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风力发电技术华北电力大学电气与电子工程学院其辉2011.9.25华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章风力发电现状与趋势华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉纵览起源：世界上第1台用于发电的风力机于1891年在丹麦建成。1986年5月，我国第一个并网风场建于山东荣成。发展：风电技术经过20年的开发日臻成熟，商业化机组的单机容量从55kW增加到1650kW，风电成本从20美分/（kW·h），持续下降到5美分/（kW·h），运行可靠性和发电成本接近常规火电，迅速发展成为初具规模的新兴产业。目前风力机之最为美国CE公司的“超级风力机”，单机功率为7.3MW，风车直径为112m.第一章：风力发电的现状与趋势华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势一.风电的发展1.世界风电的发展自1990年以来,风力发电一直是世界上增长最快的可再生新能源。从1996年起，全球累计风电装机连续11年增速超过20％，平均增速达到28.35％。2008年虽然经历了历史罕见的金融危机，但风电依然成为最具吸引力的发电投资，已经成为各个国家替代能源的首选。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势2010年底，全球风电总装机容量达199,520兆瓦，发电量超过4099亿千瓦时，占世界电力总发电量的1.92%。2008年和2009年全球年装机容量分别增加42%和35%，而2010年年度装机增长率仅为3%。受金融危机的影响，2010年年度装机增长率仅为3%。2010年美国风电装机新增下滑最厉害，欧洲保持平稳增长。中国、印度等新兴市场显示出强大的生命力。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势经过2010年的转折，最大风电国家市场的排名发生了变化：中国以18,928兆瓦的新增装机容量稳居第一位，并且创造了单个国家年度新增装机容量的世界纪录；美国以5,115兆瓦的新增装机容量位列第二；第三名是印度，新增装机容量2,139兆瓦。在欧洲，德国、英国和西班牙成为排名前三的欧洲国家，每个国家的新增装机容量大约是1,500兆瓦。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势全球风电累计装机容量华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势2.我国风电的发展我国的风电自2003年进入高速发展时期。从2005年开始，中国的风电总装机连续5年实现翻番。2009年，中国以2580万千瓦的总累计装机容量超过德国，成为世界第二，但与排名第一的美国仍有近1000万千瓦的差距。截至2010年底，中国全年风力发电新增装机达1600万千瓦，累计装机容量达到4182.7万千瓦，首次超过美国，跃居世界第一。《中国风电发展报告2010》预测：2020年，中国风电累计装机可以达到2。3亿千瓦，相当于13个三峡电站；总发电量可以达到4649亿千瓦时，相当于取代200个火电厂。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势“十二五”将加快海上风电投资，预计2020年海上风电装机容量将超过3200万千瓦。上网瓶颈是风电发展的最大障碍，也是急需解决的问题，我国电网“十二五”期间风电并网目标是9000万千瓦。日本核电危机后，我国核电政策偏紧，水电的规划目标已经被充分挖掘，风电和光伏是最有可能弥补核电缺位的清洁能源，风电与光伏将“临危受命”，得到更大的发展空间。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉原《可再生能源中长期发展规划》提出的风电发展目标是2020年全国风电总装机容量达到3000万千瓦，调整后的风电装机容量指标可能达到1亿－1.5亿千瓦。根据《新兴能源产业发展规划》，预计到2020年，中国新能源发电装机2.9亿千瓦，约占总装机的17％。其中，核电装机将达到7000万千瓦，风电装机接近1.5亿千瓦，太阳能发电装机将达到2000万千瓦（即20GW），生物质能发电装机将达到3000万千瓦。第一章：风力发电的现状与趋势华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势我国的风电装机情况华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势二.风电技术概述1.分类恒速恒桨变速变桨华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势2.恒速恒桨技术原理恒速恒桨一般采用鼠笼式异步发电机，风力机桨距固定，其运行完全靠叶片气动特性控制，当风机带动发电机达到或接近同步速时并入电网，此后电机转速基本保持恒定，系统送入电网的电压频率恒定。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势恒速恒桨风力发电技术的特点电气系统简单，可适合于在野外缺少维护的环境下工作。转速不变，输出功率和转速的控制全靠倾角控制完成，要求倾角控制响应快，动作次数多，调节机构易疲劳损坏；强阵风来时，转速不变，机械承受应力大，要求坚固，所以又称“刚性”风力发电。适用于中小功率风电系统，通常不大于1000kW。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势3.变速变桨技术分类采用DFIG（交流励磁转差功率变换型）华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势采用普通同步发电机（全功率变换型）华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势采用多极永磁同步发电机（全功率变换直驱型）华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势变速发电的特点：在不同风速下，涡轮机都工作在最高效率点，提高效率10%；减小发电机电磁转矩脉动和机械承受的应力，减轻机械强度要求，又称“弹性”风力发电；电磁转矩脉动小，发出电力的波动小，提高发电质量；在强风来时倾角控制器才工作，对倾角控制的响应速度大大降低、动作次数显著减少、机构寿命得以延长。适用于大功率发电场合，通常大于1000kW。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势风电技术现状趋势大型化、变速运行、变浆距是世界风电设备发展的趋势。目前世界上主流机型为兆瓦级，如美国主流1.5MW，丹麦主流2.0～3.0MW，目前单机容量最大的风电机组是德国Repower公司生产的容量为5MW瓦的机组。随着未来海上风电的开发，单机容量可能继续上升。在风电技术研发上，国内风电机组制造企业面临着技术路线从定桨定速提升到变桨变速，单机功率从百千瓦级提升到兆瓦级的双重压力，华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势三.主要的风电设备厂商与市场1.国外厂商世界风电巨头企业主要集中在欧洲和北美：丹麦Vestas西班牙Gamesa美国GE德国Dewind华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势企业名称在华设厂地点生产产品投产时间设计产能Vestas天津一期叶片，二期整机2006年6月80万千瓦Gamesa天津整机2006年7月70万千瓦GEWind沈阳整机Suzlon天津整机2006年8月80万千瓦Repower包头整机合资80万千瓦Nordex宁夏、西安整机合资外资风电巨头在华投资设厂情况华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势2.国内厂商与市场总览风电场业主主要来自国营大型电力集团，如龙源、华能、北国电、国华、华电国际、中电投等，另外有越来越多的民营企业参与投资风电场建设。风力发电机组整机制造厂约29个。零部件制造厂约30个。进行过风电技术研究的高校和科研院所约12家。专业研发中心2个。风资源前期咨询单位约5家。有能力进行风力发电机组整机及其零部件测试的机构约14家。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势国内风电设备厂商主要分为四种类型：具有自主知识产权的企业新疆金风科技股份有限公司、浙江运达风力发电工程有限公司、特变电工沈阳工大风能有限公司新近加入风电领域的中小企业湘潭电机集团有限公司、中国东方电气集团东方汽轮机厂、广东明阳风电技术有限公司等涉足风电领域的国家大型企业保定天威风力发电设备制造公司、上海电气集团股份有限公司、大连重工•起重集团、北京北重汽轮机有限责任公司等华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势公司概况金风科技国内最早大批量组装600KW、700KW风机的厂商，07年开始批量生产1.5兆瓦永磁直趋式风机华锐大重2004年底与德国Fuhrlander公司签定1.5MW机组生产许可证合同。06年开始批量生产1.5兆瓦变速恒频双馈式风机浙江运达2003年开发成功750kW机组并投入运行，完成了国家863攻关项目1.5兆瓦风力发电机组总体及各主要部件的初步设计，并通过了科技部验收。东方汽轮机2004年11月与德国Repower公司签定1.5MW机组生产许可证合同。2006年批量生产1.5兆瓦变速恒频双馈式风机上海电气风电设备有限公司引进德国DEWIND公司1.25MW技术，第一批样机2006年年底完成；正与国外联合设计2兆瓦机组。分设有沪、津2个生产基地，计划到2008～2009年，2兆瓦机组形成批量生产能力火箭院万源安迅能2005年6月火箭研究院与西班牙EHN签定合资合同。湘电股份与日本原弘产株式会社总投资2.2亿元，注资1.1亿元，各占50%股权，年产兆瓦级风机300台。07年初总装机厂房奠基。签约了大唐漳州，另有两台机组在内蒙测试华仪电气华仪风能参股49%的华仪金风公司为浙江当地组装厂。目前能够生产750KW风机，正在着手开发1.5兆瓦风机重庆船舶工业公司同德国Aerodyn公司签约，开发具有自主知识产权的2兆瓦风力发电机组，首批样机将于2007年上半年试运行兵器工业集团内蒙古北方重工业公司与Repower、英国宏腾能源合资，即将投产的2兆瓦级MM70型风力发电设备，是目前国内引进的最先进的机型哈飞威达风电设备有限公司由哈飞工业（集团）公司和芬兰WinWindOy合资，于2005年3月成立，生产基于MULTIBRID技术的1兆瓦和3兆瓦变桨变速型风力发电机组。其中,1MW机组已投入试运行。艾万迪斯银河风力有限公司06年10月签协议，注册资本1亿元。长征电器持有合资公司15％股权，银河集团持60％股份，艾万迪斯公司持25％股份。07年完成样机，北海年产能为2.5兆瓦风电机组100台天威保变06年定向增发募集资金中将有2.5亿元投资风电整机项目，06年3月组建了天威风电，将从英国GH公司引进1.5MW风机设计技术国内风电整机主要厂商情况华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势国内风电零部件主要厂商情况华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势四.风电场的成本与运营华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势影响风力发电成本的主要因素包括：风力发电机组成本、基础及配套设施、使用寿命、风力资源、运行可靠性、电网吸纳性、年维修/管理费、税金等风力发电成本的一般占比示意图风力发电的成本构成其他设备折旧管理费维修护理利息偿还资料来源：中国风能协会，海通证券研究所华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势风力发电机组零部件所占成本比例其他20%塔架18%叶片23%发电机6%电控系统5%变频器5%配电柜8%齿轮箱15%资料来源：中国风能协会，海通证券研究所整理华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电的现状与趋势技术进步和风电场规模不断扩大使风力发电成本迅速下降从20世纪80年代开始，风力发电成本从平均20美分/度下降到目前的4.5美分/度，过去5年平均以每年4%左右的速率下降05101520253035198019821983198619901995200020042010E2015E华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉第一章：风力发电