德国、西班牙、意大年夜利、丹麦、英国、荷兰、葡萄牙），3个亚洲国度（印度、中国、日本），还有美国。

亚洲正成为成长全球风电的新生力量，其增长率为48%[5]。

2002年欧洲风能协会（EWEA）与绿色和平组织（GreenpeaceInternational）揭橥了一份标题为“风力12（WindForce12）”的申报，勾画了风电在2020年达到世界电量12%的蓝图。

申报声明这份文件不是推测，而是从世界风能资本、世界电力需求的增长和电网容量、风电市场成长趋势和潜在的增长率、与核电和大年夜水电等其他电源技巧成长过程的比较以及减排CO2等温室气体的要求，论证了风电达到世界电量12%的可能性。

申报还指出中国2020年风电装机有可能达到1.7亿千瓦[6]、[7]。

4.2国内风力发电的近况

依照国度气候科学院的估算[8]，我国陆地地面10米高度层风能的理论可开创量为32亿kW，实际可开创量为2.53亿kW。

海优势能可开创量是陆地风能储量的3倍。

内蒙古实际可开创量0.618亿kW

西藏实际可开创量0.408亿kW

新疆实际可开创量0.343亿kW

青海实际可开创量0.242亿kW

黑龙江实际可开创量0.172亿kW

2005年中国除台湾省外新增风电机组592台，装机容量50.3万kW。

与2004年昔时新增装机19.8万kW比拟，2005年昔时新增装机增长率为254%。

截至2005岁尾，中国除台湾省外累计风电机组1864台，装机容量126.6万kW，风电场62个。

分布在15个省（市、自治区、专门行政区），它们按装机容量排序如表3所示。

与2004年累计装机76.4万kW比拟，2005年累计装机增长率为65.6%。

2005年风电上彀电量约15.3亿kW.h[9]。

中国“十一五”国度科技支撑筹划重大年夜项目“大年夜功率风电机组研制与示范”支撑1.5~2.5MW、2.5MW以上双馈式变速恒频风电机组的研制；1.5~2.5MW、2.5MW以上直驱式变速恒频风电机组的研制；1.5MW以优势电机组叶片、齿轮箱、双馈式发电机、直驱式永磁发电机的研制及家当化；1.5MW以上双馈式风电机组操纵体系及变流器、直驱式风电机组操纵体系及变流器的研制及家当化；近海风电场扶植关键技巧的研究；近海风电机组安装及爱护专用设备的研制；大年夜型风电机组相干标准制订及风电技巧成长分析等16个课题的研究[10]。

“十一五”末，我国风电技巧的自立研发才能将接近世界前沿程度。

4.3小型风力发电机

4.3.1小型风力发电机行业近况

作为农村可再生能源重要支柱之一的小型风力发电行业在2005年度获得长足的成长，从事小型风电家当的开创、研制、临盆单位达到70家。

据23个临盆企业报表统计，2005年共临盆30kW以下自力运行的小型风力发电机组共33,253台，比上年增长34.4%，个中200W、300W、500W机组共临盆24,123台，占全年总产量的72.5%；15个单位共出口小型风力发电机组5,884台，比上年增长40.7%，创汇282.7万美元，重要出口到菲律宾、越南等24个国度和地区。

同时，因为汽油、柴油、石油价格飞涨，且供给渠道不通顺，内陆、江湖、渔船、边防哨所、部队、气候站和微波站等应用柴油发电机的用户慢慢改用风力发电机或风光互补发电体系。

4.3.2小型风力发电机行业成长趋势

1）因为宽敞年夜农牧平易近生活程度进步、用电量赓续增长，是以小型风力发电机组单机功率在连续进步，50W机组不再临盆，100W、150W机组产量逐年降低，而200W、300W、500W和1kW机组逐年增长，占总年产量的80%。

2）因为宽敞年夜农平易近急切欲望不间断用电，是以“风光互补发电体系”的推广应用明显加快，并向多台组合式成长，成为往后一段时刻的成长偏向。

3）跟着国度《可再生能源法》及《可再生能源家当指导目次》的制订，接踵还会有多种配套方法及税收优待培养政策出台，必将进步临盆企业的临盆积极性，促进家当成长。

4）今朝我国另有2.8万个村、700万户、2,800万人口没有效上电，且分散栖身在边远山区、农牧区、惯例电网专门难达到，有关专家分析700万无电用户中、300万户可用微水电解决用电，而400万户能够用小型风力发电或风光互补发电，知足农牧平易近用电须要[11]。

4.3.3浓缩风能型风力发电机

浓缩风能型风力发电机由内蒙古农业大年夜学新能源技巧研究所研制，已获得中国有用新型专利（专利号：

ZL94244155.9）。

该型风电机组将稀薄的风能经浓缩风能装配加快、整流和平均化后驱动叶轮扭转发电，从而进步了风能的能流密度，降低了天然风的湍流度，改良了风能的不稳固等弱点，进步了风能品位，降低了风电度电成本。

该风力发电机具有的切入风速低、发电量大年夜、噪音低、安稳性高、寿命长、度电成本低等特点。

浓缩风能型风力发电机可自力运行、风光互补运行、多机联网运行和并入低压电网运行。

现已研制开创的系列产品有200W、300W、600W、1kW、2kW等机组。

浓缩风能型风力发电机经由中试后，能够向中、大年夜型机构成长。

这种新型风电技巧在中国和世界的应用，将有效地进步风电体系的供电水平和质量，有效地应用低品位的风能，进步风电商品竞争力，具有重要的经济益和生态环保效益[12]。

5结论

在往后的20年内，国际优权势发电家当将是增长速度最快的家当，风力发电技巧也将进入快速成长的黄金时代；在中国，并网型风力发电机组装机容量增长速度将明显加快，令世界注目，离网型风力发电机构成长的地区广、潜力大年夜，装机总容量最终将跨过并网型风力发电机组。

田德，吉林松原人，1958年8月生。

内蒙古农业大年夜学传授，华北电力大年夜学传授，博士生导师。

1985年赴日本留学，1992年9月获得日本明星大年夜学电气工程学博士学位。

现任中国农业工程学会理事、中国太阳能学会理事、《太阳能学报》编委、全国“百切切人才工程”第一、二层次人选。

享受国务院当局专门津贴。

省级中青年突贡专家。

省级优良留学回国人员。

主持完成的项目获内蒙古自治区科技进步一等奖1项，已获得中国有用新型专利1项。

正申请国度制造专利3项。

揭橥研究论文50余篇，多篇被EI收录。

主持完成和正在主持的科研项目有：

3项国度天然科学基金赞助项目、3项国际合作项目、1项国度“十一五”科技攻关项目、9项省部级项目、3项横向项目。

现从事离网型风力发电体系、并网型风力发电体系和可再生能源应用的研究。

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机械工业出版社,2006:

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上海科学技巧出版社,1990:

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[12]田德,王海宽，韩巧丽.浓缩风能型风力发电机的研究与进展[J].农业工程学报（增刊），中国农业工程学会第七次全国会员代表大年夜会暨学术年会论文集，2003,19:

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