风力发电设备系统及原理.ppt
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1、1.能源概论1.7 中国电力1.7.1 中国电力概况1.7.2 中国电力预测1.7.3 煤电1.7.4 气电1.7.5 核电1.7.6 水电1.7.7 风电1.7.8 生物质发电,1.能源概论1.7 中国电力1.7.7 风力发电风能是指太阳辐射造成地球各部分受热不均匀,引起各地温差和气压不同,导致空气运动而产生的能量。利用风轮机可将风能转化成电能、机械能和热能等。风能利用的主要形式有风力发电、风力提水、风力制热以及风帆助航等。本节将概要介绍风力发电内容。,1.7.7 风力发电(1)风力发电设备及原理 风电设备主要包括:旋转设备:风轮(叶片、轮毂)、主轴、增速箱、发电机 功能系统:控制、制动、液
2、压系统,变距系统、调向系 统。金属结构件:机舱、塔架、主轴、轮毂和偏航系统。尽管风力机的型式各异,诸如水平轴风力机和垂直轴风力机,但是,他们的工作原理都是相同的,即利用风轮(叶片)吸收风的动能,然后带动传动设备及电机进行发电。,1.7.7 风力发电(1)风力发电原理及原理,图 1,1.7.7 风力发电(2)风力发电的优势1)风能资源储量丰富 归根到底,风能还是来自于太阳能,据估计,全世界范围内,风能资源非常丰富,下面以中国为例进行说明。中国风能资源储量据估计,我国风能仅次于俄罗斯和美国,居世界第三位,理论储量32260 GW。陆地上离地10m高可开发和利用风能储量约为2.53亿kW;近海(水深
3、不超过10m)区域,离海面10米高度层可开发和利用的风能储量约为7.5亿kW。共计10亿kW,风能资源非常丰富。风能资源分布 我国幅员辽阔,地形条件复杂,风能资源状况及分布特点随地形、地理位置不同而有所不同。风能资源丰富的地区主要分布在东南沿海及附近岛屿以及“三北”(东北、华北、西北)地区。另外,内陆也有个别风能丰富点,海上风能资源也非常丰富。其分布如下图2所示:,1.7.7 风力发电(2)风力发电的优势 2)风力发电清洁无污染随着化石能源价格上涨,以及世界各国各地区对污染控制,环境保护和社会可持续发展越来越重视,风能资源作为一种清洁的可再生能源,其优势越来越明显;而且风力发电是新能源中技术最
4、成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一,当前世界上很多国家,尤其是发达国家,已充分认识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方面的重要性,对风电的开发给予了高度重视。我国目前也已经认识到了风电未来的发展潜力,并逐渐在政策上鼓励这种新能源发电的发展。可以预计,不远的将来,风电将显示它强劲的发展势头。,1.7.7 风力发电(2)风力发电的优势 3)风力发电技术日趋完善,竞争力日益增强 风电一次性投资较大,但是无需燃料,运行成本低,而且风电的建设周期短、装机规模灵活、土地占用少,这些都大大增强风电机组的竞争力。随着技术的进步,风电投资成本也逐年降低,图3是丹麦19872001年风电投资成
5、本的变化,可以看出,近年来风电成本下降趋势明显。从图4也可以看出,一次性投资成本有显著下降,这为风机的大规模发展提供了可能性。图5则进一步说明了我国风电与煤电价格(不含增值税)的变化趋势。可见相对于煤电,风电成本越来越有竞争力。,1.7.7 风力发电(2)风力发电的优势 3)风力发电技术日趋完善,越来越有竞争力,图3,图4,图5,1.7.7 风力发电(2)风力发电的优势 4)单机容量提高,易于形成发电规模。随着技术的发展和演变,风机单机容量一直在不断地提高,发电规模也越来越大。如图6所示:,图 6,浙江括苍山东部最高风电厂,浙江括苍山东部最高风电厂,新疆达坂城,内蒙古辉腾锡勒风电厂,1.7.7
6、 风力发电(2)风力发电的优势 5)国家及地方政府大力支持风力发电事业 国家制定了支持风电发展的政策,为风电在将来的快速发展提供了保证:国务院电价改革方案:明确风电不参与市场竞争,电量由电网企业按政府定价或招标价格优先购买,电力市场成熟时由政府规定供电企业售电量中新能源和可再生能源电量的比例,建立专门的竞争性新能源和可再生能源市场。税收优惠:增值税减半征收:进口关税:设备暂按照5%,零部件1%;征地:按照实际占用面积计征,即点征。制定可再生能源法 明确发展目标:实行可再生能源配额制,明确电网、电源企业的责任和义务。并网就近:收购全部发电量,国家批准的风电场工程项目其送出工程由电网负责。税收优惠
7、:增值税和所得税将进一步优惠。固定电价:保护投资者收益,电价政府定价或项目招标确定。另外,各地出台鼓励风电发展的激励政策,在所得税等方面优惠。,1.7.7 风力发电(3)风力发电的劣势 1)国家制定的可再生能源法等法律缺乏强制性,贯彻的并不好,风电发展政策落实难度大;2)风电产业服务体系有待加强;3)对我国而言,风机制造企业技术自主化程度低,生产制造水平低;4)相对煤电,气电等传统能源,风电初投资成本仍然较高,这提高了企业介入风电的门槛;5)全球一体化的行业竞争加剧。目前,世界风电市场主要掌握在几个大的跨国风机制造商手中,生产市场集中,竞争十分剧烈,这无疑对开始介入风电的企业增加了限制。,1.
8、7.7 风力发电(4)风力发电的现状 1)国外风力发电的现状 图7所示是全球最大的十个风电市场。从中可以看出,目前世界风电的市场主要在德国、西班牙和美国,且这些市场的增长都比较显著。值得注意的是亚洲的印度市场,它在全球风电市场中占的份额已经仅次于丹麦排在第五位。,1.7.7 风力发电(4)风力发电的现状 1)国外风力发电的现状,图 7,1.7.7 风力发电(4)风力发电的现状 1)国外风力发电制造技术的现状 目前,国际风电市场主要掌握在几个跨国风机制造商手中,生产市场集中,竞争十分激烈.如下表1所示,是世界最大的十个风机制造商2003年和2004年所占的市场份额。,表 1,1.7.7 风力发电
9、(4)风力发电的现状 2)国内风力发电的现状 就风机制造而言,国外的大的跨国风电企业可以制造整机,而国内的风电企业可以制造整机的则为数不多,很多企业都是进行零部件加工。国内只有为数不多的几家可以从事整机生产,这几家公司有:新疆金凤科技,浙江运达,西安维德等。如表2:,表 2 2005年中国风电市场占有率,1.7.7 风力发电(4)风力发电的现状 2)国内风力发电的现状 下表3为2004年中国风电场分布情况,从中可以看出内蒙、辽宁和新疆等省份是风力发电的主要地区。,表 3,1.7.7 风力发电(5)风力发电未来发展展望目前风力发电在未来的发展趋势主要有以下几种:1)技术方面:单机容量不断增大,主
10、流机组的功率在兆瓦级以上。叶轮的长度不断增长,需要强度高,重量轻的复合材料,叶轮也向柔性方向发展,制造难度不断增加。随着风机容量的不断增大,风机尺寸以及叶轮的长度也逐渐增大。塔架高度不断增加。空气动力学新理论新方法更多地用于叶轮的研制。研制新型的变速电机,如采用双反馈发电机技术的变速风机,取消齿轮箱。,1.7.7 风力发电(5)风力发电未来发展展望 2)市场方面:世界上很多国家对风电的开发给予了高度重视,风电装机规模不断增大,风电机组单机容量也不断扩大,海上风电逐步商业化。欧洲风能协会和绿色和平组织出版的风力12:关于2020年风电达到世界电力总量12%的蓝图一书,就预测到未来2020年,世界
11、风电装机容量将占世界电力总量的12%。这个预测非常乐观,但是也从一个侧面说明了未来风电的发展必会前景辉煌。,1.7.7 风力发电(5)风力发电未来发展展望 2)我国市场方面:2005年底,全国风电总装机规模已经达到126.0万kW,国家发展和改革委员会规划的风电未来的发展目标是:20062010年,新增装机400万千瓦,平均年增80万千瓦,2010年总装机规模将达到500万千瓦,2020年总装机规模将达到3000万千瓦,2020年超过核电成为第三大主力电源,2030年总装机规模将达到1亿千瓦,2050年总装机规模将达到4亿千瓦,2050年超过水电成为第二大主力电源,这表明国内的风电产业将有一个
12、快速的增长阶段,发展前景非常乐观。中国风能资源丰富,设计、制造、建设及管理能力的逐步提高,使我国已经具备大规模发展风电的前提条件。,1.能源概论1.7 中国电力1.7.1 中国电力概况1.7.2 中国电力预测1.7.3 煤电1.7.4 气电1.7.5 核电1.7.6 水电1.7.7 风电1.7.8 生物质发电,1.能源概论1.7中国电力1.7.8 生物质发电 生物质能分布广泛、蕴藏量巨大、廉价易取,是洁净的可再生能源。利用生物质发电,可以缓解目前化石能源的短缺和日益严重的环境问题。(1)生物质能中国农业“第三战场”开发生物质能源,可以促进经济发展,提高就业机会;将传统农业由初级农产品生产向农产
13、品加工业领域进行拓展,开辟了为农业增效和农民增收的“第三战场”;我国生物质资源丰富,生物柴油、燃料乙醇、生物塑料等技术基本成熟,目前生物质发电技术也已涉足。,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(2)生物质发电的机会与优势 1)生物质能是未来可再生能源系统中的优质组成部分 生物质产品易生产;生物质发电在未来可再生能源中所占比重日益增加,图 2000年可再生能源的构成 2010年可再生能源的构成,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(2)生物质发电的机会与优势 生物质能发电优于其它可再生能源:生物质能发电电能质量好、可靠性高,比小水电、风电和太阳能发电等间歇性发电要好得多,具有很高的能源价值;有
14、效补充化石燃料短缺,而且有利于环境的协调发展。2)生物质燃料对环境友好,实现了二氧化碳零排放:生物质的灰分含量低于煤;含氮量通常比煤少;特别是含硫量,生物质比煤少得多,煤的含硫量一般为0.51.5,而生物质的含硫量一般少于0.2。燃用生物质能产生的二氧化碳,又可被等量生长的植物光合作用所吸收,实现二氧化碳“零”排放,这对减少大气中的二氧化碳含量,从而降低“温室效应”极为有利。,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(2)生物质发电的机会与优势 3)生物质能源电力成本逐年降低。生物质能源电力成本自1980年以来逐年降低,随着技术的迅速发展,降低速度会加快,预计到2020年左右生物质电力成本将会达到
15、常规能源的水平,成为 新一轮能源竞争的重点。如下图。,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(2)生物质发电的机会与优势 4)生物质发电装机容量日益增大,正向商业化迈进。生物质直接燃烧发电 生物质发电 内燃机发电 生物质气化发电 燃气轮机发电 蒸汽透平发电 美国拥有最大的生物质发电装机容量,如下表所示。生物质与煤混燃总装机容量达7000MW,预计到2010年,将达13000MW;芬兰福斯特威勒公司开发了大型生物质循环流化床燃烧锅炉;1991年,瑞典兴建了世界上第一座以生物质燃气为燃料的6MW燃气轮机蒸汽轮机联合发电厂,发电效率达4450;我国南方许多糖厂利用甘蔗渣燃烧发电,还开发了小型生物质气化
16、内燃机发电系统,我国第一个国家级生物质发电示范项目国家电网公司国能单县生物质发电有限公司正式投产。生物质发电迈向商业化,成为新的竞争热土。,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(2)生物质发电的机会与优势 5)中国发展生物质能的资源条件充足以及环境政策支持 我国生物质资源丰富。农作物秸秆资源量超过7.2亿t,其中6.04亿t可作能源使用。预计在2000年到2010年期间,我国每年秸秆资源的可获得量为3.5亿3.7亿t,相当于1.7亿tce。国家政策扶持。我国从以前的“鼓励发展”到“十五”后期的“加快新能源发展”,“十一五”期间的定位仍为“加快新能源发展”。我国政府对生物质能发电实行优惠的财税、
17、投资政策和强制性市场份额政策,同时采取价格优惠政策以刺激投资,实行高电价的优惠政策。,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(3)生物质发电的威胁与劣势 1)生物质发电的劣势 生物质自身的缺点。生物质能量密度低,体积大,且原料的来源、收集范围常常是有限的,这给原料的运输、储藏造成了一定的困难,因此在生产规模上受到一定的限制,不适于集中建设大容量生物质发电厂。未形成生物质利用一体化发展。目前,生物质利用的一体化发展尚未形成,还不具备一定的市场竞争力,没有建立起生物质发电产业链体系。政策的落实有待进一步加强。,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(3)生物质发电的威胁与劣势 2)中国发展生物质发电的
18、市场条件和技术条件不足 生产规模距离大型化相差甚远。我国目前农村、生物质能源加工企业以中小型和分散经营为主,虽然统计生物质绝对量较大,但难以集中利用,仍以发展小型机组为主。生物质能源产品缺乏市场竞争能力。在现行能源价格条件下,生物质能源产品缺乏市场竞争能力,投资回报率低挫伤了投资者的积极性,而销售价格高又挫伤了消费者的积极性。关键技术的突破是我国发展生物质发电技术的瓶颈。目前,利用生物质发电处于中试阶段,中小容量生物质发电技术自主化程度低,对基础理论和专项技术的研究试验与发达国家的差距还较大。,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(4)生物质发电市场 从人类社会的能源消费情况来看,人类最终会过
19、渡到可再生能源的永续利用,发展可再生能源是国际社会无争的方向。如图所示是1985年全世界、发展中国家和发达国家能源消费量及生物质能所占比例。,世界能源状况,发展中国家一次能源使用情况,发达国家一次能源使用情况,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(4)生物质发电市场 生物质锅炉直接燃烧发电 生物质发电 生物质与煤混合燃烧发电 主要工艺 生物质气化发电 目前,生物质发电已占发达国家可再生能源发电量的70。(意大利发展了12MW生物质整体气化联合循环发电技术(IGCC)示范项目,发电效率达31.7;瑞典正试验加压的整体气化联合发电技术(BIGCC);在美国,生物质发电装机容量已达10.5GW,70
20、为生物质煤混合燃烧工艺;全球环境基金/世界银行正在巴西示范一个30MW生物质气化联合循环发电项目,在英国和美国有3个示范项目,装机容量6MW10MW。),1.能源概论1.7中国电力生物质发电(4)生物质发电市场 下表为预计到2020年生物质发电情况。从表中可以看出,生物质与煤混燃发电日益增加,有可能解决锅炉用煤紧张的局面。(Ren:renewables case。RPS:renewable portfolio standards),1.能源概论1.7中国电力生物质发电(4)生物质发电市场北欧国家广泛采用生物质供热和热电联产;我国生物质能源的开发和利用仍以传统燃烧技术为主,生物质气化、液化和发电
21、技术正逐步发展。计划“十一五”期间我国生物质能发电并网装机达到550万千瓦;同时发挥生物质的高挥发分优势,弥补其密度低的劣势,加大生物质成型燃料的利用,预计到2020年生物质成型颗粒燃料达5000万吨;生物质制沼气技术在我国已经相当成熟,到2020年沼气量将达240亿m3;生物质液体燃料将达到可替代石油1000万吨。,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(5)生物质发电竞争分析 国外:目前生物质能秸秆发电技术的开发和应用,已引起世界各国政府的关注,许多国家都制定了相应计划,如日本的“阳光计划”;美国的“能源农场”,印度的“绿色能源工厂”等,他们都将生物质能秸秆发电技术作为21世纪发展可再生能源
22、战略的重点工程。我国:根据我国新能源和可再生能源发展纲要提出的目标,至2010年,我国生物质装机容量要超过300万千瓦。农作物秸秆燃烧供热发电将成为我国最大的支农项目,是我国最可能迅速大面积推广的可再生能源项目。下表是目前我国生物质发电和燃料生产的技术指标和发展状况。,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(5)生物质发电竞争分析 我国生物质发电、生物燃料生产技术指标及发展状况,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(5)生物质发电竞争分析 我国生物质发电、生物燃料生产技术指标及发展状况续,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(5)生物质发电竞争分析 中国龙基电力科技有限公司与北京德源投资有限公司
23、,是BWE公司“超超临界锅炉”和“生物质能发电”等核心技术为锅炉设备相关技术及其更新技术进入中国的唯一平台。作为BWE公司在中国电力领域的项目发展公司和窗口公司,龙基电力有限公司将在中国境内投资生产世界先进的发电厂设备,逐步把BWE公司的生物质能发电技术引入中国,在国内生产BWE公司的生物质能发电锅炉及全部配套设备。现在,生物质能发电工程已列入国家级示范项目,国家发展和改革委员会已正式批准将河北晋州和山东单县的生物质能秸秆发电工程列为国家级示范项目。,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(6)生物质发电技术未来发展方向 1)生物质能未来利用重点生物质发电、沼气及生物质液体燃料 生物质发电主要有
24、农林废弃物发电、垃圾发电和沼气发电。在“十一五”期间将形成500多万千瓦的装机能力。由于生物质气化联合循环发电效率可达40,有可能会成为生物质能转化的主导技术之一。目前,我国已开发和推广生物质气化发电系统应用20多套。国家高科技发展计划(863计划)建设的4MW规模生物质气化发电的示范工程,预计系统发电效率可达到30左右。,1.能源概论1.7中国电力生物质发电(6)生物质发电技术未来发展方向 2)生物质与煤混燃将在未来锅炉行业中发挥不可忽视的作用。生物质在锅炉中的应用 锅炉燃用生物质燃料的形式:一是将木块(皮、条)类的生物质削成碎片;二是将木屑、锯末、稻壳类的细碎生物质压缩成棒或颗粒(如图);
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