风能发电论文16篇

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风能发电论文

风能 发电 论文:浅谈风能发电利与弊

摘要：风能作为清洁能源发展十分迅速，在风电发挥在那过程中也必然有利有弊，文章针对风电发展的现状以及风电并网的利弊做了简要的分析并提出了一点参考的解决方案，但是风电作为具有潜力的能源所需的研究和探索不是一朝一夕可以完成的。

关键词：风能发电；电压波动；系统影响；风电规划；风电问题

纵观世界范围，能源形势不容乐观，煤炭资源日渐匮乏，以目前的消耗速度来看支撑不到2050年；石油资源价格不断飙升，世界范围内的是有争夺愈来愈烈；环境污染问题又不容忽视成为了全球各国普遍关注的问题。电能作为一种清洁可再生的二次能源受到了普遍的青睐，但是电能的产生对一次能源的消耗量相当巨大，因此寻找一种清洁的一次能源来发电就逐渐受到了普遍的关注。风能发电也就应运而生。但是风能发电也存在这一些难以解决的问题，如风电并网对系统的影响以及风力发电的规划是摆在眼前的现实问题。

1 风能发电优势突出

1.1 风能发电对于环保贡献巨大

风能资源量大质优，风力发电优势突出，世界性范围内风电发展迅速。到达地球2%的太阳能可转化成风能，以此来计，风能总量比水能更大，有人算过,只需地面风力的1% ,就能满足全球发电能量需要。而且风能发电对环境无任何破坏，只要修建必要的采风发电装置即可，不像水能发电那样需要修建大坝蓄水发电，必然会对环境做出一些不可自恢复的改变，会影响当地的生态发展和原始的自然景观，有时甚至会影响到原住民的生活。对于由发电而引起的温室气体排放问题来说，燃煤火电最严重，燃油火电次之，核电较少，风电最少。核电虽然和风电的温室气体排风量差不多，相比火电小了两个数量级，但是核电的污染问题目前还没办法解决，因此风力发电有着得天独厚的优势。从经济角度衡量，风力发电优势更加巨大，可谓一本万利，只需前期建设裁缝发电设备和后期的较少的维护费用即可，并不需要像火电核电那样无限期的投入日渐高昂的成本。此外火电核电等热电设备还必须耐受高温高压，风电则没此多余的担心。

1.2 风力发电在世界范围发展迅速：

由于意识到风力发电的巨大优势，世界各国都开始竞相发展风力发电。世界性的风电发展以前所未有的速度进行着，全世界的风电在1999年已经达到了10000mw，而更值得惊奇的是这个数字在2000年的时候就已经翻了一番达到了20000mw以上，2005年的时候又超过了30000mw。风电发展主要以欧洲为主，占到了风电总量的2/3，北美占到了1/5，亚洲是1/8。德国作为风电及时大国，风力发电总量是15688mw，占全国发电量的6.2%，占世界风电总量的33%。由于风电的发展使德国的温室气体排放量大为减少，2004年德国新建1200多台发电用风车,装机容量超过2000mw,居世界首位。而目前相对风电量较大的是丹麦，目前的风电总量已经超过了全国发电总量的10%，丹麦规划到2030年,风力发电将占总发电装机的50 %。我国的风电事业发展也较为迅速，已从1997年排列在世界第十位而跃居到现在的第八位,预计今后还将有更大的进步。我国的风力资源相当丰富，居世界首位，因此发展潜力十分巨大。目前开发还很不足，主要在内蒙、新疆和沿海一些地区，但是还没有形成真正的规模，有待于进一步的开发和探索。

2 风力发电问题不容忽视

在风力发电巨大优势面前也不能盲目的乐观，由毕竟风力发电所带来的问题还没有十分的解决，好有待继续研究和努力。

2.1 风力发电并网

风力发电并网后会对系统产生不小的影响，会影响到系统的电压波动和电能质量，还会造成谐波污染。其中由风电并网所引起的电压波动和闪变是风电并网的主要负面影响。电压波动为一系列电压变动或工频电压包络线的周期性变化,闪变是人对灯光照度波动的主观视感。虽然现在风力发电机组大都采用软并网方式，但是启动时仍会产生较大的冲击电流，使得风电机组输出的功率不稳定，进而会导致电压的波动和闪变。电压的波动和闪变会使电灯闪烁，电视机画面不稳定，电动机转速变化严重影响到工业产品的质量，在某些特殊行业电压不稳会使一些精密的仪器出现测量错误，严重时还会引发重大事故。除了电压问题，风电并网还会引入谐波污染。变速风机需通过整流和逆变装置接入系统，由于风速并不能稳定在一个特定值，因此会造成大量的谐波污染。虽然谐波污染对风电并网有较大影响，但与电压波动相比就显得小多了。

2.2 风电对电网功率和暂态稳定性的影响

风力发电由于风速变化莫测，使得风电上网功率也随之不断振荡，当风电的扰动频率接近系统固有的振荡频率时，就会引起大幅度的功率振荡，并且振荡的幅度会随着扰动的幅度而变化。扰动幅度不仅与风电扰动有关，也与系统本身的参数有关，因此可考虑从两方面着手减少扰动对电网的强迫功率振荡。风电并网不仅会对系统产生强迫的功率振荡，还会对系统的暂态稳定性产生影响。当然这种影响在风电装机容量较小时显得微不足道，但是当一旦风电在系统中占有比较多的份额时，这种影响就不容忽视了，否则当并网的风电突然变化时，系统有可能由于振荡过大而不能保持暂态稳定而失去稳定，出现电力系统大的崩溃。总之如果并网的风电份额较高而系统较脆弱时，并网产生的负面影响是十分巨大的。

3 电池储能的应用

风能作为清洁能源大力发展以来，风电的问题也越来越受到电力工作人员的关注。但是风能作为一种间歇性能源，加之风能资源的预测度并不能符合电力系统对电能质量的要求，寻求新途径新思路解决风电对系统的影响也自然成了许多电力行业工作人员的目标。采用静止无功补偿器可快速补偿无功功率，维持风力发电电源接入点电压的稳定，但不能调节风电场输出的有功功率。而采用电池储能系统可以较好的解决这一问题，及可以保障上网电压的稳定，又可以补偿有功功率，不会对系统产生不利的影响。可以选择由蓄电池组、整流装置和逆变装置组成的柔性交流输电系统作为储能系统。

4 结论

风能作为一种清洁的能源，在二十一世纪资源匮乏，环境问题突出的今天有着相当大的吸引力，世界大范围内发展风力发电技术来取代传统的燃煤和燃油火电。在风电发展方面比较先进的是德国和丹麦等国家，我国的风电虽然较之前有了较大的发展，但是和世界先进水平还有较大的差距。在风电发展方面，除了看到其优点以外，缺点也不容忽视，对于电力系统电压和功率的影响都值得去深入的探索和研究。目前可以通过电池储能技术解决较少风电对系统的影响，要使风电大面积发展所要做的工作还有很多。

风能发电论文:风能发电体系拓扑及调控策略

1引言

风能以其蕴量大、分布广泛和无污染等优势越来越受到世界各国的青睐，成为发展最快的绿色能源之一。但风能的随机性很强，季节性变化大，风速变化范围很宽，特别是在年平均风速不高的地区，风能常集中在低风速区。若能拓宽风力发电系统的风能利用范围，尤其是低风速区的风能利用能力，则能大大提高发电机组的总发电量。

目前常用的风力发电机主要针对风能丰富的风场开发，变速范围为1:2左右。由于受到变换器容量以及系统成本的限制，通常都不去考虑利用低风速下的风能，因此不适用于年平均风速不高的风能欠丰富地区。本文针对这一问题提出了一种采用新拓扑结构的DWIG风力发电系统，该系统拓宽了对低风速区风能的利用能力，可在宽风速范围内发电运行，可延长了风力发电系统的工作时间，从而可提高系统的总发电量。

DWIG是本世纪初提出的一种新型发电机，其独特的结构和诸多优点引起了学者们的广泛关注。该发电机的转子为标准笼型结构，定子上有两套绕组，一套称为功率绕组，输出端接有励磁电容、整流桥和滤波电容，另一套称为控制绕组，连接滤波电感和电力电子变换器[1]。两套定子绕组只通过磁路耦合，易实现高性能控制，系统在变速变负载情况下能稳定运行，且输出的直流电压具有良好的动、静态性能[2-4]。功率侧的交流励磁电容经过容量优化后可大大减小控制变换器的容量，在1:3的宽转速范围内运行仅为发电机额定输出功率的三分之一左右[5,6]。鉴于这些优点，DWIG发电系统已被应用于风力发电领域，并取得了初步的进展[7-9]。但是由于之前文献研究的多为通过弱磁控制实现的额定转速以上的宽转速运行，而风力发电系统绝大多数时间工作于额定转速以下范围，尤其是要充分利用低风速下的风能实现宽风速运行，先前的转速范围显然是不够的。此外，低风速下DWIG风力发电系统的运行及控制也有待于进一步研究。

本文针对宽风速运行要求提出了一种新的DWIG风力发电系统拓扑结构，通过高低风速下不同的运行控制策略，使得系统在低速直至额定转速以上的宽转速范围内均能输出稳定的高压直流，拓宽了低风速下风能的利用，其额外优势是并网运行时无需再接升压变换器，从而简化逆变系统的结构和控制。

2系统结构与工作原理

本文研究的新型DWIG风力发电系统结构如图1所示。风力机采用一级增速齿轮与发电机相连，发电机的功率绕组侧接有交流励磁电容，通过整流桥输出直流电能，控制侧绕组串联滤波电感后与变换器相连，变换器的直流母线端除了接有滤波电容外还有初始建压所需的蓄电池，起辅助励磁作用。相比于原有的DWIG发电系统拓扑[1]，增加了一只功率二极管将功率侧和控制侧母线的正端连接了起来，其负端直接相连。

在低风速区运行时，发电机转速较低，即使电机内部磁场饱和，DWIG的功率绕组端电压也达不到指令电压，此时由控制变换器调节励磁维持发电机内部磁通不变，利用电压泵升原理将控制侧变换器的直流母线电压泵升到指令电压并稳定运行，电能由控制变换器的直流母线输出，并联两侧母线的功率二极管处于导通状态，功率绕组侧的整流桥则由于直流侧电压高于其交流侧电压而被自然阻断。

随着风速的不断增加，发电机的转速逐渐上升，功率绕组侧整流输出的电压也随之升高，当其达到设定值并使得功率二极管反向截止时，电能由控制侧输出过渡到从功率侧输出。当系统在高风速区运行时，由控制变换器和交流励磁电容向发电机共同提供所需的励磁无功，通过调节控制变换器的无功电流大小来维持输出的直流电压恒定。控制侧的变换器正常工作的前提是维持其母线电压恒定，考虑到在两种控制策略下均需要能够保持控制侧变换器的母线电压恒定，故在连接两侧母线时加入了单向功率二极管。若无功率二极管，直接将其相连，系统在两种控制策略切换运行时将会很不稳定。

由于本系统中DWIG的控制侧与功率侧母线电压额定值设计为相同值，而控制绕组侧存在滤波电感，运行时存在一定的压降，因此若要两侧的直流母线相连后能够保障一定的动态调节范围，并且在高风速下能实现功率侧整流输出电压的快速调节，设计电机时控制侧绕组匝数必须少于功率侧绕组，即控制绕组端电压低于功率绕组端电压。具体可根据直流母线电压的额定值以及系统仿真时的各项参数综合估算得到。

3DWIG瞬时功率控制原理

风力发电系统中的发电机多运行于低转速状态下，而磁链观测器在低转速下存在不可忽略的误差，所以DWIG风力发电系统摒弃了以往采用的定子磁场定向控制策略，选择控制绕组端电压定向控制[9]。

本文中仍然采用电动机惯例，图2为控制绕组端电压定向矢量图，此定向方法对于分析系统中的瞬时有功功率和无功功率非常有效。如图2所示，矢量Us在此同步旋转坐标系轴d和q轴上的电压分量可表示为根据瞬时功率理论[10,11]，在图2的同步旋转坐标系中，控制侧瞬时有功功率和无功功率可表示为可见，在任意转速下，调节控制绕组的电流id、iq便可控制系统的瞬时功率。而据文献[3]可知而在变速运行时，改变控制绕组电磁转矩Tems即能实现控制侧直

流母线电压UsDC的调节。调节控制绕组磁链s即可以控制功率绕组磁链p，进而控制功率侧输出直流母线电压UpDC[3]。因此，综合式（6）～式（8）可知，在宽风速范围内运行的DWIG风力发电系统中，通过对控制绕组电流在控制绕组端电压矢量Us及其法线上分量id和iq的调节，就能实现系统输出电压的控制，使系统在不同转速和负载下稳定运行。

4低风速下DWIG运行控制

发电机的绕组端电压与内部磁通和转速近似成正比，若发电机内部磁场未达饱和，在变速变负载运行情况下可通过调节磁通来保持输出电压恒定。但低风速下发电机转速太低，内部磁场由于饱和已失去调节作用，导致发电机端电压过低，功率侧整流桥输出电压无法达到指令值。因此本文在低风速下利用电压泵升的原理，将电能由电压较低的电机端部泵升至变换器的直流母线，从而使母线电压达到指令值。此时系统从控制侧变换器直流母线输出有功功率，而功率侧的整流桥由于变换器直流母线电压比功率绕组侧电压高出甚多而处于阻断状态。

4.1电压泵升原理

系统在低风速下控制侧变换器的电压泵升类似于变频器调速中的能量回馈制动，当制动时滑差突变为负，电动机工作于发电状态，不管电机绕组的反电势有多低，其再生的能量均会在主开关管断开时通过续流二极管回馈至直流侧。文中DWIG控制绕组与控制侧变换器的硬件连接如图3所示，变换器为三相电压型逆变器，由6个IGBT及与其反并联的二极管组成，发电机控制绕组的漏感和滤波电感作为储能电感。当变换器选择零矢量000或111时，相当于电机的三相控制绕组短接，绕组的感应电动势作为电源，能使电机相电流增加，使回路中的储能电感蓄能。当变换器选择非零矢量时，则回路中电感上的储能会通过反并联二极管将能量泵升至直流母线。可见图3所示的硬件拓扑，满足泵升变换器直流母线电压的条件。通过检测直流侧滤波电容的两端电压，形成电压闭环对控制侧变换器的PWM占空比进行实时调节，从而实现将控制侧绕组上较低的电压泵升至较高的直流母线电压，使其达到并稳定于指令值。

4.2电压控制策略

低风速时功率侧的整流桥已经断开，系统有功和无功的控制均由控制侧的变换器承担，此时控制绕组与控制变换器之间的功率流动关系示意图如图4所示。其中P、Q分别代表有功功率和无功功率，PL、Pr分别表示控制绕组和滤波电感上消耗的和流过控制变换器的有功功率，PC、PR分别表示直流电容和负载上的瞬时有功功率，QL、Qr分别表示经过滤波电感和变换器的无功功率。

由图4可以看出，系统的无功仅在控制变换器的交流侧流动，直流电容不参与无功的交换，而有功功率则可以通过控制变换器从交流侧向直流侧流动，控制侧直流母线电压的稳定就代表着变换器输入输出有功功率的平衡。当Pr大于PR时，多余的能量会对直流侧滤波电容进行充电，电容两端电压会随之上升。同样，一旦系统输出有功功率PR超过Pr，电容会瞬时放电，直流侧电压将跌落。所以变换器的有功损耗以及直流母线端所带功负载决定了系统有功电流的大小，通过变换器直流母线电压UsDC的反馈经PI调节器即可得到有功电流的给定*di。

系统在低风速下保持变换器直流母线输出电压恒定的同时，为了保障电机的带载能力，还需要维持发电机内部的磁通不变。控制绕组每相的感应电动势有效值为由式（9）可知，在变速变负载运行时要保持电机主磁通m不变，必须相应地改变Es才能实现。然而，绕组的感应电动势Es是难以直接控制的，若忽略绕组的漏磁阻抗压降，认为控制绕组的相电压Us≈Es，则可以通过控制相电压Us来达到维持电机主磁通不变的目的。

本文采用大小与相电压呈比例关系的控制绕组电压矢量幅值sU作为控制电机主磁通m的变量，将采样后计算得到的sU反馈值与参考值相比较，经过PI调节器得到无功电流给定*qi。而在发电机转速不断变化时，需要保持s1Uf曲线斜率不变，以维持发电机内部磁通恒定，sU的参考值可由f1来决定。随着风速的不断增大即f1不断上升，sU亦会不断增大。由式（4）和式（5）可以看出，sU的增大还会有助于降低系统运行时的有功电流id和无功电流iq，减小控制侧变换器的压力，有利于系统的稳定运行。

低风速下系统运行的控制框图如图5所示，经过各自电压外环的PI调节器后得到的有功电流给定*di和无功电流给定*qi，实现有功和无功的解耦，通过控制绕组的端电压定向角，即可得到控制绕组给定电流为将给定电流*sI与控制绕组实测电流Is的差值送入两态数字滞环比较器，得到开关信号SA、SB、SC，控制励磁变换器交流侧的电压矢量Um，使控制绕组实际电流能够实时跟踪给定值，从而调整发电机系统在不同运行状态下的瞬时功率，维持控制变换器直流母线输出电压恒定，保障系统稳定运行。

5高风速下DWIG电压控制

在高风速下，发电机的转速升高，功率侧整流桥输出的直流电压达到了指令值，控制侧直流母线并联至功率侧的二极管变为关断状态，系统发出的电能转为从功率侧输出。由于控制侧与功率侧仅有磁路上的耦合，因此在高风速下变速变负载运行时具有更出色的动、静态性能和带载能力。

高风速下系统的无功电流由励磁电容和控制变换器共同提供，由于励磁电容提供的部分不可调节，因此变速变负载运行时引起的直流电压变化通过调节控制变换器的无功电流来补偿维持其恒定。高风速下采用功率侧直流母线电压UpDC作为控制无功电流的分量，由UpDC的闭环控制通过PI调节器得到*qi。

由于此时控制变换器直流母线已不再输出有功功率，但是变换器并非理想装置，正常工作时会因线路电阻、开关损耗等原因产生有功损耗。为了维持控制变换器直流母线电压UsDC的稳定并保障变换器的正常工作，仍然需要调节有功电流，对UsDC进行实时控制。高风速下系统的电压控制策略如图6所示[3]，将定子绕组两侧的母线电压UsDC和UpDC分别与其参考电压比较，经过PI调节器后得到有功电流给定*di和无功电流给定*qi，调节控制绕组电流id、iq便可控制系统的瞬时有功和无功，实现DWIG风力发电系统定子绕组两侧的直流母线电压控制。

6实验论证

实验用DWIG的主要参数见表1，控制绕组与功率绕组的匝数比为52:60。采用西门子变频器MM440拖动普通异步电机来模拟风力机[12]。本文主要考察的是提出的系统新拓扑及控制策略的正确性与可行性，实验时负载采用电阻性负载。系统中控制侧变换器的主电路IPM模块采用三菱PM150RLA120，控制绕组和功率直流侧的电容为1100F/900V。功率绕组交流励磁电容器，采用星型接法，励磁电容设计为140F。控制绕组侧电流、电压霍尔传感器的参考方向按电动机惯例连接，滤波电感为L=4mH。控制器采用Freescale公司的MC56F8346型DSP和Lattice公司的M4A5-128/64型CPLD一起构建控制平台，系统控制周期为100s。

为验证系统在低风速下发电运行能力，经实验验证在48V蓄电池的初始励磁下，DWIG在500r/min时即可建压成功输出有功功率。由于实际切入风速与风轮机和叶片密切相关，故本文不再给出确切的风速大小。系统的电压电流波形如图7所示，控制侧变换器直流母线成功泵升至额定600V稳定运行，sU的参考值为200V。图8为系统在转速上升到900r/min时突加6.5kW负载时的电压电流波形。由实验波形可以看出，系统的动态性能良好，突加负载瞬间，变换器直流母线电压出现少许跌落，但是很快恢复稳定在给定值。

当转速上升至将近1100r/min时将系统切换至功率侧输出电能，此时控制侧直流母线电压维持600V不变，但无需再承担输出电能的任务。功率侧给定600V，依靠变换器调节系统的无功功率来维持输出直流电压恒定。图9给出了由控制侧输出电能切换至功率侧输出的电压和电流波形。进入高风速区后系统均由功率侧来输出电能，图10给出了发电机上升至额定转速时的系统电压电流波形图，可见系统在额定转速带载运行时输出电压稳定，波动较小。当风速由高到低减小时，系统将会从功率侧输出电能切换回控制侧变换器直流母线输出，图11为1050r/min切换转速时的电压和电流波形。

当转速正好处于切换值附近时，风速的变化可能会引起两种运行状态及控制策略之间的频繁切换。但是由于转速属于机械量，时间常数比电气时间常数要大得多，因此在电磁控制过程中转速的变化对于系统的扰动影响甚小。同时，为了进一步地减小这种情况的出现所带来的影响，本文在控制软件中设置了一个转速滞环比较器用于判断切换控制策略，环差定为50r/min。从实验结果图9和图11看，滞环比较器的作用明显，系统在控制策略切换时运行稳定。

本文测试了DWIG风力发电系统从低速至电机较高转速运行时的带载能力，具体数据见表2～表4。图12为表2～表4中发电机转速和输出功率的实测和拟合曲线图，额定风速以下输出功率与转速的拟合关系为P=9.269×10-9×n3，跟风力机和风速之间的三次方关系基本符合。在额定转速以上，系统维持输出恒定功率。

7结论

本文采用控制侧与功率侧的直流母线输出端通过功率二极管相并联的新拓扑结构，在低风速和高风速下采取不同的运行控制，交替从控制侧和功率侧的直流母线输出电能，使得DWIG风力发电系统在宽风速范围内均能输出稳定的高压直流，充分利用了低风速下的风能，解决了宽风速利用风能的难题。样机系统在500r/min即可实现建压至600V，在500～2000r/min的1∶4转速范围内均能输出稳定的600V高压直流，并且能够稳定地运行，其带载能力符合风力机特性，有助于实现风能追踪。

风能发电论文:风能发电利与弊

关键词：风能发电；电压波动；系统影响；风电规划；风电问题

1风能发电优势突出

1.1风能发电对于环保贡献巨大

风能资源量大质优，风力发电优势突出，世界性范围内风电发展迅速。到达地球2%的太阳能可转化成风能，以此来计，风能总量比水能更大，有人算过,只需地面风力的1%,就能满足全球发电能量需要。而且风能发电对环境无任何破坏，只要修建必要的采风发电装置即可，不像水能发电那样需要修建大坝蓄水发电，必然会对环境做出一些不可自恢复的改变，会影响当地的生态发展和原始的自然景观，有时甚至会影响到原住民的生活。对于由发电而引起的温室气体排放问题来说，燃煤火电最严重，燃油火电次之，核电较少，风电最少。核电虽然和风电的温室气体排风量差不多，相比火电小了两个数量级，但是核电的污染问题目前还没办法解决，因此风力发电有着得天独厚的优势。从经济角度衡量，风力发电优势更加巨大，可谓一本万利，只需前期建设裁缝发电设备和后期的较少的维护费用即可，并不需要像火电核电那样无限期的投入日渐高昂的成本。此外火电核电等热电设备还必须耐受高温高压，风电则没此多余的担心。

1.2风力发电在世界范围发展迅速：

由于意识到风力发电的巨大优势，世界各国都开始竞相发展风力发电。世界性的风电发展以前所未有的速度进行着，全世界的风电在1999年已经达到了10000MW，而更值得惊奇的是这个数字在2000年的时候就已经翻了一番达到了20000MW以上，2005年的时候又超过了30000MW。风电发展主要以欧洲为主，占到了风电总量的2/3，北美占到了1/5，亚洲是1/8。德国作为风电及时大国，风力发电总量是15688MW，占全国发电量的6.2%，占世界风电总量的33%。由于风电的发展使德国的温室气体排放量大为减少，2004年德国新建1200多台发电用风车,装机容量超过2000MW,居世界首位。而目前相对风电量较大的是丹麦，目前的风电总量已经超过了全国发电总量的10%，丹麦规划到2030年,风力发电将占总发电装机的50%。我国的风电事业发展也较为迅速，已从1997年排列在世界第十位而跃居到现在的第八位,预计今后还将有更大的进步。我国的风力资源相当丰富，居世界首位，因此发展潜力十分巨大。目前开发还很不足，主要在内蒙、新疆和沿海一些地区，但是还没有形成真正的规模，有待于进一步的开发和探索。

2风力发电问题不容忽视

在风力发电巨大优势面前也不能盲目的乐观，由毕竟风力发电所带来的问题还没有十分的解决，好有待继续研究和努力。

2.1风力发电并网

3电池储能的应用

4结论

风能发电论文:深究低碳经济时代国内风能发电展望

一、我国在低碳经济时代面临的机遇与挑战

经过改革开放三十年我国的经济取得了突飞猛进的发展。经过30多年的快速发展之后我国传统的高能耗、高污染的粗放型经济增长模式所带来的环境污染的后果日益严重,随之低能耗、低污染、低排放的低碳经济发展模式被日益提上日程。

我国正处于快速工业化和城市化进程中,不可避免地要消费大量能源和资源,因此未来经济发展需要较大的能源需求和温室气体排放空间。我国是世界碳排放大国,虽然改革开放以来我国的GDP呈快速增长的趋势,但是与此同时我国的二氧化碳的排放量也在快速增长。对于我国来说发展低碳经济是一个巨大的挑战。国务院已提出要把单位国内生产总值二氧化碳排放指标纳入国民经济和社会发展规划并作为约束性目标的要求,发展改革委也于今年二月保障将组织编制2005年和2008年温室气体排放清单,这将有利于增强我国温室气体排放清单的完整、性。

低碳经济给我们带来挑战的同时,也是我国实现新一轮经济发展的巨大机遇。减少二氧化碳的排放量,是我国乃至世界实现可持续发展的必由之路。从长远来看,发展低碳经济符合我国建设“两型社会”的要求,与我国落实节能减排目标和实现可持续发展具有一致性。

二、风能发电在低碳经济中的地位

2009年12月14日,国际风能理事会在哥本哈根气候变化大会上表示,风能发电对于实现碳减排的潜力巨大,发达国家当前减排保障的相当大一部分只靠风能发电就能够实现。据该理事会测算,到2020年全球风能发电规模将达到2600万亿瓦时,相当于减排15亿吨二氧化碳。按照发达国家目前提出的减排指标,风能单一行业的减排就相当于发达国家保障总体减排量的42%到65%。我国国家发改委能源研究所副所长李俊峰指出,2009年我国的新增风能发电已经占到世界及时,到2020年我国风能发电能力按计划将达到1.5亿千瓦,而我国总体风能发电潜力为10亿千瓦,风能发电对于我国减排目标的实现具有重要意义。当前,风能发电已成为除水能外,技术最为成熟、具大规模商业开发条件的发电方式。由此可以看出风能已经在世界环保中扮演着重要角色。作为一种可再生的新能源,风能不仅清洁无污染,而且不会产生辐射、二氧化碳公害。因此我认为风能这种发电方式必将在低碳经济时代具有巨大潜能。

三、我国风能发电的前景

低碳经济的提出为风能发电带来了广阔的发展空间,风能发电市场正在世界范围内迅速发展。2007年全球风能装机总量为9万兆瓦,2008年全球风能发电增长28.8%,2008年底全球累计风电装机容量已超过了12.08万兆瓦。我国风能发电行业的发展前景也十分广阔,我国的风能发电企业也正在国家“建设大基地,融入大电网”的政策指导下积极有序的推进风电项目建设。预计未来很长一段时间我国的风能发电行业都将保持高速发展,盈利能力也将随着技术的成熟稳步提升。2010年全国累计风电装机容量有望突破2000万千瓦,提前实现2020年的规划目标。

从目前及相当长的时间来看,投资于风电项目是一个非常好的投资选择。由于风能发电是一种零碳排放的发展方式,符合我国低碳经济的发展要求,有利于节能减排。除此之外政府还给予了许多的优惠政策,在风电投资企业比较关心的电价问题上政府设定了特许电价和地区指导性电价两种电价,对风能发电企业来讲是十分有利的。在风能发电企业的筹资和技术开发等方面政府也给了很大的支持。因此相对来讲风能发电是一个相对来说风险较小的行业。总体来讲随着低碳经济时代的到来和风能发电技术的日益完善,在政府的政策支持和企业的自身努力之下风能发电在我国的发展前景是十分广阔的。

四、我国风能发电面临的挑战

虽然风能发电有着很好的发展前景,但也面临着一些挑战。由于我国风电产业化刚刚起步,大型风电场并网技术存在着很大的缺陷,运行管理也尚无成熟经验。

长期以来,我国电网系统的建设主要是与火电和水电的发展相适应的,而风力发电的发展将对电网系统的结构提出新的要求,尤其是电网的接入问题,已经成为制约风力发电发展的瓶颈问题。由于风电具有随机性和间歇性,并网风电将对系统电压、频率和稳定性会产生一定的影响。随着大规模风电接入电网风电对电力系统安全运行的影响将更加突出。由于风能资源丰富地区大多都是经济不发达地区,目前很多地方电网还没有覆盖到。因此,国家应统筹规划电网系统,以适应我国大规模风力发电发展需要。

此外,中国的风能资源虽然丰富,但目前所掌握的储量和分布资料是粗略估计的,难以满足风力发电开发的要求。因此需要进一步做好风力发电开发的前期工作,如:建立正常的风力发电开发前期工作经费渠道;加强风力发电场风能资源测量、评估,以及风力发电场的工程规划和勘测设计等前期工作。

五、结论

我认为在我国发展风力发电的过程中首先要加强相关方面法律法规的建设,以保障投资人的合理回报。其次要加强与国外合作,以便更好更快的发展我国的风能发电技术。国家应加大这方面的资金投入和政策支持以保障我国风能发电的健康发展。

展望未来随着风能发电的日益成熟,风电机组制造成本的不断降低,化石燃料的逐步减少及其开采成本的增加,将使风电渐具市场竞争力。因此在低碳经济时代环境保护问题已引起世界各国重视之时,风能发电的发展前景将是十分巨大的。

风能发电论文:新型太阳能和风能混合发电系统研究与应用

摘要：可再生能源的综合利用可以促进我国社会的持续发展，并对我国建设环境友好型社会具有重要意义，太阳能和风能则是两种被广泛应用的可再生能源。风力和太阳能单独发电时会面临发电及供性低、造价高等问题，而采用太阳能-风能混合发电则能够实现优势互补，对于风能和太阳能的综合利用有着重要意义。该文从风能和太阳能的特点出发，对太阳能-风能混合发电系统的研究和应用进行了介绍。

关键词：太阳能风能混合发电研究应用

1 国内外研究现状

1.1 国外研究现状

风力发电可以有效减少污染，因此被世界上很多国家和地区开发和利用，像荷兰就是著明的风车王国。风力发电的发展可以分为三个阶段：及时阶段是在20世纪70年代到90年代中期，此时风力发电还处于探索阶段。第二阶段是20世纪中期到21世纪，此阶段是风力发电技术走向迅速发展的阶段。进入21世纪后是风力发电发展的第三个阶段，这个阶段越来越重视保护环境，风能等可持续利用清洁能源的发展受到政策支持，开始出现大规模、集中发展。

目前全世界有上万个村庄使用太阳能光伏发电，光伏发电被应用于通讯、照明、航空航天、公共电力等很多方面。过去的几年中世界光伏组件快速增长，平均增长率可以达到15%。日本曾经提出“阳光计划”和“新阳光计划”用以发展太阳能电光伏产业，其光伏产业也得到了快速增长。世界上很多国家都有光伏计划，光伏发电也正在走向产业化。

1.2 国内研究现状

我国土地广阔，并有2/3的地区为多风地带，风力资源丰富，在20世纪早期我国就进行过风力发电的研究和实验。为了应对世界能源危机和满足偏远地区用电需求我国开始大力发展风电产业，并于1987年建立了及时座并网运行的发电站。随着不断发展我国建立了很多风力发电站，但是风力发电总装机容量在电力网络的总容量中所占比例还比较低，还有很大发展空间。

我国光伏发电的起步慢，发展快。20世纪50年代我国开始进行光伏电源的建造，在1959年成功制作了及时块光伏电池，之后我国光伏发电快速发展，1992年在新疆某地实现了用太阳能消灭无电状况，2004年在深圳建立了当时亚洲较大的太阳能并网电站。如今，我国太阳能光伏发电发展迅速，在规模和范围上都在不断扩大，在未来有很大的发展潜力。

太阳能和风能具有普遍、无污染、储量巨大等优点，并且除购买设备和维修之外不需要额外投入，价格低廉，因此被广泛利用。但是由于这两种能源的利用容易受到天气、地形的影响，并且分散不易集中，因此，在单独利用时需要面临供电性低、造价高等问题。随着太阳能和风能发电技术的发展，人们根据这两种能源在多方面的互补性，提出了太阳能-风能混合发电系统。目前在风光混合发电系统的研究上，一方面是对控制系统进行计算机仿真和优化设计；另一方面则在研究提高系统供电运行的稳定性和高效性。就目前而言，我国太阳能-风能混合发电系统的应用还不够广泛。

2 太阳能和风能相关的理论概念

2.1 风能的相关概念

风是一种常见的自然现象，其成因是太阳辐射，全球能够利用的风能约2×107 MW，这是全球可利用水能总量要大10倍左右。风能的优点体现在蕴藏量大、无污染、可再生以及分布广泛，可以在电网不能到达的就地取材，为偏远地区提供电力。风能也存在一定的缺点，如：能量密度低、不稳定、地区差异大等，容易受到地理环境的影响。

2.2 太阳能相关概念

太阳能是一种取之不尽用之不竭的能源，太阳会通过辐射的方式向地球输送大量的能量，而被地球所接受的能量中，人的利用量极少。太阳辐射的优点在于其分布的普遍性，尤其是在一些偏僻地区能够弥补电网不能到达的空缺。太阳能还具有长久性和清洁型，太阳能是可以开发的蕴藏量较大的能源，并且太阳能发电可以极大减少环境污染，对于环境的保护有重要意义。不过太阳能也存在很明显的缺点，首先太阳能具有分散性，这也导致了利用太阳能的低效率以及高成本，虽然能量总量很大，但是能流密度却比较低，使得需要大面积收集和转换装备，使得利用太阳能发电较其他能源的成本较高。太阳能另一个显著特点是间歇性，太阳能的利用会受到海拔、经纬度以及天气阴晴的影响，因此，在利用太阳能时要做好蓄能工作。

3 风能和太阳能发电原理

风力发电的基本原理是通过风车叶片旋转来驱动风力发电机工作，随着旋转速度的增加，就可以产生电能。通过对于风力发电的研究人们知道，风速超过3 km/h的时候风车就可以进行发电，风力发电是一个系统，系统中包括充电器、风力发电机和数字逆变器等设备。在风力发电机中是通过定子绕组切割磁力线来产生电能的，这是风能转化成电能的过程。由于风量时常发生变化，所以发电机会输出交流电压，其输出的功率将会通过整流器和充电器对蓄电池进行充电，这个过程电能被转化成了化学能，之后保护电路里的逆变电源将电池中的化学能再次转化成电能。目前常用的风力发电机主要有异步风力发电机、双馈异步发电机和直驱式交流永磁同步发电机等三种类型，不同的风力机组有不同的数学模型和工作原理以及分析方法，在功能上则各有优势。

4 光伏发电的基本原理

在太阳能-风能混合发电系统中，太阳能发电的基本原理是基于光生伏特效应。所谓光生伏特效应是指在光的照射下半导体产生电动势的现象，因此，当太阳光照射到硅制成的太阳能电池板上时可以在其上产生电流，从而实现太阳能到电能的转化，使太阳能电池串联或者并联就可以组成光伏方阵，可以进行发电。太阳能电池产生电流的根本原因是其吸收了光子，光子是光的组成成分，是一种具有能量的粒子，光的波长决定了其能量的大小。太阳能电池中的晶体硅吸收了光子会在PN结中产生相互配对的正负带电粒子，因为这附近的正负电荷是分离的，使得PN结区域形成了一个电场。此时在太阳能电池的面上接上负载，就会有电流从负载流过，最终电流会从太阳能电池的底端流经负载到达其顶端。

风能发电论文:基于PLC控制的风能发电站风电场运行监测系统

摘要：针对风能发电站在运行过程中具有随机性、不确定性的特点，本文提出了采用西门子PLC S7-1200控制来对风电场运行进行监测，通过偏航控制、桨距控制、转速控制、风机全自动启动和运行状态监测，能实现对风能发电站的电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录，对出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施，并根据记录的偏航角、桨距角、风速等风力发电机组的各项性能运行参数，生成系统稳态和干扰响应曲线。实验结果表明，该检测系统能确保风机的稳定运行，提高了风能的利用效率，大大缓解能源危机。

关键词：PLC L电场电网监测发电机

随着经济的持续推进和居民生活质量的提高，大量不可再生资源例如石油、煤炭让生态系统担负了很大的压力，此外造成生态系统很大负担的还有火力发电厂所排放的废弃物。风力发电作为一个无污染且再生的资源，对于发电行业有很大的促动和改善动力。由于科技水平的巨大提高，以及微型计算机和编程能力的提高，这对于风电控制的研究又提供了新的途径。

针对以往风电控制中的部分不足，为此本文设计了一种基于PLC控制的风电场运行监测系统，该监测系统能对电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录，对出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施，能确保风机稳定运行，可提高风能利用效率，大大缓解能源危机改善环境，推动了我国新能源的不断发展。

1 基本原理

1.1 风力机的特性

假设风力机的桨叶是可变距的并且是刚性的。风轮吸收的功率为：

式中：为风轮吸收的功率；为空气密度；为风轮扫掠面积；为功率系数；为叶尖速比；为桨叶节距角；为风速。

由上面的公式得到，对于给定的系统，风速保持恒定，在风速给定的情况下，功率系数决定了风机功率，提高值，相应的风机功率也会提高。要想导出功率与转速的立方成正比：则必须把转速换成风速，这样才能得出功率和转速存在函数关系，即。

综上所述，变速风力发电机组存在两个局限性：转速局限性，体现在全部旋转部件的机械强度存在局限性；功率局限性，体现在全部电路及电力电子器件存在局限性。

1.2 风力机的转矩-速度特性

如图1，变速风力发电机组通过两个运行段构成，若低于额定风速运行，它并非一直在较大线上运行。

2 系统硬件组成

系统硬件组成如图2所示。上位机通过Profinet工业以太网与S7-1200的以太网接口连接，控制器的通讯模块CM1243-5通过一根PROFIBUS线与PM125进行连接，PM125连接到E-WT对象的方式是将DT5019串口转换器里的RS485信号转换为USB串口信号传输到E-WT对象上。

3 监控画面

在上位机完成的监控界面中，我们从图3中可以看出，数字量监控模块上，风机的偏航电机1、2、3、4处于绿色显示状态，标明风机的各偏航电机处于运行状态，电缆扭转处于红色显示状态，标明偏航电缆正常，并未扭转。模拟量监控模块上，通过使用柱形图，很直观的显示了风电机组各部分的模拟量信号，如风轮转速、发电机温度以及发电机效率等。

4 结语

本文完成了基于PLC控制的风电场运行监测系统的研究。通过对信号的采集和处理、偏航控制、桨距控制、转速控制、风机全自动启动和运行状态监测，完成了对电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录，保障了风力发电机组安全运行、获取较大能量和提供高质量的电能，能够很好地处理风的高度可变性、间歇性和不可预测性。

风能发电论文:基于Zigbee的风能发电系统的设计与应用

摘要：以北京奥运场馆的节能监控为目的，提出基于Zigbee无线通信技术的风能发电监控系统，合理有效地解决了能源的浪费和不合理，不规范管理的问题。在使用基于Zigbee的风能发电系统后，北京奥运场馆的能源损耗将减少30%，使得监控系统更加人性化，合理化。

关键字：风力发电机；Zigbee技术；网状拓扑结构

在当前形式下，风能也许是中国未来数年内最有发展潜力的可再生清洁能源。针对以上问题我们提出新型无线通讯技术Zigbee技术来实现无线网络的检测，使得系统管理更加合理，资源的利用率达到化。

一、系统方案设计

1.风力发电机工作原理

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电，如图1所示

图1风力发电机原理

2.Zigbee网络技术的应用

Zigbee是一种短距离、低功耗的无线通讯技术，主要用于近距离无线连接，zigbee网络拓扑结构有多种如图2所示

图2zigbee网络拓扑结构

目前对于风力发电机使用的是RS485-20mA电流环（接口电路）将所有风力发电机组成环状，将所有信息汇聚到中心控制器，如图3所示

图3zigbee网状结构在风力发电机系统中的监控

图3包括zigbee无线接收模块，zigbee中继站，传感器节点、网关、互联网和监控中心，鸟巢，水立方，国家大剧院等。节点具有传感、信号处理和无线通信功能，它们既是信息包的发起者。也是信息包的转发者，通过网络自组织和多跳路由，将数据向网关发送。

系统的设计可以这样考虑：以鸟巢为例，它的面积为25.8万平方米，把鸟巢想像成圆其实不规则圆形误差不超过0.1%，那么半径就为286.57米，那么鸟巢周长就为1800.59米，为了保障数据传输的性按照每200米设一台风力发电机组那么就需要9台，其中充当zigbee中继站的那台应放在鸟巢中央好悬空，这样能保障信息传递的性和完整性。

二、总结

针对目前能源的消耗以及落后的管理，提出基于Zigbe无线通讯技术的风力发电系统的监控，不仅使得能源能更加合理利用，更重要的是风能是新能源，新领域有很大的开发前景。

风能发电论文:利用风能和太阳能发电的织物

近期，佐治亚理工学院的研究员开发出一款既可以利用风能又可以利用太阳能发电的织物。

“这种混合动力纺织品提供了一种全新的解决方案，对电子设备充电只需要在一个晴朗有风的天气里随便逛逛就能实现。”佐治亚理工学院材料科学与工程专业的王中林教授说。

为了制备这种织物，王教授的团队利用普通织机将轻体量聚酯纤维和纤维基的摩擦纳米发电机交织在一起。摩擦纳米发电机可以综合利用摩擦效应和静电感应，在机械运动，比如旋转、滑动以及震动的过程中产生少量电能。“这种面料韧性非常好，透气，轻质，适用范围广，而且这种纺品的主要材料是价格不贵且环保的常用高分子材料，电极也是采用低成本工艺制作，这使得大规模制造成为可能。”王教授说。

纤维基体的摩擦纳米发电机可以捕捉特定材料与其他材料摩擦接触后产生的电能。对于织物上利用太阳能发电的部分，王教授的团队将正极做成异型纱线状与其他纤维交织在一起。这种织物还可以持续工作给电子表充电、直接给手机充电，还可以驱动水分解反应。虽然从之前的研究中可以推测出这种织物可以反复使用，但并没有证实，所以下一步将致力于研究其长期耐用性。未来的研究目标还包括为工业化生产进一步优化织物，包括适当的防雨、防潮，以保护电气元件。（来源：纺织导报）

风能发电论文:风能发电技术范式

摘要：从技术范式的角度分析低碳经济环境下的新能源技术范式，归纳出风能技术范式演进的规律。本文阐述了风能利用技术的发展历程，主要叙述了风能利用的三个重要阶段，以风力发电技术为主的竞争阶段，以海上风能发电技术为主的扩散阶段以及混合能源发电技术为主的转迁阶段，指出了风力发电技术具潜力的是风光互补发电技术。风能技术范式的提出必然会促进风力发电技术更快发展并带来更好的效益。

关键词：风能；风力发电；技术范式；互补发电系统

一：低碳能源技术范式

随着世界工业经济的发展、人口的剧增、人类欲望的无限上升和生产生活方式的无节制，全球整体呈现经济高速增长、能源消耗持续上升的态势。大量化石能源的使用，直接导致了环境污染越发严重。尤其是以二氧化碳为主的温室气体排放量急剧上升，造成全球气候变暖，冰川积雪减少，两极冰山熔化，海平面明显上升，使沿海地区遭受水灾，从而造成对生态环境的影响。在此种背景下，如何应对全球气候变暖成为全世界共同关注的议题，并上升成为全人类面临的巨大挑战之一。“低碳”概念的提出应运而生，并终将成为减缓全球气候变暖与实现可持续发展的主要途径和必由之路。

低碳化的实质是高能源效率和清洁能源结构问题，核心是能源技术创新和制度创新[1]，实现手段是低碳技术范式。从事科技史研究的美国学者Thomas Kuhn 于1962 年发表了《科学革命的结构》《The Structure of Scientific Revolution》）一书中，首次提出了“范式”的概念[2]。意大利经济学家G.Dosi 在1982 年把Kuhn 关于科学范式概念的阐述以及以此概念为基础而构成的科学发展模式，用于技术发展和创新研究，提出了关于“技术范式”（technology paradigm）的概念[3]。风能是低碳能源中技术最成熟、具规模开发条件和商业化发展前景的可再生能源技术。风能的合理开发和利用，可以有效缓解目前能源匮乏及燃料资源给环境带来的污染问题，在远期有可能成为世界上重要的替代能源[4]。因此，结合低碳技术范式和风力发电技术，风能技术范式应运而生。

二：风能技术范式

人类利用风能的历史可以追溯到公元前，中国是世界上最早利用风能的国家之一。公元前数世纪，中国人就利用风力提水、灌溉、磨面和利用风帆推动船舶前进。风能的利用，总体上仍是能量形式的互相转换。主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能量，一般利用风推动风车的转动以形成动能。其具体用途包括风力发电、风帆助航、风车提水、风力制热采暖等方面。其中，风力发电成为风能范式竞赛阶段主要利用形式。

2.1 竞赛

作为风能利用的最重要形式，风力发电技术，是产业成熟度好、市场竞争力最强、最易实现商业化的可再生能源技术。风电作为清洁可再生能源，近些年来，在全世界范围内受到越来越广泛的重视，发展步伐也越来越快。风力发电无温室气体排放，是二氧化碳减排的有效技术，几乎适用于世界各地。风力发电的全球需求巨大，并持续增长。根据Dosi 的技术范式理论[3]，在市场需求以及技术推动的双重作用下，风力发电逐渐成为风能技术范式竞赛阶段的演进路径。风力发电包含了风能到机械能和机械能到电能两个能量转换过程。在由机械能转化为电能的过程中，发电机及其控制系统是整个系统的核心，负责将机械能转化为电能，其不但直接影响系统的性能、发电效率和供电质量，而且还影响到风能转化成机械能的方式和效率。因此，研究并设计且高效的发电机系统是发展风力发电的一个重要内容。

2.2 扩张

20 世纪70 年代石油危机以后，开始了风能利用的新时代。早期风电开发主要在陆地，随着工业发展进程的加快以及人类对能源依赖程度的不断提高，在市场需求和产业技术竞争的双重推动下形成的，人们认识到仅仅利用陆地发展风能已经远远不够，开发海上风电场迫在眉睫。在得到欧盟的支持后，各国学者开始对海上风力资源和有关技术进行研究。自1991年世界上首座海上风电场在丹麦建成以来，海上风力发电成为风力发电领域的全新亮点，风力发电的研究重点也逐渐从陆地向海上转移。21 世纪是世界风电产业由陆地转向海洋的世纪，随着海上风电场技术发展的成熟，经济合理性凸显，风能将来必然会成为世界各国的重要可再生能源。风能技术范式扩张阶段亦从此拉开了序幕。

海上风电场的风速高于陆地风电场的风速，因此从能源利用角度出发优于陆地风电场。但是，海上风电场与电网联接的成本比陆地风电场要高，将这两个因素比较之后，综合考虑，海上风电场的成本和陆地风电场基本相同。海上风电场与陆地风电场相比，主要有以下优势：（1）风速高与陆地相比，海上风速较高。一般说来海上年平均风速明显大于陆地，研究表明，离岸10 km的海面风速比陆地高25% 以上[5]。

（2）寿命长。陆地因地面高低不平，对风力、风向、风量均有影响，有时还会引起紊流，对风轮叶片会产生破坏力，引发振动和疲劳断裂。而海洋风情稳定，海面平坦，具有稳定的主导风向，不会引发功率的异常变动和对叶轮的破坏。

（3）时数高。由于海上没有静风期，因而年利用时数也高一些。

（4）稳定好。海面上空高度上的风速比较稳定、变化幅度小，风电场输出功率波动小，有利于电网的稳定运行。

（5）影响小。海上风电场对环境影响小，不必担心电磁波、噪声等对居民的影响，甚至可以实施高速运行。

（6）造价低。海面风速随高度变化增加很快，风速变化梯度小，支撑风力机的塔架不需太高，可以降低造价，减少安装及维护费用.

2.3 转迁

风能、太阳能都是取之不尽、用之不竭的可再生能源，它们在新能源和可再生能源中备受关注，其发展速度也很惊人。近几年来，每年均以40% 左右的速度在高速发展。同时，它们又都是不稳定、不连续的能源。若将其单独用于无电网地区，则需要配备相当大的储能设备，或者采取多能互补的办法，以保障稳定的供电。再加上风能发电技术自然极限的出现以及风能发电效果累计绩效开始下降时，使得其技术的生命开始接近自然极限。在此种条件下，风力与太阳能互补发电系统（以下简称风光互补发电系统）应运而生，成为风能技术范式转迁阶段的主角。

太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小；晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小；冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有的匹配性，风光互补发电系统是资源条件好的电源系统[6]。

三：结论

随着科技的进步，人类对风能的认识不断深化，风力发电具有极大的潜力可以部分满足剧增的全球能源需求。风电是目前成本最接近常规电力、发展前景较大的可再生能源发电品种，受到世界各国的重视。我国正处于工业化阶段，对能源的需求在不断增加，新能源技术的发展才刚刚启动。风能发电技术范式为政府以及研究者明确新能源技术发展规划方向，不断完善能源技术创新机制，增强技术自主创新能力提供了重要的支撑。（作者单位：四川大学商学院）

风能发电论文:双馈风力发电系统的较大风能控制策略

摘要：在变速风力发电系统问题的分析和捕获较大风策略的基础上，又提出可以实现低于规定风速下又能捕获较大风能的控制策略。首先，要考虑双馈型发电机和风力机在电磁上的关系，分别得出双馈发电机的最小化铜耗和捕获较大风能时的数学模型。其次，再建立双馈型风力发电机在系统捕获较大风能时的控制策略。，对有关数据进行细心的分析比较，结果得出该控制策略是正确的以及在可行性上也是没问题的。

关键词：风力发电双馈型发电机控制铜耗最小化

近些年来，能源匮乏的问题受到了世界各国的关注，创造新能源来发电的技术是应对能源危机的好途径之一，风力发电就是新能源利用的主要形式之一。其中，双馈型风力发电靠它出众的控制性能，成为了风力发电领域里被重点研究的对象。这些年来，已经有过一些文献研究了较大风能的捕获，比如：TSR和PSF等等。但由于控制TSR需要实时并且的测量风速，所以在实际的操作中会非常困难；而PSF虽然可以在不需直接测量分素的情况下捕获较大风能，但是它的精准度受到定子功率的影响和控制。虽然一些参考文献都想过用智能方法改进以上的问题，但顾此失彼，改进原来问题的时候却又忽略了双馈型发电机自身的工作效率问题。因此，该文在这些问题的基础上，提出了一种新控制策略――就是将发电机上的铜耗最小化的运行的发电系统，再输出较大的功率。

1 风力机的特性

根据贝兹理论我们可以得出风力机捕获的机械功率是：

公式中，Cp为功率；A为风力机扫略的面积；ρ为空气的密度；υ为风速。从式中就可以看出来，在风速确定的情况下，风力机得到的功率要看功率系数的多少。而Cp为λ和β所得的函数，关系式为：

，

其中为尖速比，可表示为：λ。

公式中，ωt为风力机风轮的角速度；Rt为叶片的半径。

根据计算出的结果，我们可以看出来，当β渐渐增加时，Cp的程度明显下降，从而得到较大风能，β经常被设置成一个非常小得数值；而β在固定状态下，Cp的曲线在λ的变化下最的得到一个较大的数值――Cpmmx。和β=0°时的特性。

2 双馈型发电机的化模型

2.1 钢耗最小化的数学建模

如果双馈型发电机连接到无限极大的系统是，它的定子方和电压电流也按照发电机、转子方电压电流等惯例，我们假设定子的电压相量和d轴发生重合，可以得到发电机在d-p同步轴系条件下稳定的运行时电压和电流的方程式：

公式中，Ra、Rr为定子、转子电阻；Xm为定子、转子互相对抗；Xa、Xr为定子、转子全电抗；s为转差率；Umd、Umq、Und、Unq、Imd、Imq、Ind、Inq分别为电压、电流、下面标注d、q的就为d轴和q轴；下面标注s的为定子方的值；下面标注r的为转子方的值。

2.2 捕获较大风能的模型

下面是双馈型发电机的定子，在有功率和没有功率时候的表现形式：

如果不考虑定子铁耗和转子的变频器损坏程度的话，那么双馈型发电机的功率关系是：

公式中，Pa为定子输出的有效功率；Pe为电磁的功率；Pcm为定子的铜耗量；Pm为发电机吸收的纯功率值；Pautgrid为发电机输给电网的功率；Pr为转子的有效功率。

为了能追踪控制较大风能，在上上个公式中的Pm应该等同于风力机输出的Ptnex。所以，我们可以根据风力机的功率来给双馈型发电机的定子功率定成是：

3 如何控制双馈型发电机的励磁

控制双馈型发电机的励磁主要是为了实现其转子电流达到要求的变化，更为了保障系统能得到较大的风能捕获和最小铜耗运行。

在双馈型发动机的定子和转子以及电压电流都合前面选择一样的化，那么它的方程式是这样的：

式中，Lm为定子和转子的互感；Lr为转子全自感；p为的是微分算子。

我们把前几个公式中定子和转子按照一定的方法带入的时候，为简单操作，抛去定子电阻不谈，那双馈型发电机的转子电压的解耦项还有补偿项为：

公式中得U′rd、U′rq分别为和转子的电流具有一阶微分的关系和转子电压解耦时的分量值；Ird、Irq又分别为转子电流的分量；urd、urq分别为消除转子的电压和电流交叠耦合时的电压补偿分量值；其中d=Lr-Lm2/Ls；e=Lm/Ls。这样做的好处就是：不但让控制简单化了，而且还确保了控制时的度和动态响应时的迅速特点。

用前面得出的一些公式再加上公式得出的励磁控制模板，我们就可以计算出双馈型发电机在较大风能捕获以及转化时的控制图。

根绝得出的结果可以看出，双馈型发电机运用的是转子电流关闭的方式。一方面运用以上公式得到捕获较大风能时的转子电流；另一方面，又得到了铜耗在最小化运行时转子的电流的d轴分量值的给一个定值――Irqopt。

和以往传统在采用功率控制策略的方法比较的话，现如今这个控制方法省掉了有功功率、无功功率的控制环节，控制的方法相对来说并不复杂。与此同时，这种方法不仅达到了较大风能的捕获，还讲电机铜耗最小化运行纳入考虑范围，有效地提高了风电系统的运行效率。

4 双馈型风力发电机运行性能的仿真

若要验证以上的控制策略正确与否，好的办法就是对其进行仿真。详细请见表1和表2。

双馈型发电机的转速在实验之初时，风速是9 m/s，然后在第6秒时突然变成为12 m/s，继而又在第10秒时又突然变成10 m/s，在第14秒的时候又突然回到9 m/s。

通过以上实验，可以看出，在控制发电机的铜耗得到最小化时，系统输出的电网功率高于其他。由此，得出结论：双馈型风力发电机在铜耗最小化和捕获较大风能时的控制，能有效的利用风能，提升发电体统的运行效率。

5 结语

笔者在双馈型风力发电机的特点和数学建模的基础上。又提出了一种方法来捕获较大风能、最小电机铜耗。也通过大量的理论和实践、包括查找资料等等试验，达到了能使双馈型发电机的变速恒频最有效利用风能的方法。传统的方法需要实时的测量风速，而现在这种办法省去了这一操作，顺带也省略了控制功率的环节，包括结构的控制也相对要简单的多。

风能发电论文:风能发电项目经济效益分析

【摘要】我国面临节能和减排的双重压力，发电企业首当其冲。可再生能源政策要求发电企业必须承担一部分可再生能源发电责任，但总体经济效益如何还不明确。本文采用项目评价理论方法，结合我国财税政策从宏观层面研究了我国总体风能发电项目预期经济效益，得出现阶段全国总体风能项目经济效益情况。这一结论的得出，将为相关企业投资风力发电项目提供指导。

【关键词】风能发电折现率；经济效益

我国发展可再生能源已经刻不容缓，一方面我国政府保障到2020年我国碳排放强度较2005年下降40%-50%，另一方面我国能源外部依存度逐年上升，能源安全受到严重威胁。作为高能耗高排放的发电行业首先受到影响，而可再生能源配额制的即将实施使这种影响落到实处。风能作为重要的可再生能源之一，风能发电已经在可再生能源发电占比达到71%，但风能项目总体经济效益究竟如何，是否能达到企业预期还是我们现阶段需要解决的问题。

一、项目情况和数据准备

1.建设期成本

风电场建设期投资成本主要包括风电机组购置成本，接网成本，建设成本，其他成本（安装，技术指导等）。风力发电项目中风电机组购置成本占比较大，并且风电机组交易存在外部竞争市场，因此本文以风电机组购置成本作为计算各项成本投入基准，估算建设期各项成本。风力发电项目建设、发电、并网等成本由于不同地区自然条件交通状况不同，统计数据来源经常是一种区间，为了保障计算的简洁性和普遍性，本文涉及的区间数据均以平均值代替。

风电机组购置成本=总装机容量×单位装机容量价格

风电机组装机容量=风电机组年发电量÷风电机组年利用小时数

根据中国电力企业联合会《2012年电力工业统计快报》可知风电机组年平均利用小时为1893小时/年。2010年中国风力电发电机组平均价格658美元（4154元）/kw，2011年595美元（3755元）/ kw，2012年630（3976元）美元/kw。为了削弱汇率和价格波动的影响，本文使用以上三年风机价格平均值作为项目风机购置价格，为627.67美元（3961.67元）/kw。根据2013年中国电力年鉴统计数据可知2012年我国风能发电1030亿kwh较2011年741亿kwh增长39.15%，新增风能发电量289亿kwh。

新增风电机组的装机容量=289×108kwh÷1893h=1.53×107kw

新增风电机组购置总成本=1.53×107kw×（3961.67元/kw）=606.14亿元

根据已知风力发电项目建设期各项成本和风电机组购置成本，可以得到全国风电项目总投资额见表1。

2.运营期成本

风力发电项目运营期成本主要包括：设备折旧费，相关税费，利息费用，日常杂费。

风力发电项目的建设期为1年，寿命期为20年，风机的折旧采用直线折旧法，折现年限为20年，净残值为设备价款5%。

我国财政部、国家税务总局对于风电投产项目优惠政策主要体现在以下两个方面，一方面是增值税实行即征即退50%；另一方面是所得税实行“三免三减半”，即项目投产前三年免收企业所得税，第四年度至第六年度实行企业所得税减半政策。

利息费用根据项目总体负债情况，按照2013年12月31日长期贷款利率计算利息费用；项目结束，新项目继续投产，借款总额在项目期内保持不变。

根据我国风电项目运行经验，日常杂费主要包括常规检修费、故障维修费、备件购置费、保险费、管理费等，付现成本约为0.05元/kwh。垫支的营运资金按照项目总投资的10%计算。

3.电价

《可再生能源法》规定风力发电项目实施电价补贴模式，为标杆定价机制，按照不同资源地区设置不同收购电价，共包含四类资源地区，按照普遍适用原则本文取平均价格0.56元/kwh。

二、经济效益

1.折现率确定

本文采用加权平均资本成本作为评价项目折现率。

加权平均资本成本模型：R=Re×We+Rd×Wd

项目权益资本成本采用资本资产模型确定，债务资本成本按照同期银行长期贷款利率确定，权益资本债务资本所占比重按行业加权平均确定。

本文采用资本资产定价模型确定股权资本成本。

资本资产定价模型：Re=Rf+β权益×（Rm-Rf）

β系数反映了相对于市场组合平均风险而言单项资产系统风险的大小，根据β系数含义β权益采用可比公司法确定，可比公司从我国主板上市的电力行业中随机选取部分电力企业。利用可比公司收益率与整个股票市场平均收益率的线性关系采用回归直线法，计算可比公司β权益值见2。

项目风险中的财务风险是确定项目折现率选择的重要影响因素，为了去除可比公司个别财务风险，本文采用卸载财务杠杆办法，得到可比公司不含财务风险的β资产见表3。产权比率根据可比公司上市期间资产负债表得出见表3。

卸载可比公司财务杠杆：β资产=可比公司β权益/[1+（1-Tn）×bn]

项目风险应包含其特有的财务风险，因此需要加载目标项目财务杠杆。

加载目标项目财务杠杆：β’权益=β资产[1+（1-T）×b]

产权比率反映资本来源中债务资本与权益资本的比值，体现了企业的财务风险。可比公司产权比率取其2001年至2013年各期末产权比率均值，按照加权平均法能更好的体现出可再生能源配额特点。因此评价项目的产权比率采用可比公司产权比率加权平均，权重根据可比公司2013年12月31日总资产确定。

β’权益确定受项目所得税税率的影响，风电项目财税政策实施所得税“三免三减半”，因此不同期间β权益不同，见表3。

无风险利率Rf采用国家近期一轮公开募集五年期凭证式国债利率5.41%。股票市场平均收益率Rm，参考全球经济数据库2014年及时期公布的A股主板的收益率，其中上海A股平均收益率9.41%，深圳股票平均收益率3.67%，本文以两者平均值计算Rm。再根据资本资产定价模型和表4计算得出风电项目Re。

债务资本成本Rd根据Rd=税前债务资本成本×（1-所得税税率）计算。税前债务资本成本采用2013年12月31日5年期长期贷款利率，所得税按照“三免三减半”处理原则，计算出风电项目税后债务资本成本见表4。

本文以前文提到的项目目标资本结构2.06作为项目的资本结构，由此计算得出债务资本占比67.32%，权益资本占比32.68%。最终得到项目的加权平均资本成本，计算结果如表4所示。

2.经济评价指标选取

项目的经济评价指标很多，按照是否考虑时间价值可分为动态经济评价指标和静态经济评价指标。动态评价指标包括净现值、动态投资回收期、内涵报酬率、现值指数等。静态评价指标包括投资报酬率、利润总额、净利润等。电力项目属于大型长期投资项目，持续时间很长，时间价值对项目的影响很大，因此选取动态评价指标对项目进行经济评价。

3.经济评价

根据具体指标的计算方法及上文计算数据可以得到总体风电项目现金流量表及经济评价结果，如表5所示。

三、结论

根据经济评价结果可知净现值>0，现值指数>1，说明我国风能发电项目在经济上具有可行性；内部收益率IRR=8.45%>max（6.61%，6.02%，5.43%）表明风力发电项目的收益率高于加权平均资本成本，风能发电项目投资价值良好；动态投资回收期=14.5年，说明风能发电项目可在运营期内收回全部投资，项目资金回收较好，风险适中。从经济评价项目结果可以看出，现阶段我国总体风力发电项目具有可投资性。

风能发电论文:低碳经济时代我国风能发电的前景

摘要近些年来气候变化问题受到了人们的广泛关注,低碳经济的概念应运而生。电力行业对能源的消耗比较多,因此电力行业在低碳经济中具有重要的地位。风能发电作为一种具有很大发展潜能的发电技术虽然在发展过程中面临着一些挑战,但在低碳经济时代零碳排放的风能发电具有广阔的前景。

关键词低碳经济风能发电清洁能源

一、我国在低碳经济时代面临的机遇与挑战

二、风能发电在低碳经济中的地位

三、我国风能发电的前景

四、我国风能发电面临的挑战

五、结论

风能发电论文:在水中储存风能的发电机

海洋再生能源系统（ORES），基于水下液压系统的工作原理，能解决近海风力发电站的储能问题。

对于风能，最一致的观点大概就是它的不稳定使其难以利用――到底什么时候会刮大风？你怎么能在绿色风能电站停止运转的时候让你的灯泡依旧发光？

美国麻省理工学院的科学家们研究出一种在近海储存风能发电的方式，可能解决这一难题――它被称为海洋再生能源系统（ORES），这是一种基于水下液压系统的工作原理。

将空心混凝土球体置于海面上，拴住风涡轮机，在风量充足的时段，多出来的风能把水排出球体，当风小的时候，或者涡轮难以负荷的时候，水就回回流到球体中，使涡轮发电。球体与涡轮机之间有电缆相连，一个涡轮机也可以与多个球体连在一起

工作。

利用ORES进行储能的成本与另一种陆地风电站的风能储存方式――压缩空气蓄能（CAES）相比差不多，不过CAES在没风的时候可能要求烧天然气来加热空气使涡轮运转，ORES则并不需要燃料来辅助运转。

（来源：中国公众科技网）

风能发电论文:我国风能利用潜力及江苏沿海风力发电的前景

一、我国风能利用的现状及几个亟待澄清的认识误区

我国是世界上最早利用风能的国家之一。1000多年前，我国首先发明了风车并一直沿用至今，20世纪50年代，仅在江苏沿海利用风力提水的风车设备就达20多万台，70年代中期以后风能开发利用列入“六五”国家重点项目，得到较快发展。截至2004年底，我国14个省(市)建成43个风电场。随着风电场数目的不断增加，风电机组的装机容量也不断扩大。1990―2004年15年间，风电装机容量年均增长41．7％。2004年累计装机容量76．4万千瓦，是1990年的186倍，占全国电网总装机容量的0．17％。

尽管近年来我国电力发电发展迅猛，但与世界风电大国相比，我国的风电产业还应以“新兴”二字来描述。也正是因为其“新兴”，在发展过程中存在着一些争议的认识误区。对这些问题进行剖析，将有助于我国风电产业健康的发展。

1、我国大型风电场的地理布局

是否以新疆、内蒙古、甘肃、张家口等风能资源丰富的地区为重点?新疆、内蒙古、甘肃、张家口等地区是我国风能资源最为丰富的内陆地区，因此一般都认为这些地区应是我国大型风电场发展的重点地区。但从目前这些地区的综合情况来看，笔者认为，这些地区并不是我国目前发展风电最适宜的地区。理由是：

(1)我国的风电目前只能在电力系统内部(如风电场所在的地区电网)消化，但许多大型风电场建在我国的西部，这些地区经济发展缓慢，对相对较高的风电价格的承受能力较弱。

(2)这些地区风能资源较好但经济发展缓慢地区不是我国主要的电力负荷中心，同时电网的建设往往也比较薄弱。比如新疆地区是独立电网，与内地不相连，又如内蒙古地区的风电不能进入华北、东北地区。这就使得发电机组的发展效力不能有效发挥，因此导致风电场常年不能满发，制约了风电的发展。

(3)这些地区化石资源如煤、石油等较为丰富，而风电的发展对高新技术、管理、人才等要求较高，这样就使得在这些地区进行风力发电的比较优势不强，机会成本相对较高，经济性较弱。

(4)现在我国大型风电场的建设，显然是科研、开发和建设并举，近期以引进、消化和科研、开发为主。因此，现阶段的大规模开发在同等条件下应以科技开发能力强、产业加工基础好和市场机制较完善的地区为宜，这样可以缩短赶超时间、快速建立风力发电和风电设备制造业高地并向全国辐射。因此在目前确定的这些地区率先开发与大规模建设风电难以收到事半功倍的效果。

2、江苏、上海、浙江、广东等沿海地区，是否只要有风，就能利用滩涂在海岸线上展开风力发电

江苏、上海、浙江、广东等沿海地区，具有丰富的风能资源，同时面临环境污染的巨大压力，应该说都有发展风电产业的现实要求。

但目前这些地区从市到县几乎无一例外地都在筹划和建设风力发电场，因考虑目前的投资强度和技术管理因素，规划和在建的风场多是在沿海呈“一”字型排开，如果这些项目建成后，就会不可避免造成沿海岸地区的“绿色污染”，也可称目(光)污染，同时也会对在沿海滩涂越冬的候鸟和湿地保护造成一定的压力和影响，目前欧洲一些环保者就因此对大规模建造风电场持反对意见。欧洲一些国家不仅规定新选风电场址必须在国家海洋公园、生态保护区、海运路线、微波通道、军事区域等之外，而且必须离岸线15―40公里以上。

江苏省的近千公里海岸线，从赣榆到海门，几乎县县都在规划建设10―20万千瓦的风电场。这种沿海各省市一哄而上、各自布点、“一”字形排开的风电场建设，带来的结果将是规模小，不易于管理，发电密度不高，难以形成规模效益。长期以往，形成的“目(光)污染”也易引起民众的意见。另外，也为今后滩涂、港口的开发建设带来不必要的困难。

3、大型风力发电只能并网，是否难以直接作为产业用电

目前，我国的风电都通过接入电网系统进入用电户和企业，但这些用电部门往往远离发电、配电设备中心，造成很大的线路损耗；加之风电并网的技术原因，我国目前规划风电上网电量不得超过电网电量的5％。这些都为现代化、大规模发展风电事业带来了严重制约。如近期招标风电上网电价约为0．4―0．6元左右，通过上网供给企业时，高峰时段往往超过1元。事实上，风电经过简单处理，就可以直接应用于产业，变成工业生产的重要能源，这样工业企业就能享受到低廉的风电价格，极大地节约成本，形成产品的强大竞争力；同时风电的直接应用，也减轻了风电并网时对电网系统的冲击。这类实例在世界范围内还鲜有报道，但笔者在1986年的一项研究已经表明，风电是可以直接用于氯碱工业等高耗能、大耗电的化学和相关冶炼产业的。

4、风力发电价格高，是否难以与火力发电形成真正意义的市场化的商业竞争

由于我国风电设备主要依靠进口，风场规模小，联网和道路交通设施等原因，风电场建设的前期投人大，风电的初始成本普遍较高。资料显示，目前我国风电上网价格约为0．4―0．6元／千瓦时，而火电上网价是0．3元／千瓦时，风电价格大约比火电价格高30％――100％。

风电具备与化石燃料电厂和核电厂相竞争的能力。一是由于煤炭、石油等化石燃料价格不断上升，火力发电将面临很大的成本压力。二是随着更多和更大风电场的开发以及更先进技术的采用，风电的电价将继续下降。如随着技术的改进，风机越来越便宜并且高效；随着风机单机容量的越来越大，同样的装机容量需要的机组也越少，用于基础设施的费用也将减少，研究表明，世界上的风电装机容量每翻一番，风电场的成本就下降15％。

若考虑环境污染等外部成本，风电将具有竞争力。两年前，在南非约翰内斯堡举行的联合国“世界持续发展高峰会议”上，公布了一组有关风力发电成本的数据：将发一度电的实际成本和对社会及环境的损耗费用相加，用煤发一度电的实际费用应是5．05―18．01美分，用油为3．5―7．3美分，用核能为3．5―6．32美分(如果进一步考虑公众的责任、核废料和电场退役等，还要更大)，在风力良好的地点使用风力发电为5．89―6．18美分，在风力的情况下风力发电为3．94―4．13美分。应该说风电具备了和其他电源竞争的能力，它的造价和电价是可以接受的。

5、浅海风电是否管理难、施工难、成本高问题

海上风电场需要更坚实和深人海床的地基，而且还需要铺设几千米的电缆和建设增压站，把电力输回到岸上；建设和维修的工作需要在较好的天气状况下进行，并要利用特别的船只和工具。因此，海上风电场的建设成本一般都较高，但目前欧洲仍在大举进行近海风电场的建设，这是因为：首先，海上风能资源比陆上大，不但风速比平原沿岸高20％，发电量可增长70％，而且海上很少有静风期，能够更有效地利用风

电机组的发电容量。其次，海水表面粗糙度低，海平面摩擦力小，风速随高度的变化小，不需要很高的塔架，可降低风电机组成本。再次，根据研究，笔者发现，国外向海上发展的更重要的原因是海上风的湍流强度低，这样风作用的风电机组上的疲劳载荷减少，从而延长使用寿命。一般来说，在陆上设计寿命20年的风电机组在海上的使用寿命可达25―30年，延长40％左右，折旧成本大为降低。随着风电场规模和单机容量的增大，巨型风电机桨叶长度将达到60--70m，陆上运输极为困难，安装用的吊车容量也将超过1200--1400吨。这种起重能力的吊车，除了在欧美等发达地区外，其余地区基本没有。而庞大体积带来的运输与安装难题，对于海上风电来说相对比较容易解决：可以在海边设立风机制造厂通过海上直接运输；安装时可通过大容量海上浮吊来解决，目前海上超过1500吨的浮吊已比较普遍。

因此，在滩涂浅海大规模建立风电场，既能够获得海上风力发电的高效率，又能够避免陆上设置巨型风机的运输与安装难题，还可以在退潮期间享受部分陆上施工的便捷等三重优势。同时，把风电场放在近海，减少了土地征用的问题，减少了对陆地景观的影响，还可以避免噪音对陆上居民生活的干扰。

二、江苏沿海辐射沙洲发展风力发电的独特优势

笔者认为，在风能资源十分丰富、经济发展快、产业基础好，但电力紧张、环境容量相对较小的长三角地区，充分利用和发挥江苏沿海辐射沙洲这一特有的自然和区域优势，在长三角电力负荷中心建设中国绿色能源基地，大力发展风电产业，对于破解该地区资源与环境的双重困局以及发展我国风电设备制造业具有现实意义。

1、辐射沙洲风能资源丰富、地质条件好

从国家海洋局2005年3月6日卫星拍摄的我国东部沿海海域图中可以清晰地看到，在全国沿海沙滩中，东台有淤长型辐射状沙滩，且每年以100m左右的速度向大海延伸。东台辐射沙洲风能资源优良，70m高平均风速达到8．0m／s以上，其潮上沿岸滩涂60万亩，70m高平均风速为7．2m／s；潮间滩涂140万亩，70m高平均风速为8．0m／s；再向东延伸，近海还有大片辐射状浅水沙滩200万亩，70m高平均风速为8．4m／s，是难得的建设大型海上风电场的理想场区。

地质条件好。据水利勘测设计部门资料，东台处于南洋潮与北洋潮的交汇处，江河人海水流到达这里时已形成基本不含淤泥的细沙沉积地层，是典型的“铁板沙”。埋深lm以下地层承载力达到10―14t，8m以下达到18t，16m以下达到23t，是发展海上风电理想的地质条件，可降低风电场地基工程的建设难度和造价。

2、处于长三角电力负荷中心

长三角是我国五大经济增长极中经济实力强、经济增长速度快的地区，然而它同时又是资源缺乏的地区，其中最严重的就是电荒，它已经成为长三角经济发展的一大瓶颈。来自江苏电力公司的资料表明，2005年江苏用电量1900亿千瓦时，电力缺口450万千瓦左右，占华东电网缺口的一半以上，为全国之首。自2005年5月底以来，江苏省已经“时段性缺电”进入“全天性缺电”状态。

3、制造业基础好

长三角地区是我国工业化进程快，产业加工能力强，科技水平高，制造业发达的地区之一。而江苏有着先进的制造业基础，使得风电场建设所需要的大量设备不仅可以就地制造与安装，又可为我国大力推广风力发电提供产业基础。

4、矿产资源丰富

江苏苏北沿海地区历来是我国重要的产盐区，这里有全国较大的海盐生产基地。煤炭、石英砂、陶土、天然气等储藏量较大，在资源短缺的江苏和长三角地区具有重要的开采价值，是大力发展风电并将其直接应用于重化工业生产的自然资源基础。

5、港口与内河运输网络体系通达

长三角地区特别是江苏苏北的港口资源丰富，沿海岸线分布着10个发展前景和建港条件较好的港口。同时苏北具有十分优越的水路运输条件，已形成一个江河湖海基本通达的水运网，可大力发展内河集装箱运输，在沿大运河、淮河建立若干个直接出口的国家二类口岸，将上海港、连云港功能“拿”到苏北腹地，并与沿海港口形成战略同盟，成为其喂给港、构建为大风电产业提供专业服务的现代物流枢纽。

6、天然气调峰电厂的建设

随着国家西气东输工程的顺利实施，各能源公司加大投资力度，争相在长三角地区建设LNG项目。目前，中石油、中石化和中海油等我国较大的3家能源公司均规划分别在江苏如东、连云港、盐城建设3座LNG码头及接收站和大型燃气电厂，其中南通将建3个10―20万吨级的液化气、原油、通用散货码头泊位和200万千瓦燃气电厂。这些电厂在电力系统紧张时将起到非常好的调峰作用。在此基础上，大力发展风电，使之与燃气发电在电网中优势互补，将有助于电网质量的稳定与提高。

三、把东台建设成为风电基地的一些看法

1、建设大风电产业

(1)风力发电。江苏东台有辐射沙洲的海域面积为：75kmx50km=3750km2。每台风机占地直径600m，占面积O．09km2，则可装机3750／0．09--40000(台)。若采用东台风电场一期特许权项目中的世界主流机型1500千瓦级风机，可达到6000千瓦的总装机容量，预计年发电量为1780亿千瓦时以上。远期：装机容量1．2亿千瓦。淤长型辐射沙洲向北扩20公里，向南扩10公里，则总面积扩至：75kmx80km＝6000km2，新增风机2万台、可用单机3000--5000千瓦风机，则总装机容量将达到1．2亿千瓦以上，年发电量为3560亿千瓦时。

(2)利用当地丰富的海水资源，用风电推动氯碱工业，形成独特的风电一制盐一烧碱一PVC及其他氯产资源配置合理、产品上下游关系紧密的产业链，同时开展氢燃料的制取、存储，推动专用燃料电池的产业化。

(3)利用当地港口优势，整合全球资源，将风力发电与风电电解铝、电解铜等金属冶炼和加工产业相结合，形成金属及非金属产品的精深加工产业链。

(4)风电涉及到电机、塔架、风叶、机械传动、数控、输变电机组与设备等行业。它具有产业关联度高、科技含量大、投资回收快等特点，如能引进战略投资者，结合长三角现有的高新技术和产业基础，可以打造一个光电仪一体化的风电机生产基地。

(5)风能的综合利用。①立体蒸发制盐。制盐装置主要由风车、水泵、喷淋管、卤水池四部分组成。在自然风的驱动下，风车驱动水泵运转，将卤水从池中泵到蓄水池中，形成水位差后再输送到多孔的喷淋管，并由喷淋管喷到空中，再落回卤水池，周而复始，反复循环。采用该项技术后，海盐产量可以增长60％左右。②风力提水。可用于农田灌溉、海水制盐、水产养殖、滩涂改造、人畜饮水及草场改良等，是弥补当

前农村、牧区能源不足的有效途径之一。③风力致热。用于采暖、加热、保温、烘干，还可大量应用于现代高效集约型工业化农业生产，如水产养殖、家禽饲养及蔬菜大棚等。目前，国际上风力致热技术已较为成熟，而在我国仍处于试验阶段。④风力致冷。以风力机直接带动机制冷，以冰的形态贮存风能。主要应用于沿海地区的大中型海产品冷藏库。⑤城市亮化。近年来日本开发出适于中小工厂、写字楼、商店及家庭使用的“小型微风风力发电机”，发电功率从几百瓦到上千瓦，风车高度为3―5m，叶片翼展为2―4m，可以像太阳能热水器一样安装于住宅屋顶，用于照明亮化。

(6)环境效益。环境效益明显。把东台市滩涂湿地为中心的苏北流畅地打造成长三角地区的风电蓄地，近期6000万千瓦的风电场，年发电量1780亿千瓦时，一年可节省煤炭4628万吨，相应地减少因燃煤产生的二氧化碳1495万吨。远期1．2亿千瓦的风电场，一年可节省煤炭9256万吨，减少二氧化碳2990万吨。

2、对策建议

目前，江苏东台市20万千瓦的风电场项目已经启动，100万千瓦的风电场项目也已申报待批。尽管如此，在长三角构筑绿色能源风电产业的发展仍面临着组织力度不够、政策扶持不到位等制约因素。为此，应从政策扶持上为长三角的风电产业发展铺平道路。

(1)风力发电的融资来源。前期启动资金可由国家财政投入；对风电项目提供长期低息贷款，以鼓励它的发展；利用国外贷款引进战略投资者和吸收外资、民资。2003年底，国家发改委出台了关于风电特许权项目前期工作管理办法，对风电项目所涉及的技术、融资、政策等都作了详尽的规定。这在一定程度上为外资和民资进入风电领域开了绿灯，目前要进一步落实，解决具体问题。

(2)对风电电价予以适当优惠。风力发电与火力发电不同，在生产过程中，风电不耗水、燃煤、无排放、社会生态效益好，因此国家应在价格上给予优惠，风电的电价应为国家批准的大型火电机组上网不含增值税电价加上风电的减排、节水、节煤等社会效益的量化值。按江苏的情况，约等于0．33+0．25=0．58元／千瓦时，这个价位较适当。

(3)建立科一工一贸相结合的新产品开发机制，支持风机设备国产化进程。应根据科一工一贸结合的原则，制订相互配套的法规、政策，要发挥科研单位及企业的各自优势，组建科研生产联合体，相互取长补短，共同推进新能源开发利用技术的产业化。东台绿色能源基地的建设，应以风电场为导向，组织有较强实力的风机制造厂商和科研机构，分工负责逐件攻关，务求达到国际先进的技术指标。

(作者单位：江苏省发展改革委政研室)

风能发电论文:风能发电:具开发潜力的新能源

当前,以煤炭、石油作为主要燃料的国家,已面临严重的环境污染,加上化石燃料有限储量减少的双重危机,开发利用新能源已经成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分,而风能又是新能源中具开发潜力的一种能源。

风能发电,

在环保中扮演着重要角色

2009年12月14日,国际风能理事会在哥本哈根气候变化大会上表示,风力发电对于实现碳减排潜力巨大,发达国家当前减排保障的相当大一部分单靠风能发电就能够实现。据该理事会测算,到2020年全球风力发电规模将达到2600万亿瓦时,相当于减排15亿吨二氧化碳。按照发达国家目前提出的减排指标,风能单一行业的减排就相当于发达国家保障总体减排量的42%到65%。

中国国家发改委能源研究所副所长李俊峰指出,2009年中国的新增风力发电已经占到世界及时,到2020年我国风力发电能力按计划将达到1.5亿千瓦,而我国总体风力发电潜力为10亿千瓦,风力发电对于我国政府减排目标的实现具有重要意义。

的确,风能已经在世界环保中扮演着重要角色。作为一种可再生的新能源,风能不仅清洁无污染,而且不会产生辐射、二氧化碳公害。当前,风力发电已成为除水能外,技术最为成熟、具大规模商业开发条件的发电方式。“2009年内,申华控股旗下的内蒙古太仆寺旗风电厂和彰武曲家沟、马鬃山风力发电厂,累计发电14870万千瓦时(相当于5.4万个普通三口之家一年的用电量);同比传统火力发电节约煤炭近5.4万吨,减少向大气中排放二氧化碳14万吨、二氧化硫455吨(相当于近5.2万辆轿车行驶一年的二氧化碳排放);节约树木近130万棵。”申华控股专门负责风能发电的副总裁翟锋给出的一串数字,让我们再次看到了风能发电蕴藏着巨大环保能量。

风能发电,

一个蕴藏着巨大利益的产业

风能市场正在迅速发展。2007年全球风能装机总量为9万兆瓦,2008年全球风电增长28.8%,2008年底全球累计风电装机容量已超过了12.08万兆瓦。中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔,预计未来很长一段时间都将保持高速发展,盈利能力也将随着技术的成熟稳步提升。2010年全国累计风电装机容量有望突破2000万千瓦,提前实现2020年的规划目标。

那么,在中国,风能发电的赢利点究竟在哪里?

从目前以及相当长的时间看,投资风电项目是非常好的投资,比其他项目风险更小。风电的建设程序通过规划、可行性研究、项目的核准,到项目的开工、验收,建设期较短,一般一年时间风电厂即可建成;此外风电的资本金是20%,对企业来讲,负担也不大。据申华控股副总裁翟锋透露,目前风电项目的盈利,可基本满足项目的日常维护费用。

除此之外,对于风电投资企业比较关心的电价问题,国家也给予大力扶持。风电的电价分为两个电价,一是特许权电价,另一个是国家指定的地区指导性电价,电价已经趋于完善。就特许权电价来看,国家发改委采取竞价报价只占40%权重,并以平均中间价为中标电价,避免了恶性竞争,基本上摆脱了中标即亏损的局面。二是地区指导性电价。国家制定了像内蒙东西部0.52-0.54元、东北地区0.6元左右等指导性电价,基本符合风电开发实际,对风电发展来讲是有利的。

同时,《京都议定书》的签订,风电企业是较大的受益者。目前总体上来讲,早期投产的项目已经取得了实质性收益,CDM已经成为风电发展不可缺少的收益,一度电可提高8分钱――这个收益是额外的收益。发改委网站2009年11月26日的中国风电及电价发展研究报告指出,在中国风电发展的过程中,CDM对风力发电企业克服资金和技术障碍确实发挥了积极作用,如果没有CDM,中国风电发展速度不会如此迅速。

风能发电掀起的

资本“旋风”

在主要的可再生能源中,风电是除水电外成本最接近商业利用的能源,因此在过去若干年里一直是资本市场的宠儿。据统计,2008年全球在可再生能源上的投资达到1200亿美元,其中42%(超过500亿美元)进入了风电领域。

从风险投资角度看,这是个非常值得关注的领域。首先,政府引导越来越具体和明确,制定了到2020年实现风电装机规模1亿千瓦左右的具体目标,出台了《新能源产业振兴规划》;其次,在政策的带动下,产业需求非常明确,市场规模不断扩大,对于投资人来说,相对其他新能源,风电面临的这种市场环境风险相对较低。“从风电行业的发展历程来看,在风电整个产业链上,无论是风电场,还是整机、零部件以及后期运营都有很好的投资机会。太阳能行业已经有十几家海外上市的公司,跟太阳能比起来,风电更有优势。”专注于清洁能源领域的青云创投合伙人陈晓平表示。

对于企业本身而言,风能投资对于企业的发展也具有重大的现实意义。申华控股旗下的上海申华风电新能源有限公司副总经理常阳告诉记者,申华已经跨过了风力发电行业的门槛,通过与专业风电开发企业中国风电的合作,将力争取得规模效益,不仅可为公司带来较高且稳定的收益,同时也将优化公司产业结构。

风能发电面对的挑战

目前对于风电行业来说,确实是千载难逢的发展机遇。但是,有机遇也有挑战。

长期以来,中国电网系统的建设主要是与火电和水电的发展相适应的,而风力发电的发展将对电网系统的结构提出新的要求,尤其是电网的接入问题,已经成为制约风力发电发展的瓶颈问题。例如:风能资源富足的内蒙古、甘肃等地,目前很多地方电网还没有覆盖到。因此,国家应统筹规划电网系统,以适应中国大规模风力发电开发的发展需要。

与此同时,还需进一步建立、健全相关的法规和政策。2005年2月中国颁布的《可再生能源法》为中国风能资源开发提供了有利条件。为使中国风能资源开发走上健康的发展轨道,国家还应以建立风力发电的市场化机制为出发点,进一步建立、健全相关的法规和政策,使法规和政策更具有可操作性,保障投资人的合理回报,推动中国的风能资源开发快速发展。

风能发电论文:浅淡风能\太阳能发电与LED照明的特点与应用

摘要：风能、太阳能是一种永不枯竭和清洁的绿色能源，而半导体发光=极管(LED)也是一种环保、节能和高效的固体电光源。本文在分别分析三者技术特点的基础上，重点对风能―太阳能半导体照明系统的可行性与高效性进行了论证，并对其发展前景做了分析和展望。

关键词：风能太阳能LED节能照明

前言：

当今世界，石油、煤炭、天然气等主要能源正面临资源枯竭的危险，同时，环保压力也在不断增加核能经过311日本大地震核危机后，核能源已经被多国禁止使用，因此，环保、节能已经成为世界范围内各行各业努力追求的目标。

风能、太阳能是一种真正取之不尽清洁懂得能源，将是未来最理想的绿色新能源，目前其利用的有效途径便是利用光伏发电技术将太阳能转化为电能。利用风力发电机将风能转化为电能。半导体发光二极管（LED）也是一种环保、节能、高效的固态电光源。凭借其节能无污染，长寿命的特点、已运用于很多行业的照明领域中，因此，灵活运用、风能、太阳能光伏发电和LED固态照明优点的风光互补LED照明系统。实现了新一代能源和新型光源的结合。

一`风能，

风力发电是现代能源转换中的一个令人瞩目的成功案例。过去十年来，随着风力发电站在世界各地迅速出现，风力发电的成本已大大降低。特别是一些资源缺乏的地区（如沙漠），风力发电站更容易显示出强大的优势。

据国际能源署的报告，1980年风力发电的成本为每度电80美分，到了1991年，其成本仅为10美分。考虑到其他方面的开支，使用风力的新型发电厂和使用其他传统燃料如核能、煤和天然气的发电厂在成本方面并无太大的差异。

许多因素降低了风力发电的成本。首先，风较机所用的材料有所改进，使用了更轻的复合材料，现在的风叶更大，更高效，其直径达125米，而上世纪70年代只有10米，由于受到风速等因素影响对风力发电站的选地受到了极大影响。其次，政府在改革上也给于支援，目前在汕头建成大型风能发电站。浙江省已建成苍南鹤顶山风电场。

二 `太阳能，

多年来，太阳能发电起起落落，中国光伏发电产业于20世纪79年代起步，经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目、“送电到乡”工程等国家项目及世纪光伏市场的拉动下，我国光伏发电产业迅猛发展2009年中国太阳能电池产量已经达到了4.3GW,中国所占的全球份额已达四成。

太阳能光伏电站在节能方面效果显著。在辐照资源丰富的地区，一座MW级电站年发电量可达180万度，在25年寿命期内累计产出4500万度电。累计可节约标准煤17794吨。减排CO₂ 46264吨, 减排SO₂ 427吨、减排NO₂ 125吨。

三、太阳能光伏发电的原理

太阳能光伏发电是依靠太阳能电池组件，利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体PN结上，由于p-n结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴或产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内静电场的作用下，各自向相反方向运动离开势垒区，结果使P区电势升高，N区电势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。

太阳能光伏发电系统大体上可以分为两类，一类是并网发电系统，即和电网通过相关标准相连接，像一个小型的发电厂；另一类是独立式发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路。

并网发电系统通过光伏阵列将接收来的太阳辐射能量转换成直流电，经过逆变后向电网输出与电网电压同频、同压的正交流电流。

而独立式发电系统光伏阵列首先会将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在电池中。

四、LED照明的技术特点：

LED是一种在p-n结上施加正向电流时能发光紫外光、红外光的半导体固体发光器件。其发光机理的核心在于p-n结，当外加正向电压时，p-n结的平衡被打破，P区空穴进入p-n结中和原来的一部分负离子，N区电子进入p-n结中和原来的一部分正离子，当加一个正向电场时。这样就付p-n结变窄。

能带上的电子跃迁，以电磁波形式释放出势能，这个电磁波就是LED的光，外加能量越大，释放光子的能量也就越高。

LED半导体照明光源除具有使用寿命长（理论上使用寿命40000―50000小时，受其他材料的老化等影响，会影响其使用寿命）发光效率高、体积小、重量轻、环保安全等优点以外，还有一个显著优点就是由于LED启动电压和工作电压一致，所以不需要使用镇流器，这样在节省成本和能耗的同时，也大大缩短了通断电的响应时间。可以通过电压调节LED明暗变化，使LED的应用更加广泛。

五、风能、太阳能与LED的结合

风能、太阳能光伏发电技术与LED照明的结合的经典例子是风光互补照明。全天利用间歇的风能和太阳能转换成直流电，利用蓄电池充放能量，在夜间提供照明，由于蓄电池的使用寿命为3―5年，且报废的蓄电池，也会污染环境，随着超级电容的研制。新的更长使用寿命的储电池设备的开发会解决这个问题。LED的发光效率正在不断提高，超高亮度的LED问世，正在取代普通电光源，并大量节约能源且无污染。

结束语

低碳、节能，减排和可持续发展问题是本世纪人类面临的重大课题，开发新能源以及对现有能源的充分合理利用已经得到世界各国政府的高度重视。目前，太阳能利用技术和半导体产业已经由技术开拓时期开始步入高业化阶段，涉及的产品包括路灯照明、交通信号、景观照明、庭院装饰等。可以预见新一代能源和新型光源的太阳能半导体照明产业将会得到迅速发展，并引发一个绿色照明的新时代。在这之前，并网发电不失一个解决办法，但由于政府并未开放普通用户并网发电，使众多分散的辐照区域无法充分利用，这样，待政府认识与政等的支持。