《中国战略性新兴产业研究与发展:风能》概述了人类开发利用风能的历史,回顾了全球风电产业发展现状,从经济环境效益(能源安全、社会经济发展、环境保护)等方面论述了开发利用风能的重要意义。书中着重揭示了风力与电力系统的特点,全面总结了欧洲和美国等风电发展较好的国家和地区的高比例风电接入经验,提出了解决我国风电并网瓶颈的建议和措施。同时,《中国战略性新兴产业研究与发展:风能》还梳理总结了主要风能开发国家的风电发展经验及对我国的启示。全书最后回顾了我国风电的开发历史和政策框架现状,分析了当前风电行业面临的挑战,提出未来我国风电开发的主要任务,并描绘了2050年我国风能开发利用的宏伟蓝图。
《中国战略性新兴产业研究与发展:风能》适合政府官员、企业经营管理者、科研院所的研究人员,以及对风能开发利用感兴趣的人士阅读。
在全球生态环境恶化和传统化石能源紧缺的双重压力下,寻找并使用环境友好的替代能源已日趋迫切。在可再生能源领域,风力发电因技术相对成熟、最具大规模商业开发条件、成本相对较低而受到各国重视。为实现节能减排目标,很多国家构建了一系列有利于风电发展的政策体系,并大规模开发利用风电,取得了巨大成就。有统计显示,2011年全球风电领域投资达749亿美元,累计装机容量237.7GW,年发电量4739亿kW.h,就业人数达到67万人,帮助C02减排2.8亿t。风电行业的快速发展在减缓全球变暖、降低污染排放、调整能源结构、促进社会就业等方面作出了巨大贡献。
作为全球最大的新兴经济体之一,中国已展现出积极应对气候变化、促进经济可持续增长的坚定决心,并在“十二五”规划中确立了减少对化石能源的依赖、降低能源消耗和减少二氧化碳排放等多个颇具雄心的战略目标。为实现这些目标,在可再生能源领域内,风能的开发利用无疑是最重要的力量。
2005年,随着《中华人民共和国可再生能源法》的颁布,以及“2020年非化石能源在一次能源消费中的比例达15%左右”“单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%~45%”两个目标的确定,中国的风电产业发展迅速,并连续多年保持快速增长。短短数年时间内,中国风电取得了世人瞩目的成绩,风电新增和累计装机容量双居全球第一,一个涵盖风电开发建设、设备制造、技术研发、检测认证、配套服务的产业链己建立完善,中国正式步入世界风电大国行列。
基于能源“十二五”规划中明确提出的风电发展目标,本书对风能开发利用进行了系统和全面的介绍。
王仲颖,国家发展和改革委员会能源研究所副所长,研究员。长期从事能源供需分析以及能源供应模型研究、新能源和可再生能源产业政策研究等,研究领域涉及国家暨区域新能源和可再生能源发展战略和规划、可再生能源立法、新能源和可再生能源产业发展配套政策等。
序言
前言
编写说明
第1章 概述
1.1 风能开发利用的历史
1.1.1 人类早期的风能利用
1.1.2 风力发电利用历史
1.2 全球风电产业发展现状及发展趋势
1.2.1 产业发展现状
1.2.2 技术现状
1.2.3 全球风电发展趋势
第2章 风电开发与经济环境效益
2.1 风电开发与能源安全
2.1.1 全球面临的能源安全问题
2.1.2 风电与其他能源的技术经济性对比
2.1.3 风电成为主流电源
2.2 风电开发与社会经济
2.2.1 风电开发对经济发展的贡献
2.2.2 风电开发对就业的贡献
2.2.3 风电开发对其他经济活动的贡献
2.3 风电开发与环境保护
2.3.1 减少常规能源开发带来的环境影响
2.3.2 风电开发与温室气体减排
2.3.3 风电开发与环境保护
第3章 风力发电基础知识
3.1 风与风能资源
3.1.1 风的形成
3.1.2 风特性及其测量
3.1.3 风能资源及其评估
3.1.4 全球风能资源概况
3.1.5 我国风能资源概况
3.2 风电设备
3.2.1 风力发电机组的种类与特征
3.2.2 风力发电机组总体设计和布局
3.2.3 风力发电机组设计基础
3.2.4 风力发电机组部件
3.2.5 海上风力发电机组技术
3.2.6 风力发电机组技术发展趋势
3.3 风电场开发
3.3.1 风电场开发前期工作
3.3.2 风电场选址、设计及施工
3.3.3 风电场电气系统设计
3.3.4 风电场运行管理和维护
3.3.5 风电场项目评估
3.3.6 海上风电开发
3.3.7 风电场开发及技术发展趋势
第4章 风电与电力系统
4.1 风力发电的特点
4.2 电力系统的特点
4.3 风电与电力接入系统
4.3.1 欧洲、美国风电并网现状及管理经验
4.3.2 我国部分地区的高比例风电接入电网实际经验
4.3.3 非并网风电海水淡化系统
4.4 风电与电力体制改革
4.4.1 风电并网面临的主要问题
……
第5章 风电开发国际经验
第6章 我国风电开发现状及未来发展战略
第7章 我国未来风电开发路线图
参考文献
(2)大型和中小型风力发电机组国际上通常按照机组容量将风力发电机组分为大型(1MW以上)、中型(100kW~1MW)和小型(1~100kW)。我国将容量小于lkW的风力发电机组列为微型。
小型风力发电机组可以独立应用,也可以用于并网发电。我国市场上应用较多的是功率在几百瓦到几千瓦的小型和微型风力发电机组,机组不与大电网连接,而是直接连接到负载,通常与储能设备(如蓄电池)配合使用,主要安装在没有电网的区域为居民提供生活用电,目前在城市路灯、景观照明等方面也有较多应用。
中型和大型机组主要用于并网发电,可以单台独立与电网连接,也可以由数台、数十台乃至上百台机组形成风电场通过升压站与电网连接,作为电网的一种电源为电网输送电力,是当前风能利用的主要形式。当前陆上风电机组市场主流机型都是功率在1MW以上的大型风力发电机组,但是1MW以下的机组还有一定市场份额和保有量。海上风电机组主流机型功率在3~6MW之间。
(3)定桨恒速型与变桨变速型大型水平轴风力发电机组按照功率控制方式不同可分为定桨恒速型和变桨变速型两类。
1)定桨恒速型。一般称为失速型风力发电机组,发电机恒速运行,其风轮叶片直接与轮毂固定,桨距角固定不变,在功率控制上利用叶片失速技术。其原理是:叶片翼型的升力系数在一定范围内与攻角成正比,当风速增大时,叶片的攻角随之增大,当达到一定程度后,气流开始分离,它们不再保持正比关系,升力系数下降,阻力系数增加,称之为失速。设计时使叶片在超过额定风速后产生失速,将功率保持在额定值附近。此类机组的优点是控制系统结构简单,制造成本低,可靠性高;缺点是风能利用系数低,叶片上装有空气动力制动装置使叶片质量增加,需要较大的安全系数。兆瓦级以上的风力发电机组基本不再采用叶片失速技术。
2)变桨变速型。变桨变速型风力发电机组的主要特点是采用变速发电机(如双馈异步发电机或同步发电机)和变桨系统来控制功率输出。在低于额定风速时,通过变流器来控制发电机的电磁转矩,使转速随风速变化以获得最佳叶尖速比,使风能利用系数最高;当风速超过额定风速时,即输出功率超过额定功率时,通过变桨系统调整叶片桨距角,将发电机的输出功率限制在额定值附近。
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