第二章-风能解析ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第二章 风,能,风,能资源,背景,风能是太阳能转换的一种形式，是一种重要的自然资源。据有,关专,家估,计,，全球一年中约为1.410,16,千瓦时电力能力，相当于目前全世界每年所燃烧能量的3000倍。,可利用的风能比地球上可开发利用的水能总量还要大,10,倍。,加,强,可再生能源的使用,加强可再生能源的使用，能使气候得到保护和改善，也才能使我们地球上的生命质量得以保证。不管怎样，近几十年以来，风力发电和水能等可再生能源的运用已成为我们科技和文化内容的一部分。,新能源的技术进程非常快，特别是在风能领域。现代的风力发电机的运作是有效和无噪音的：仅一个,1,500kW,的风力发电机发电量就能供给,1,000,户家庭的用电或铁路公司两台发动机的用电量。在今天的德国,Schleswig-Holstein,15%,电力供应来自于风力电，在,Nordfriesland,地区，大约有,70%,的电来自于风力发电。,在2020年的德国将用25,000台风力发电机的发电量供应全国用电量的30%。到2030年，丹麦全国50%的用电量将由风力发电供给,。,第二章 风 能 风能资源背景 加强可再生能源的使用,第二章-风能解析ppt课件,全球风电装机容量分布,资料来源：,GWEA,，海通证券研究所,2006,年欧洲风电装机占比由,69.4%,下降至,65.4%,，美洲和亚太地区占比迅速上升,其中中国和印度是亚洲风电增长的主要地区,全球风电装机容量分布资料来源：GWEA，海通证券研究所200,地球上风的运动方向,地球上风的运动方向,风的形成,地球上任何地方都在吸收太阳的热量，但是由于地面每个部位受热的不均匀性，空气的冷暖程度就不一样，于是，暖空气膨胀变轻后上升；冷空气冷却变重后下降，这样冷暖空气便产生流动，形成了风。而且由于地球自转、公转的力量及地形之不同也更加强风力和风向之变化多端。,在转动参考系内作匀速运动的质点，除受惯性离心力个，还受另一种虚拟力,科里奥利力,。,科里奥利,1792-1843,关于科里奥利力,风的形成 在转动参考系内作匀速运动的质点，除受惯性离心力个，,我们先从一个简单的例子说起。如图：设在以角速度,沿逆时针方向转动的水平圆盘上，有,A,，,B,两点，,O,为圆盘中心，且有,OA,OB,，在,A,点以相对于圆盘的速度,V,沿半径方向向,B,点抛出一球。如果圆盘是静止的，则经过一段时间,t=,（,OA,OB,）,/V,后，球会到达,B,，但结果是球到达了,B,转动的前方一点,B,，对这个现象可如下分析，由于圆盘在转动，故球离开,A,的时，除了具有径向速度,V,外，还具有切向速度,V1,，而,B,的切向速度为,V2,，由于,B,的位置靠近圆心，所以,V1,V2,，在垂直于,AB,的方向上，球运动得比,B,远些。这是在盘外,不转动的惯性系观察到的情形。,A,B,O,B,引例,我们先从一个简单的例子说起。如图：设在以角速度沿逆时针方向,对于以圆盘为参考系的,B,，他只看到,A,以初速度向他抛来一球，但球并未沿直线到达他，而是向球球运动的前方的右侧偏去了，这一结果的分析发现，地球在具有径向初速度,V,的同时，还具有了垂直于这一方向而向右的加速度,a,，应用牛顿第二定律对于加速度的解释，既然球出手后在水平方向上没有受到“真实力”的作用，那么球一定受到了一个垂直于速度,V,而向右的惯性力,Fc,。这种在转动参考系中观察到的运动物体（由于转动参考系中各点的线速度不同而产生）的加速现象中科里奥利效应，产生此效应的虚拟的惯性力叫科里奥利力。,一般地可以证明，当质量为,m,的质点相对于转动参考系（角速度矢量为,）的速度为,V,时，则在转动参考系内观察到的科里奥利力为,Fc=2m V ,。,对于以圆盘为参考系的B，他只看到A以初速度向他抛来,第二章-风能解析ppt课件,赤道与南北纬,30,度之间的大气环流系统,北纬,30,度至,60,度之间的大气环流系统,北纬,60,度至北极之间的大气环流系统,全球大气环流示意,赤道与南北纬30度之间的大气环流系统北纬30度至60度之间的,增温快（热源）,增温快（热源）,增温慢（冷源）,谷风,山谷风,谷风的形成,增温快（热源）增温快（热源）增温慢（冷源）谷风山谷风谷,山谷风,降温快（冷源）,降温快（冷源）,降温慢（热源）,山风,山风的形成,山谷风降温快（冷源）降温快（冷源）降温慢（热源）山风山风的形,风向和风速,在气象上，风常指空气的水平运动，并用风向、风速（或风力）來表示。风向指风的來向，一般用16个方位或360度來表示。以360度表示时，由北起按顺时針方向量度。风速指的是单位时间內空气的行程，常以米/秒、公里/小时、海里/小时來表示。,风能密度,风是空气的水平运动。我们把空气运动产生的动能称为“风能”。空气在一秒钟时间里以,V,速度流过单位面积产生的动能称为“风能密度”。,风能的计算,风能密度的计算公式：,风能,=0.5,3,A,风能密度,W=,（,N,i,i,3,）,/,（,2N,）,式中,W,平均风能密度，,W/m,2,i,等级风速，,m/s,Ni,等级风速,i,出现的次数,N,各等级风速出现的总次数,空气密度，,kg,/m,3,风向和风速 风能密度 风能的计算,风的变化,风随时间的变化,风随高度的变化,风的随机性变化,通过截面积的风所含的能量，常以,W/m,2,表示。,风能密度与空气密度有直接关系,;,一般，海边地势地，气压高，空气密度大，风能密度就高。高山气压低，空气稀薄，风能密度就小些,;,如果高山风速大、气温低仍有相当大的风能潜力。,风的变化 风随时间的变化 通过截面积的风所含的能量，常,风力等级表,注：本表所列风速是指平地上离地10米处的风速值,风力等级表 注：本表所列风速是指平地上离地10米处的风速值,风能,特点,四大优点：,1),蕴量巨大；,2),可以再生；,3),分布广泛；,4),没有污染,三大弱点：,1),密度低：由于风能来源于空气的流动，而空气的密度是很小的，因此风力的能量密度也很小，只有水力的,1/1000,；,2,）不稳定：由于气流瞬息万变，因此风的脉动、日变化、季变化以至年际的变化都十分明显，波动很大，极不稳定；,3,）地区差异大：由于地理位置和地形的影响，风力的地区差异非常明显。即使在一个邻近的区域，有利地形下的风力，往往是不利地形下的几倍甚至几十倍。,风能利用,：风能是利用风力机将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量，用于发电、提水、助航、制冷和制热等。,风力发电常用方式,独立运行方式,；,风力发电与其他发电方式相结合,；,风力发电并入常规电网运行,风能特点四大优点：1)蕴量巨大；2)可以再生；3)分布广泛；,风力发电系统的种类,并网的风电系统,涡轮风机产生电力 进入交流变频系统 转换为交流电网频率的交流电 进入电网,由于风电的输出功率不稳定 风电场装机容量占所接入电网的比例不宜超,5%-10%,，且电网需配备一定的备用负荷,独立的风电系统,向用电负荷供电,风力发电,逆变器 直流电 蓄电池,混合型风电系统,风力发电,+,柴油机发电,风力,+,（水电解制氢,+,氢能发电）,风力发电系统的种类,风力发电,太阳辐射到地球之能量中的,2%,变成风力，其中,0.1%,可供为风力发电之用，因此只要充分利用风力的,2%,左右即可够人类中所需，风力发电的风能收集器是风车叶片以吸收风的动能，然后传到旋转轴再带动发电机发电，且能够供应全国，可减少石油燃料的消耗。,风力发电是可再生能源发电中增长速度最快、最有商业化前景的产业。据欧洲风能协会1999年10月的一项报告预测，到2020年，风力发电将提供世界电力需求的10%，创造170万个就业机会，并在全球范围內减少100多亿吨二氧化碳废气。,风力发电,全球的风电发展,鉴于八十年代的石油危机，许多欧洲国家开始寻求出路，最积极的是丹麦，自八十年代开始热衷的支援风力发电，德国是自一九九一年开始立法,(,规定风电电价为最终用户价格的百分之九十,),，随后也有风起云涌的发展。,年，世界首台风力发电机由丹麦 教授研制成功，单机容量千瓦。现在（,1500,）千瓦级的机组已成为风力发电的主力机组，（,5000,）千瓦级的机组已商品化。将许多台风力发电机集中安装在一片土地上，称风力发电场，简称风电场。中国新疆达阪城风电场，总装机容量万千瓦。,全球的风电发展,全球的风电发展,2006,年全球风电新增装机容量超过,1500,万,kW,，为历史上新增容量最多的年份，比,2005,年的年度新增容量增长了,32%,，到,2006,年底，全球风电装机总容量从,2005,年的,5909,万,kW,增加到,7422,万,kW(30,个核电厂,),，比,2005,年增长,25.6%,。,2008,年世界风电新增装机容量为,2706,万千瓦，累计装机突破,1,亿千瓦，达到,1.2,亿千瓦，增长速度为,28.8%,。欧洲、北美和亚洲是世界风电发展的三大主要市场，,2008,年当年新增装机容量分别是,887.7,、,888.1,和,858.9,万千瓦，占世界风电装机总量的,95%,以上。,在工业化国家，,0,1,万千瓦的风电即可满足,350,户、近,1000,人的电力需求，而,2330,万千瓦电力便可满足,2300,万人,相当于丹麦、芬兰、挪威和瑞典总人口的电力需求。,全球的风电发展,丹麦政府对风力发电的扶持政策可以归纳如下：,1,、投资风能和其它可再生能源可以免交碳税；,2,、建立风力发电发展的自愿体系，并用法律的形式加以固定；,3,、通过对外援助支持风力机出口；,4,、制定风力发电的目标；,5,、提供投资补贴（太阳能热利用和生物质能补贴,30%,、风能补贴,15%,）；,6,、支持技术开发和研究，支持示范工程；,7,、建立国家级的风力机测试中心等。,丹麦政府对风力发电的扶持政策可以归纳如下：,2005,年全球前十大风电设备厂占据全球市场分额高达,95%,，其中前三家占据,59.9%,全球风电市场市场高度集中,资料来源：,GWEC,2005年全球前十大风电设备厂占据全球市场分额高达95%,风力机,风力机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。,许多世纪以来，风力机同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥过重要作用。近代机电动力的广泛应用以及二十世纪,50,年代中东油田的发现，使风力机的发展缓慢下来。,风车最早出现在波斯，起初是立轴翼板式风车，后又发明了水平轴风车。风车传入欧洲后，,15,世纪在欧洲已得到广泛应用。荷兰、比利时等国为排水建造了功率达,66,千瓦以上的风车。,18,世纪末期以来，随着工业技术的发展，风车的结构和性能都有了很大提高，已能采用手控和机械式自控机构改变叶片桨距来调节风轮转速。,在第二次世界大战前后，由于能源需求量大，欧洲一些国家和美国相继建造了一批大型风力发电机。,1941,年，美国建造了一台双叶片、风轮直径达,53.3,米的风力发电机，当风速为,13.4,米,/,秒时输出功率达,1250,千瓦。,风力机 风力机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风,风力机,风力机的主要部件是风能接收装置。一般说来，凡在气流中能产生不对称力的物理构形都能成为风能接收装置，它以旋转、平移或摆动运动而发出机械功。,英国在,50,年代建造了三台功率为,100,千瓦的风力发电机。其中一台结构颇为独特，它由一个,26,米高的空心塔和一个直径,24.4,米的翼尖开孔的风轮组成。风轮转动时造成的压力差迫使空气从塔底部的通气孔进入塔内，穿过塔中的空气涡轮再从翼尖通气孔溢出。法国在,50,年代末到,60,年代中期相继建造了三台功率分别为,1000,千瓦和,800,千瓦的大型风力发电机。,风力机大都按风能接收装置的结构形式和空间布置来分类，一般分为水平轴结构和垂直轴结构两类。水平轴风力机按叶片形式有双叶式、三叶式