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  • 随着经济的快速发展,人们对能源需求越来越大。人们对环保认识的提高,对新能源越来越重视。作为新能源风力发电一直是我国发展方向,国内风力发展获得了新的发展。本文从分析我国风力发电的现状,对未来发展趋势进行预测,指导我国风力发电业未来的发展。
    随着国民经济的持续发展,能源的大量消耗,能源危机开始困扰着人们的生产生活。人们开始把眼光投向自然界,利用风能发电解决电力不足的问题。据统计,如果能把全世界风能储量的百分之一用于发电,即可人类世界提供强大的动力支持。在今天日益匮乏的能源社会,利用这种取之不竭、用之不尽的风能,对发展电力事业发挥着重要的作用。
      一、国外风力发电的现状
      就全世界而言,如果各国都采取一点措施,风力发电可为世界提高20%的电力需要。对世界经济的贡献作用巨大,拉动全球就业,降低温室气体,保护地球环境发挥着重要的作用。
      据资料统计,在2010年的德国就新增了600万千瓦,西班牙新增500万千瓦,年生产能力将达到900万千瓦,德国一年的风力发电可以满足全国电力需求的10%。在北美,美国和加拿大是风能最好的国家,美国50个州中,有一半以上的州已经利用风能资源。美国曾经6年间,让美国的风力发电的总装机容量已经超过7000MW,可以解决许多的家庭用电需求了。
      随着技术的进步,风力发电的规模不断扩大,成本下降,竞争力不断提升,企业生产经营效益显著增长,风力发电迅速发展起来。当今世界,更大单机容量的机组仍在继续研制。风电容量在电力系统中的比例会越来越大,颠覆传统的火力、水力发电占绝对地位的情况。现在600kW级大型风力发电机组技术已经成熟,并且广泛使用中。正在研究的2000kW级风力发电机组也将投入运行,同时风力发电的价格也会显著下降。风力发电成本的下降,使得人们使用风力电能时优惠增多,人们开始乐于接受,并得到认可,有助于提高风力发电的竞争力,这种优势会越来越明显。世界各国会进一步研究风力发电的积极性,提高风力发电的影响力。对发展中国家也具有吸引力了,如巴西、阿根廷等国是发展中国家风力发电的佼佼者。目前中国、印度也在积极探索发展风电,并取得了不错的成绩。
      二、我国风力发电现状
      (一)资源优势明显
      我国幅员辽阔,陆疆总长2万多千米,海岸线1.8万多千米,是一个风力资源丰富的国家,全国约有2/3的地带为多风带。资料统计中,我国风能总储量为40亿千瓦,为我国发展风力发电提供了自然资源条件。从地域上分,我国的风能带主要集中在东北、华北、西北及东南沿海地带,省区跨越比较广泛。在我国现有的风能发电中,使用的风能发电设备主要来自丹麦、德国、美国、比利时等,单机容量可以达到600kW。
      (二)起步晚,技术待进一步发展
      由于我国国情特殊,发展风力发电起步较晚,技术还不成熟,资金投入不够等因素,导致风力发电受到制约。风力发电一直滞后于水电、火电,人们对风力发电也有一个逐步认识的过程,需要全社会努力,从人员、技术、资金、政策方面进行投入,发挥全社会的力量,必将推动我国风力发电的快速发展。目前,我国的风力发电装备市场至今仍由国外风力发电机组占据主导,这与我国风力发电设备制造企业实力不强有关系。目前,虽然我国有风力发电国产设备,但是与进口设备相比确实存在差距,需要我们进一步加强与国外先进企业合作,学习技术、经验来提高我国的装备,将我国风力发电装备提高到一个新的高度。
      三、未来风力发电的发展趋势分析
      (一)装备向精细化方向发展
      如今,世界风力发电技术已逐渐完善,发电容量有了很大进步,风力发电的容量向大容量方向发展,定桨矩向变桨、变速恒频发展。在完善陆上风电发展的同时,开始向海上风电的方向发展,风力发电的设备制作也越来越精细化了,发电设备由笨重向轻盈化方向发展。由之前粗糙的装备向精细化方面发展,设计的装备更加节能,成本不断降低,有助于提高企业竞争力,增加企业经济效益。
      (二)材质更加轻盈化
      随着研究领域范围的不断扩大,风力机的叶轮直径不断增大,长度已经超过100米,并且叶轮更加轻盈了,有助于叶轮旋转,节约运输成本,提高发电效率。如今,变桨变速设计成为主流,同时直接驱动发电机技术的创新获得重大进展。同时增加了海上数兆瓦级的风机的出现,有效解决了陆地上风力不足的问题。并且将风机发展到海上,还避免了因为噪音影响周边的环境的问题,解决了场地的限制等,是风力发电具有里程碑的意义。随着风电的发展,巨型风电机其桨叶长度将达到了100m,给运输带来问题,但是如果将风机运用到海上,通过海运能有效解决这个问题。海上可以运用大吨位的船,海上浮吊容量也大,更重要的是,海上风电场的风能资源好,风速大且稳定,年平均利用小时可达4000小时以上,相比陆上发电,效益要高出陆地50%以上。
      (三)单机容量增大
      随着风电单机容量的不断增大,在运输过程中,结构要求要简单,既便于拆解,也便于安装。这种高要求的设计对设备生产企业提出了高的要求,在设备选材方面,工艺方面要格外谨慎,注重简化系统的结构。一般厂商,选用的是高新复合材料的叶片,以加长风机叶片长度;省去发电机轴承,让发电机直接与齿轮箱相连,把发动机直接置于驱动系统,当叶片转动的时候,直接带动发动的转动,减少中间环节,有助于减少能源消耗。发电机中的中速永久磁铁采用水冷方式,调向系统放在塔架底部。整个驱动系统被置于紧凑的整铸框架上,使荷载力以最佳方式从轮彀传导到塔筒上等。
      因此,在风电机制造商中,都很注重结构设计的紧凑、柔性和轻盈化,在这方面投入了大量的资金、技术、人力资源等,为今后发展风力发电指明了方向,对推动风力发电具有重要的作用。

  •  国家能源局综合司关于征求《关于推进风电、光伏发电无补贴平价上网项目建设的工作方案(征求意见稿)》意见的函


    各省(自治区、直辖市)、新疆生产建设兵团发展改革委(能源局)、经信委(工信委、工信厅),国家能源局各派出监管机构,国网公司、南网公司、内蒙古电力公司,华能、大唐、华电、国能投、国电投、华润、三峡集团公司、国家开发投资公司、中核、中广核,电规总院、水电总院,中国风能协会、中国光伏行业协会、国家可再生能源中心:

    为按照《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》做好风电、光伏发电无补贴平价上网项目建设工作,我们组织研究起草了《关于推进风电、光伏发电无补贴平价上网项目建设的工作方案(征求意见稿)》。请你单位研提意见并于4月23日前反馈我局(新能源司)。

    联系电话:010-68555879 010-68555048

    传真:010-68555045

    附件:关于推进风电、光伏发电无补贴平价上网项目建设的工作方案


  •   光伏并网发电技术是当今世界光伏发电的趋势,近几年,随着国家一系列光伏鼓励政策相继出台,国内光伏电站建设步伐逐步加快,越来越多的电站实现了并网。除了前期对光伏电站优化设计外,建成后人力所能控制的就是最大限度地减小发电系统故障带来的损失,能够及时排查故障和简单维护显得尤为重要。电站运维中存在的主要问题在众多文献中均有描述,本文是对发电系统各设备的故障隐患和故障类型进行了汇总。
      并网光伏发电系统主要设备及其功能
      并网光伏电站是指连接成若干阵列的光伏组件,经太阳光照射后输出直流电力,再通过汇流箱并联若干电池组串以提高电流,电流达到逆变器额定电流后,通过并网逆变器将光伏组件输出的直流电逆变成符合电网需求的交流电,最后经过配电装置后接入电站升压变压器,通过变压器将电压升高至符合电网要求的电压等级后并入电网。
      并网光伏电站发电系统一般由光伏组件阵列、汇流箱、并网逆变器、交直流配电系统、变压器等设备构成,其基本结构如图1所示。
      光伏组件。光伏组件是指具有外部封装及内部连接、能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳能电池组合装置,其作用是将太阳能转化为电能。目前电站常用的晶硅电池组件为单晶组件和多晶组件。
      光伏防雷汇流箱。光伏防雷汇流箱安装于太阳能电池方阵阵列内,它的主要作用是将太阳能电池组件串的直流电缆,接入后进行汇流,再与并网逆变器或直流防雷配电柜连接。
      并网逆变器。光伏并网逆变器是光伏发电系统中的核心部件,其功能是将光伏方阵产生的直流电(DC)逆变为三相正弦交流电(AC),输出符合电网要求的电能。目前地面电站用到的主要有组件式逆变器和集中式逆变器两大类。
      交直流配电系统。交直流配电系统主要用于控制站内电能的连通、断开,分配及交换,保证系统的正常供电,同时还有对线路电能的计量,一般有380V、10KV、35KV等电压等级。
      变压器。变压器是利用电磁感应的原理把交流电压转换成相同频率的另一种交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。
      光伏发电系统各设备故障隐患
      光伏组件和支架。目前知名企业的光伏组件都通过了第三方测试机构认证,产品质量比较有保障,但由于支架结构问题或安装不规范,会造成组件承载能力减弱。在电站运维中光伏组件或支架出现以下问题时也可能会造成重大故障:组件出现电势诱导衰减;光伏组件接线盒密封性能下降;组件边框接地不规范,支架基础未进行有效的防腐处理;组件表面存在尘土或其它物质造成的局部遮挡;组件间的连线未留伸缩长度,冬季易拉断,有风时容易磨损。
      光伏防雷汇流箱。电站运行一段时间可能会出现以下问题:汇流箱出现变形、锈蚀、漏水、积灰等现象;汇流箱内各个接线端子出现松动、锈蚀现象;直流汇流箱内的高压直流熔丝的规格不符合设计规定;直流输出母线的正极对地、负极对地的绝缘电阻小于2兆欧;汇流箱内防雷器出现故障。
      并网逆变器。逆变器是进行能量转换的关键设备,其效率指标等电气性能参数,将直接影响光伏组件的发电量,出现故障后造成的发电量损失也较大。逆变器运行时出现较大振动和异常噪声,或是逆变器中直流母线电容温度过高或超过使用年限时应引起注意。
      交直流配电系统。交直流配电系统的故障隐患主要有:母线接头应连接不紧密,出现变形,有放电变黑痕迹,绝缘松动,紧固联接螺栓生锈;手车、抽出式成套配电柜推拉不灵活,有卡阻碰撞现象;动静头与静触头的中心线不一致;检验柜、屏、台、箱、盘间线路的线间和线对地间绝缘电阻值,馈电线路小于0.5兆欧,二次回路小于1兆欧。
      变压器。变压器出现以下现象时易发生故障:运行时漏油、油位过高或过低、油温异常、声响不正常及冷却系统不正常;大风天时,引线会有剧烈摆动;大雪天时,各部触点在落雪后,有立即熔化或放电现象;大雾天时,各部有火花放电现象等。
      交直流电缆。电缆应在正常负荷下运行,出现以下现象时应引起注意:电缆的铅包出现膨胀、龟裂现象;电缆在进出设备处的部位封堵不规范;电缆保护钢管口有显著的凹凸不平,金属电缆管出现严重锈蚀;电缆直角转弯,且压在支架上,有绝缘破损,接地风险;设备房内的电缆有渗水与积水现象。
      光伏电站常见故障类型
      部分支路电流偏低。支路电流偏低通常有三种情况,一是该支路光伏组件出现破损或二极管损坏;二是该支路光伏组件存在被遮挡问题;三是该支路测控模块通讯异常导致显示错误。
      部分支路电流为零。支路电流为零在监控中较为常见,故障原因通常有以下四种情况,一是该支路光伏组件出现接线头烧毁或开路; 二是该支路光伏组件有二极管烧毁;三是该支路正、负极保险烧毁;四是该支路测控模块通讯异常导致显示错误。
      部分支路电流持续一段时间不变化或者跳变。支路电流长时间不变化或者跳变通常有两种可能,一是通讯故障;二是该支路测控模块的地址、波特率等参数设置错误所致;
      汇流箱所有支路电流为零。出现汇流箱所有支路电流均为零现象,首先应确认是否是由于通讯故障引起,若通讯正常,再进一步排查汇流箱是否烧毁、防雷模块是否损坏、测控模块供电电源是否出现故障、是否由于断路器机械磨损导致跳闸等原因。
      逆变器数据为零。出现汇流箱数据为零故障,可依次通讯是否出现故障、熔断器熔丝是否失效、是否出现直流过压保护、是否由于组件连接线接地造成断路器跳闸等原因。
      逆变器屏幕没有显示。逆变器屏幕没有显示,首先应确认线路连接是否正常,如组件串间是否接触良好、输入端子是否接反、直流开关是否合上、组件是否存在短路现象;若以上均无问题,查看是否是由于组件电压不够,组件电压和太阳辐照度有关,低于100V时,逆变器不工作。
      光伏电站的运行故障分析是光伏电站运维管理必不可少的工作,是优化电站设计、提高太阳能利用率的有效途径,对并网光伏电站的高效稳定运行,长期发挥效益具有重要作用。本文首先介绍了光伏发电系统主要设备,然后结合日常运维工作,着重从故障隐患和故障类型两方面进行了阐述,希望对电站运维人员有所帮助。

  • 高原环境下安装太阳能光伏电站,受到自然环境的影响,包括自然环境对人的影响,地理条件对安装强度的影响,外界条件对安装过程的影响。
    太阳能是一种无污染,纯绿色,利用性高,性价比合理的新型能源,使用范围非常的广泛,只要有充分太阳光源的地方都可以应用。而且他是一种可再生的,无限次重复利用的能源。而作为太阳能光伏电站,只是用光伏发电方式,利用太阳能资源的一种方式,自从太阳能能源方式问世以来,就被人们广泛研究。应用的行业也非常的广泛。
      一、太阳能光伏电站
      通过太阳能电池方阵将太阳能辐射光能转换为电能的发电站被称为太阳能光伏电站。太阳能光伏电站按照运行方式可分为独立太阳能光伏电站和并网太阳能光伏电站。未与公共电网相联接独立供电的太阳能光伏电站称为离网式光伏电站。与公共电网相联接且共同承担供电任务的太阳能光伏电站称为并网光伏电站。它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段、成为电力工业组成部分的重要发展方向,是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。并网系统由太阳能电池方阵、系统控制器、并网逆变器等组成。
      二、高原地区
      所谓高原地区是指平均海拔高度在1000米以上,面积广大,地形开阔,周边以明显的陡坡为界,比较完整的大面积隆起地区称为高原。高原与平原的主要区别是海拔较高,它以完整的大面积隆起区别于山地。它是在长期连续的大面积的地壳抬升运动中形成的。它以较大的高度区别于平原,又以较大的平缓地面和较小的起伏区别于山地。有的高原表面宽广平坦,地势起伏不大;有的高原则山峦起伏,地势变化很大。世界最高的高原是中国的青藏高原,面积最大的高原为巴西高原。每当高原高度升高一米,空气中的含氧量就就会降低。而氧气含量的降低,造成的影响除了对人是一种极限的挑战外,对设备的考验、对施工过程的考验都很严峻。在本篇文章中主要针对海拔5000米左右的高原环境。
      三、高原地区安装太阳能光伏电站
      太阳能光伏电站包含主要组件:太阳能板、太阳能板支架、电池、电池存放和防护装置、配电控制部分、各个部件之间的连接线缆。而在高原地区的太阳能光伏电站主要以“独立光伏电站系统”为主。不做并网使用。
      如下图所示系统介绍:
       独立的光伏发电站主要由:太阳能电池板组件方阵、方阵固定底架,电池箱体,电池组,控制箱等部分组成。
      电池板组件方阵为珍格格系统采集光能,转换为直流电,通过控制设备,存放到电池组中。电池组的电流输出为直流,也是通过控制设备送出到负载。
      从上面的描述总我们可以看到,最核心的部分就是我们的控制设备。也就是我们的控制箱体。而控制箱最核心的设备就是逆变器,那什么事逆变器呢:
      通常,把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流,把完成整流功能的电路称为整流电路,把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应,把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变,把完成逆变功能的电路称为逆变电路,把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。
      现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用的一门科学技术。它是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制(PWM)技术等学科基础之上的一门实用技术。它主要包括半导体功率集成器件及其应用、逆变电路和逆变控制技术3大部分。
      1、高原环境对光伏太阳能电站系统的影响
      高原地区地形复杂、环境恶劣、交通不便、维护困难、早晚间温差很大、气候多变、风力强势等诸多因素。太阳能电站作为一次性建立,长期使用的室外系统,必须要坚固、耐风、整个控制系统要有机组合,恒温控制。特别是电池组的电池活动受温度的影响最大,直接影响到电池的实用寿命。太阳能电池板的方阵底架必须具备抵抗强风的能力,在山野之中,风势的变换频繁,而且某些地区每日的风时可以达到12-16小时之多。而且整个底架需要高出地面一定的距离,一般0.6米――1.5米为宜,实际距离可根据实际状况确定。这个原因是冬天的降雪很严重,如遇到连续降雪,雪的厚度就会将电池板与地面的空隙填满。高出地面一定的距离就可防止大雪将电池板覆盖,影响采光。
      2、高原对施工人员的影响
      所有以上的部分,并不是最困难的,高原环境对人的考验是巨大,高原地区空气薄弱,人的体力,思维都收到影响,特别是人从低海拨地区到高海拔地区的过程中,必须要有一个过渡的过程。我们一般生活的地方海拨高度一般也就是几百左右,而且氧气的含量变化不大,一般的剧烈运动也感觉不到特别的难受和不舒服,一般来讲,在海拔高度为4270米的高处,氧气的含量只为海平面的58%。而在海拔5000米的地区,氧气含量更低,人的走路如果走的快了,都会感觉到吃力,头晕。而且反应强烈。所有在这些地方,突出的一个特点就是“慢”无论你做什么,都要放慢频率,而且尽量避免跑步等剧烈运动。人的心态要平和,不要动怒、置气、减少对心脏的压力。
      人员在去高海拔地区之前,必须调整身体状态。上山之前不可以感冒,如果感冒必须把感冒治疗好才可以上去。如果带感冒上山就容易得高原肺水肿、高原脑水肿,这些病在高原地区都是致命的,抢救不及时就会产生声明危险:治疗不及时,也会留下后遗症。所有在决定要去高原地区之前,项目的施工人员必须经过严格的体检,高血压,心脏病等患者严禁上山。并且在上山的前一个星期,要调节身体机能,食用一些可以帮主适应高原缺氧环境的食物和药物。
      若是在抵达高原后得感冒,问题到不是很大,及时治疗就可以了。若出现其他一些不能确定的症状就要及时下山治疗。
      3、高原对施工过程的影响
      在高原地区施工,气候和地质的影响,人员因素的影响,就一决定施工的进度,一个项目施工的进度可以影响到项目的利润和成本,二掌握到施工地点的诸多因素,就可以很好的控制节奏。在高原地区,温软的土质比较难遇到,大部分地区是沙石的混合,或是风化岩石,或是冻土层。而且一些机械工具在高海拔的地区工作效率和效果会大打折扣。工具由施工人员使用,所以工具的利用率看的还是整体施工组的身体素质。可以根据整体和个体情况,在施工前制定工作进度表,而在施工过程中,调整进度表。及时调整,灵活把握确保质量和进度。
      综合以上所述,在海拔5000米的高原地区安装太阳能光伏电站,是一个比较艰巨的任务,是对人们极限的一种挑战。而对高原地区来说,则是一种科技的进步和普及,待今后并网太阳能电站具备一定规模,相信我们的技术会更成熟。

  • 本文首先介绍了分布式新能源电网系统和风力发电系统的基本运行原理,然后介绍了国内外相关技术的发展历程以及技术现状,最后提出了一套基于无刷直流电机的分布式风力发电系统,并给出了相应的系统控制方案以及系统运行原理的论证分析。
    能源和环境是每个国家发展战略中不可忽略的重要的两个环节[1]。自从上世纪工业革命以来,各国的工业技术水平得到了飞速发展,人类生存质量得到了显著的提高,以火力发电为主的电网系统控制技术已经得到了相当完善的研究与应用。但与此同时,环境污染问题也变得越发严重。并且随着以煤炭、石油为主的传统能源的日益短缺,开发利用新型的、清洁的、可再生的能源,已经成为了当务之急。
      随着低碳经济的概念在全球范围内的推广,并且伴随着只能电网技术的飞速发展,开展基于可再生能源的电网控制技术研究,逐渐成为了各国科研人员的关注重点。以风力发电和太阳能发电为代表的新能源发电技术逐渐走进了人们的视野,并且受到了越来越多的关注。可以说,新能源发电系统是未来电力系统发展的必然方向,也是我国十二五工业4.0转型顺利推进的前提保障。所以,开展基于新能源发电系统的研究与应用,对于我国进一步提升国家竞争力,提升工业技术水平,具有十分重要的战略意义。
      1 分布式风力发电系统国内外研究现状
      分布式发电系统按照其能源来源分类,大致可以分为分布式风力发电系统与分布式太阳能发电系统。其中,风力发电以其资源保有量大、发电成本低,发电系统运行容错率高的特点,逐渐成为各国分布式新能源发电系统研究的主流方向。
      分布式风力发电系统主要由以下部件组成:风轮机、发电机、储能装置以及分布式风力发电系统控制器组成。随着机械控制技术的发展,风轮机经历了定桨距到变桨距的演变历程,其中,定桨距风轮机以其相对较高的控制稳定度,成为了分布式风力发电系统的首选。
      目前,风力发电机以永磁同步电机、双馈异步电机和无刷直流电机3大类为主。其中,永磁同步电机功率密度低,且机械结构复杂,加工难度成本高,逐渐被后两个取代,而双馈异步电机同样存在系统控制策略设计复杂的问题。无刷直流电机是近年来电气研究领域的新发现,其励磁、电枢绕组均设置在转子上,电流换向无需辅助装置,已经在风力发电市场中有了一席之地。
      风力发电系统控制器,一直以来都是风力发电系统研究的核心技术难点之一。其承担着系统各运行部件的实时监控、最大风能跟踪,负载需求管理等功能。随着DSP,FPGA等集成电路芯片的诞生,系统控制器的设计也由原先的硬件控制设计转为软件研发为主。可以说,系统控制器的设计水准,很大程度上决定了整个分布式风力发电系统的运行性能。
      2 分布式风力发电系统控制设计
      本文建立的分布式风力发电系统如图1所示。其基本运行原理如下:风轮机捕获风能,然后经无刷直流发电机将风能转换为电能,无刷直流输出端直接构造系统直流母线,直流负载直接挂接在直流母线上工作,交流负载可以通过直流母线电压外接逆变器实现供电,蓄电池通过双向DC/DC与直流母线交联,分布式风力发电系统控制器实现整个系统的监控、控制、调节功能,当双向DC/DC失效时,分布式风力发电系统控制器可以利用相关接触器控制,实现双向DC/DC的切投,此时蓄电池可以直接通过汇流条与直流母线相连,从而实现了系统的备份运行。
      双向DC/DC的设计选择是影响系统运行性能的关键。因双向DC/DC具有能量双向流动的特性,因此,仅采用一套电路即可实现蓄电池充放电的实时控制,可以显著节约系统硬件成本。基于控制复杂度考虑,双向DC/DC拓扑中的电子开关管不易过多,所以本文选择双向双管正激电路,其只需要2路两两互补的导通驱动信号,即可实现系统需求的控制功能。
      风力发电机与风轮机的合理选型,也是影响风力发电系统效率的另一个关键因素之一。基于无刷直流电机结构简单、运行可靠、容错率高的特点,本文选择电励磁无刷直流电机作为系统发电机,将其与定桨距风轮机采用传动轴直接连接的方式,降低了机械部件之间的损耗,并可进一步提高系统运行效率。
      分布式风力发电系统控制器是整个系统的核心部分,本文以主流的DSP2812为控制器基础单元,在芯片内部驻留母线电压、蓄电池电流双闭环控制策略,结合风轮机自身最大风能输出-转速特性,可以通过控制器调节双向DC/DC的电子开关管占空比,实现系统的最大风能跟踪,并且完成直流母线电压的调压控制。
      3 结语
      本文在介绍分布式风力发电系统的国内外研究现状的基础上,以无刷直流发电机为核心构架,在此基础上提出一种分布式风力发电系统,对该系统各关键组成部分进行了基本原理分析,并对该分布式风力发电系统控制策略进行了详细论证,初步论证了系统控制原理的可实现性。后续研究可以围绕系统仿真、系统样机试验验证展开,从而以更深入的切入点,论证本文所设计的分布式分布式风力发电系统的运行特性。并且,随着锂电池技术的发展,可以考虑用锂电池代替铅酸、镍镉蓄电池的方案可能性,以期得到更好的系统控制性能,最终实现一种高效、可靠的分布式风力发电系统。

  • 世界能源发展面临资源紧张、环境污染、气候变化三大难题。我国也亟需调整能源结构、发展清洁能源。风力发电作为可再生能源,取之不尽用之不竭,是一项朝阳产业。本文主要从风力发电机原理及风力发电技术入手,分析了双馈异步风力发电机与直驱永磁风力发电机的原理和特点,以及我国风力发电的现状。
      风能作为自然界的清洁可再生能源,取之不竭用之不尽,蕴量极其丰富。过去人们用风车抽水、磨面,用风帆助力轮船启航,而现在风力发电已越来越多的走进人们的视野,不仅因其清洁可再生,更重要的是当下能源的有限性和不可再生性、环境的污染加剧、气候的升温变化对人类的生存环境亮起了红灯,这都决定了必须发展清洁能源。风能作为清洁能源之一,在我国拥有一定的发展基础,随着能源结构的不断调整,风力发电将拥有广阔的发展前景。风力发电正在世界上形成一股热潮,因其燃料来源于大自然,不需人力就可以获取,同时也不会产生辐射和空气污染。风力发电在国外也很流行,在我国西部地区也大力提倡。风力发电利用的是自然能源,相对火电、核电等发电要更加绿色、环保。
      1 风力发电机
      风力发电机又称风车,是将风能转换为机械功的动力机械,机械功带动转子旋转,最终输出交流电的电力设备。广义地说,风能也是太阳能,所以也被称为风力发电机,是一种以太阳为热源,以大气为工作介质的热能利用发电机,一般说来,3级风就有利用的价值。
      风力发电的原理与传统的风车类似,风力和风速带动叶轮旋转来收集风能,通过增速机加速叶轮旋转的速度,从而实现发电机发电。但是单纯依靠发电机并不能完成发电,而是一套整体的运行系统。
      2 风力发电机类型
      目前投入商业运行的并网发电机可分为定浆定速型和变浆变速型两大类,装机的发电机一般分为笼型异步发电机、绕线式双馈异步发电机和永磁同步发电机三种。风力发电机组结构包括机舱、转子叶片、轴心、低速轴、齿轮箱、高速轴及其机械闸、发电机、偏航装置、电子控制器,液压系统、冷却元件、尾舵等。不同的风力发电机结构自然也不相同,该文重点研究双馈异步风力发电机和直驱永磁发电机。
      2.1 双馈异步风力发电机
      双馈异步风力发电机是目前应用最为广泛的风力发电机。主要由电机本体和冷却系统两部分组成,定子、转子和轴承系统组成电机本体,冷却系统分为水冷、空空冷和空水冷三种结构。
      所谓双馈,指的是有两个能量流动的通道,双端口馈电,即转子和定子都参与励磁,都可以发电,并且与电网有能量交换。变频器在双馈电机中必不可少,变频器主要应用于变频驱动技术,改变交流电动机工作电压的频率和幅度。在双馈异步发电机中,定子绕组直接与电网相连,转子绕组通过变频器与电网连接,从而达到频率与电压成比例地改变,既改变频率的同时控制变频器输出电压,又使电动机的磁通保持一定,满足用电负载和并网的要求。
      在双馈异步风力发电机中,变频器是一个重要的组成部分,它主要由设备侧变频器、直流电压中间电路、电网侧变频器、IGBT模块、控制电子单元五部分组成。工作原理主要是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。应用于风力发电机的主要是交―直―交变频器。是先将交流电经整流器转化成直流电,再经过逆变器把直流电变成频率和电压都可变的交流电。IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块在逆变整流的过程中发挥着重要作用,它虽然就是一个开关,却是线路导通和关断的关键环节。双馈异步风力发电机是由风机拖动齿轮箱,再带动发电机运行,齿轮箱可以变速1:100倍,以让风机在1500RPM(最高转速)下运行,目前流行的主要有1.25MW,1.5MW,2MW三种机型,异步发电机的机组单价低,1KW大概需6000元左右,而且技术成熟,国产化高。一对齿轮正确啮合的条件是两齿轮的模数和压力角分别对等,而在实际操作过程中,齿轮啮合不可避免的存在误差,容易产生摩擦噪声,所以也要定期检查齿轮箱润滑油供应是否充分。
      在实际操作过程中发现,双馈异步风力发电机因采用高速电机,具有体积小、重量轻,效率稿、价格低廉等优点,但同时由于增速齿轮箱结构复杂,容易疲劳损坏。
      2.2 直驱永磁同步发电机
      直驱,顾名思义直接驱动,是新型的电机直接和运动执行部分结合,即电机直接驱动机器运转,没有中间的机械传动环节,直驱式风力发电机也称无齿轮风力发电机。永磁,意为这种材料本身具有磁性,不是磁化得到的,一般不会退磁,永磁材料又称"硬磁材料"。一经磁化即能保持恒定磁性的材料,具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁。直驱永磁同步发电机,采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式,免去齿轮箱这一传统部件,同时增加磁极对数从而使得电机的额定转速下降。众所周知,齿轮箱是风力发电机组最容易出故障的部件,所以直驱永磁同步发电机的可靠性要高于双馈异步风力发电机。叶轮吸收风能后转化为机械能,通过主轴传递给发电机发电,发出的电通过全功率变流器之后过升压变压器上网。
      因此,没有齿轮箱的直驱永磁同步发电机,具有以下优点:省去了齿轮箱这一机械部件,传动结构得到进一步简化,传动损耗大大降低,提高了机组的可靠性,提高了发电效率,在低风速环境下优势更明显;机组的零部件数量也同步减少,避免零部件损坏,降低了运行维护成本;同时也大大降低了摩擦噪声,使设备性能更优,电网接入性能的优异也有利于电网的稳定运行。但同时也要看到,为了提高发电效率,发电机的极数非常大,吨位也相应更重,体积庞大,同时直驱永磁发电机的单价较贵,技术复杂。
      通过分析得出,直驱永磁风力发电机与双馈异步发电机相比优势更明显,是未来风电系统发展的一个重要方向,市场份额和占有率也会逐年增加,而且会成为海上风力发电机组的首选机型之一。随着技术的日臻成熟,也必将在我国风电机组中愈发重要。纵观风电机组现状得出,直驱永磁风力发电机与双馈异步风力发电机将并驾齐驱中国风电市场,成为我国风电市场上的两大主流机型。
      3 我国风力发电发展的现状
      煤炭是我国的主要能源之一,火力发电是目前我国主要的发电形式,但化石能源的不可再生性和污染性等等弊端已经危害到人类的生存和发展。提高清洁能源使用率、调整能源结构、发展可再生能源势在必行。当今世界能源发展面临着资源紧张、环境污染、气候变化三大难题,解决这些难题,必须走清洁发展道路。而风力发电技术已基本成熟,具有可推广可实施的可行性。
      据国家能源局网数据分析,2015年上半年中国共有270个风电场项目开工吊装,新增装机共5474台,装机容量为1010万千瓦,同比增长40.8%。其中,海上风电共装机50台,装机容量16.6万千瓦。从数据得出,我国风电发展势头强劲。
      我国幅员辽阔,海岸线长,风能资源比较丰富。根据最新风能太阳能资源评估图谱和数据,我国陆地70米高度平均风功率密度达到200瓦/平方米及以上等级的风能资源技术可开发量为50亿千瓦,全国陆地太阳能资源理论储量1.86万亿千瓦。主要分布在两大风带:一条是“三北(东北、 华北、 西北)地区丰富带”,二是东部沿海风带,另外内陆地区还有一些局部风能资源丰富区。
      4 结语
      我国风能资源如此丰厚,风力发电在我国有着广阔的发展前景,在国家大力提倡清洁能源的大背景下,更要提高风电机组的制造技术,打造国产化风电装备,同时做好风资源的测定和勘察工作,依托政策发展风电。面对全球化的环境污染和气候难题,寻找清洁能源是必经之路,发展风电也必将是关键环节之一。

  • 风电是当前新型能源的主流发展形式之一。随着能源紧张和环保压力的进一步加大,风力发电的需求与日剧增。我国风力资源丰沛,风力发电基础条件十分优越。文章围绕当前风力发电相关技术问题进行探讨,介绍了风力发电机组发展状况,讨论了风电并网对电网的负面影响及解决措施,阐述了当前发展风电技术的主要难题,最后对今后风力发电的前景进行了展望。
    21世纪,能源紧张和环保问题已经成为世界性难题。在这个大环境下,光伏太阳能、风力发电、水力发电等新型能源以其清洁无污染、高效、可持续发展等特点受到世界各国的高度重视,在经济发展和改善人居生活方面发挥了极为重要的作用。我国在新能源领域起步较晚,经过数年的发展,取得了阶段性成效。我国国土面积广大,横跨多个温度带,丰富的风力资源给风力发电创造了极为有利的条件。相关数据显示,到2013年底,我国风电新增装机容量已超过1.6万兆瓦,累计装机容量达到9万兆瓦,同比增长均超过了百分之二十,这个成绩在世界范围内也是名列前茅的。经过长期的研究和实践,风力发电在实际应用过程中存在的一些问题也逐渐引起人们的关注。其中,大型风电并网给电力系统在功率传输方向、电网电压、频率、系统稳定性、谐波污染、线路损耗和保护装置等方面所造成的影响最为突出,成为当前风力发电领域重点研究的关键性技术难题。截至目前,相关领域已经取得了一定成果,提高风电穿透功率、开展风功率预测、研究低电压穿越和动态无功补偿等技术对于上述问题有着较好的解决效果。受风能发电原理影响,风力发电功率的具有较强的随机性,波动范围较大,如果电网装机总量中风电装机容量所占比例较大,那么并网后就会对原电网造成较大冲击,威胁电网运行安全。通过调整风电场和电网原有电源间的出力对比,能够有效减少风电并网引发的安全问题,风电常规化是未来智能电网和分布式电源发电系统的重要发展方向,也是风力发电今后的主要发展趋势。
      1 风力发电设备发展现状概述
      截至目前,风力发电机组主要有三款机型投入使用,分别是恒速恒频异步发电机、变速恒频双馈异步和直驱永磁同步发电机。三种机型各有特点。其中,变速恒频系统适应性最广,能够在较大的风度变化范围内高效运转,并保持理想的叶尖速比和最大功率点,从而获得风电企业的广泛欢迎,成为当前风电领域使用最多的主流风电发电机型。此外,直驱永磁同步发电技术和全功率变流器的应用,进一步扩大了风电发展空间,其风电发展前景十分广阔。
      2 风电并网影响分析
      从电网架构上看,风电场多数位于电网外缘地区,电网系统控制力较弱,受外界影响波动较大。当风电场大规模并入电网时,会对原有电力系统潮流方向和继电保护问题造成较大冲击和影响。深入开展风电并网问题研究,对于降低风电并网负面影响,推动风力发电事业的发展意义重大。
      2.1 风电并网对电网功率流动方向的影响
      按照常规发电方式,电能由电源发出,经由输电线路到达配电网,配电网按相关设置将电能分配到各个用电区域。在这个过程中,电能传输方向始终保持不变。而风电场并入电网后,配电网中电流功率改为双向流动,潮流流动方式的改变,影响了电网继电保护整定效果。因此,风电并网后的电网应按双电源或多电源网络相关标准设置保护装置,整定值要按照规避风电并网冲击电流的要求设计。
      2.2 风电并网对电网调度的影响
      风力发电以自然风为能源,生产不规律的现象非常突出,生产过程中难以对变化趋势进行有效预估。风电并网后,电网装机容量增加,为保障电网供电正常稳定的备用容量要求也就更高。由于作为备用的火电机组往往需要很长时间才能投入运行,使得电网运行安全可靠性有所降低,限制了风电的并网。此外,风力发电功率大小变化往往与用电需求量相错位,用电高峰时风力发电量小,用电低估时风力发电量反而大。这个特性使得风电并网后电网调度工作难度大增。目前较好的解决方法是在用电低谷时将风力发电电能储存起来,到用电高峰时再投入使用,从而达到“削峰填谷”的效果。
      2.3 风电并网对配电网电能质量的影响
      风电并入电网后,等效于在配电网上增加了电源。风力发电受风能影响,其输出功率呈现出不规律、不可预估的变化,降低了电网电压的稳定性。当前电网中主要使用的是异步电机,为保障安全,必须配套足够的无功功率补偿,否则就会引发电网电压下降、闪变等问题。此外,由风力发电机组及其并网所使用的电力电子设备所造成的谐波污染也是风电并网对电网电能质量的负面影响之一。一般情况下,风电并网后的电网会安装并联电容器组、静止无功补偿器(SVC)、静止同步补偿器(STATCOM)、有源电力滤波器(APF)和动态电压恢复器(DVR)等设备以应对风电并网对配电网电能质量的负面影响。
      3 发展风力发电面临的技术难题
      当前困扰风电产业发展的技术性难题主要包括风电功率预测、风电场电力电子设备及相关技术和低电压穿越问题。它们严重制约了风电产业的发展,成为世界风电企业共同面对、必须予以解决的共性问题。
      4 未来风力发电技术展望
      当前,全球市场一体化趋势日渐明显,经济生产活动愈加频繁。经济的发展对能源的需求越来越高。风力发电等新型能源契合绿色环保理念,既保障了能源供给又减轻了环境压力,是今后能源产业的主要发展趋势。就风力发电自身而言,其未来的发展具有如下几个方面的特点。
      4.1 单机容量越来越大
      风电场的建设需要大面积土地。当前,土地资源紧张也是制约经济发展的一个重要问题。提高风电机组单机装机容量,在保障电力供应的同时降低土地成本,可以大幅提高风电项目经济效益水平。
      4.2 浆距可变趋势明显
      由于风能的不稳定性,通过调整风机叶片的浆距角保证叶尖速比处于最佳状态,从而最大限度利用风能发电,是今后风电产业的一个发展方向。同时,浆距可控有利于在意外情况发生时,减少风能捕获,实现机组停机。
      4.3 风电场的常规化
      这里的常规化指的是消除风电发电的不确定性,使其与传统发电形式、常规电厂的运作模式相一致,提高风力发电的可控性和利用效率,满足电网运行需求。
      4.4 风电场实现由陆地向海洋转移
      相较于陆地,海上风力资源更加丰富,同时,海上风电场的建立可以有效降低风电场对土地资源的占用。随着VSC-HVDC技术及其构成的多端直流输电技术的成熟,海上风电场已经成为今后风力发电的重要方向。
      5 结束语
      我国正处于经济体制改革的关键时期。能源短缺问题是滞缓我国改革事业顺畅推进的重要瓶颈。加快实施风力发电,对于推动我国国民经济建设发展,节约资源,保护环境都有着十分重要的积极作用。风电企业要加快风电技术研发,特别是风电并网技术难题的攻关,扫清风电发展障碍,为我国能源产业的健康发展作出保障。

  • 1995年,凯利・卡其波尔(KylieCatchpole)获得物理学学士学位后,选择了在当时看来毫无前途可言的光伏发电作为研究方向。“我意识到学这个有可能找不到工作。”她回忆到。但如今她的选择得到了回报,2006年,还在读博士后的她发现了能够大幅提高薄膜太阳能电池发电效率的办法,这一发现可以使太阳能发电比以往更具竞争力,使其像化石能源一样被广泛使用。
      薄膜太阳能电池由非晶硅、碲化镉等半导体材料制成,与传统的相对较厚且价格更高的晶体硅太阳能电池相比,其生产成本更加低廉。但是,由于薄膜电池的厚度小于照射光的波长,使得光被吸收的效率较低。薄膜电池的厚度只有几微米,只能微弱吸收光谱中近红外波段的能量,剩余部分波段能量全部损失。在光电转化效率上,薄膜电池为8%~12%,而晶体硅为14%~19%。因而,要产生同样的电能,需要安装更多的薄膜电池,从而限制了该技术的应用范围。
      卡其波尔如今已经是位于堪培拉的澳大利亚国立大学的一名研究员。早在2002年还在悉尼新南方威尔士大学读书时,她就开始了上述难题的攻关工作。“这有点重头再来的意味,你需要换个角度思考有没有一种全新的太阳能电池的制造方法。”她说,“曾经思考过的方案之一是利用电浆子光学,研究金属奇妙的光学特性。
      电浆子是一种波,产生于光线照射到金属表面瞬间电子的移动。已有人试图利用电浆子效应提高传统硅太阳能电池的效率,但尚未在薄膜电池上尝试。通过研究,卡其波尔发现,当光线照射时,封存在薄膜硅晶片上的银纳米粒子不会像镜子那样反射光线。相反,粒子表面产生的电浆子吸收了光子,使其在晶格内往复运动,使得晶片能够吸收更长波段的光能。
      卡其波尔在实验中获得了高于传统薄膜太阳能电池30%的电流强度。如果能把她的纳米粒子技术应用到大规模商用薄膜电池生产中,将有可能打破现有太阳能电池技术的格局。薄膜光电技术不仅可以获得市场(目前在美国仅占有30%的市场份额),而且能从总体上促进太阳能行业的持续发展。
      目前,硅已被碲化镉取代作为薄膜太阳能电池的制造原料(该市场的领跑者――First Sloar公司,计划建造千兆瓦级的太阳能发电场,采用碲化镉薄膜发电技术,产能将与传统电站相当)。但碲是一种稀有元素,专家认为其市场供应可能无法满足如此大的需求。“碲元素的储备量远不足以改变光电产业格局,”卡其波尔说,“所以解决问题还得依靠硅。”
      曾有公司找过她购买技术,但她希望投入商业化之前能把这一技术做得更完善。与此同时,墨尔本的斯威本科技大学的研究人员正在与无锡尚德太阳能电力有限公司开展合作,共同开发自己的电浆子薄膜硅电池。尚德公司是世界上最大的硅电池制造商,该公司的电浆子光伏电池有望在四年内上市。

  •  预应力混凝土管桩采用离心和预应力工艺成型的圆环形截面的预应力混凝土管桩,简称管桩。

    二、分类

          预应力混凝土管桩分为三类:桩身混凝土强度等级为C80及以上的管桩为高强度混凝土管桩(简称PHC桩),桩身混凝土强度等级为C60的管桩为混凝土管桩(简称PC桩),主筋配筋形式为预应力钢棒和普通钢筋组合布置的高强混凝土管桩为混合配筋管桩(简称PRC管桩)。陕西建工安装集团新能源有限公司管桩厂主要生产PHC和PC这两种管桩。


    三、特点
    1、单桩承载力高,抗弯性能好。
    它采用了预应力混凝土用钢棒,先张法预应力张拉工艺。有较高的抗裂弯矩与极限弯矩。其桩身承载力比其他桩种高2-5倍。
    2、适用范围广。
    混凝土管桩适用于工业与民用建筑的承台桩基础,铁路、公路与桥梁、巷口、码头、水利、市政、构筑物及大型设备等工程基础。
    3、对地质条件适应性较强。
    由于桩身混凝土强度高,密实奈打,有较强的穿透能力,对持力层起伏变化大的地质条件有较强的适应性。
    4、运输吊桩方便,接桩快捷。
    管桩节长短,桩身又有预应力,起吊时用特制的吊钩勾住管桩两端就可以方便的吊起来。接桩采用焊接法,若两个电焊工一起工作,直径500的管桩,一个接头约20分钟左右就可以焊接好。
    5、经济效益好。
    其生产施工周期短,效率高,回报快,施工现场简单,便于管理,可节约施工费用,单位承载力造价低,综合经济效益好。


    四、施工工艺及流程图



    五、施工工法

          混凝土管桩的施工工法有锤击法、静压法、植桩法、中掘法、高频震动法等,其中最为常用的是锤击法和静压法。
    1.锤击法打桩施工的优点是穿层能力强、承载力高、施工成本较低;缺点是存在着噪音及振动污染,且易造成桩身开裂、破碎和桩身倾斜。
    2.静压法施工的优点是成桩后承载力直观可预测、噪音和振动不明显,适合在市区人口密集地区施工;缺点是穿层能力差,对机械装备的性能要求较高。在建筑密集的旧城区或附近存在着对挤土效应敏感的设施的地区施工,则宜考虑预钻孔插桩施工法或相应采取 其他辅助沉桩措施。

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