新能源-新能源发电与技术

主要内容第一章核能第二章风能第三章生物质能第四章氢能第五章太阳能及发电第六章地热能第七章潮汐能第一页，共626页。第一章

核能

nuclearenergy第二页，共626页。核能概述核能的来源链式反应和反应堆各种类型的核电站第三页，共626页。一、核能概述1.安全洁净的能源

少污染少废物少辐射2.有竞争力的能源第四页，共626页。Coal70NaturalGas0Oil30Nuclear0SO2排放(千兆瓦装置）（千吨/每年）Coal26Naturalgas16Oil14Nuclear0NO2排放(千兆瓦装置

)（千吨/每年）CO2排放(千兆瓦装置

)（千吨/每年）Coal6000NaturalGas3000Oil5000Nuclear0第五页，共626页。放射性废物：固体、液体、气体（固体贮存，废气废液排放）核电站产生的废物是煤电站的十万分之五第六页，共626页。核电站的微量辐射对人们不构成危险。周围的自然环境充满着辐射，常来自土壤、水和空气中的天然放射性以及宇宙线辐射。核电站排出的水1－10微微居里／升家用水20″河水10－100″啤酒130″海水350″威士忌酒1200″牛奶1400″各种液体的放射性水准

第七页，共626页。核电站排放物会使人的一生寿命缩短24秒。这与因抽烟缩短寿命7－10年相比，可以说微乎其微减寿因素平均缩短寿命体重超过正常的25%3.6年男性比女性短寿3.0年抽烟每天1盒7.0年每天2盒10.0年居住在城市5.0年1970年核电站辐射小于1分钟2000年核电站发电量小于30分钟第八页，共626页。1973年开始，主要工业国的核电成本与火电相当。随着石油调价和核电技术的逐步成熟，核电成本已经低于其他电站的成本。Energyconversion-FuelsFirewood16MJ/kgBrowncoal9MJ/kgBlackcoal(lowQuality)13-20MJ/kgBlackcoal24-30MJ/kgNaturalGas39MJ/m3CrudeOil45-46MJ/kgUraniuminlightwaterreactor500,000MJ/kg第九页，共626页。二、核能的来源地球上存在的元素中，第92号元素铀是唯一容易裂变的元素天然铀有三种同位素：铀238，占99.27%；铀235，占0.724%；铀234，占0.006%。0.724%为铀235的天然丰度。任意找来十万个铀原子，其中的铀235原子是七百多个。第十页，共626页。原子核的结合能：中子和质子形成原子核时会放出的能量。Eintein的质能关系式可求得结合能大小：

ΔE=Δmc2

不同原子核俘获中子后得到的结合能不同。第十一页，共626页。当A<60或A>60的原子核由于某种原因向A=60这个方向变换时，比结合能增大。也就是说，在这样变换时必定伴随着能量的释放。核能的实际利用有两种方法:核裂变方法；轻核聚变方法。核裂变核聚变第十二页，共626页。核裂变自然界存在的天然铀：238U、235U、234U，仅235U在热中子作用下会发生裂变，也可通过反应堆运行制取233U、239Pu等易裂变核素目前世界上己建成的核反应堆绝大部分是以235U作为燃料。第十三页，共626页。第十四页，共626页。核聚变轻核聚变反应：两个较轻的原子核聚合成一个较重的原子核，同时放出巨大的能量由于原子核间有很强的静电排斥力，因此在一般条件下，发生聚变反应的概率很小。第十五页，共626页。太阳和其他恒星能量的来源：在太阳等恒星内部，因压力、温度极高，轻核有足够的动能克服静电斥力而发生持续聚变。氢弹：利用氢的同位素氘、氚原子核的聚变反应，瞬时间释放出巨额能量以达到毁伤效果的核武器（也称聚变弹或热核弹）。第十六页，共626页。第十七页，共626页。核聚变的主要问题：它们都带正电，会彼此排斥。只有当原子间距离小到使核力发挥作用时，才能发生聚变反应。等离子体第十八页，共626页。目前有代表性的实验装置：环形系统、仿真器型、磁镜型、角向收缩型和激光打靶型。前四种用磁场约束，第五种靠惯性约束；前三种为稳态或准稳态运行，后两种为快脉冲和超快脉冲运行。第十九页，共626页。第二十页，共626页。聚变有望能彻底解决人类的能源问题：轻核聚变用的核燃料系氘和锂-6可以大量从海水中获取，得到比世界储油量多10亿倍的能量，可供人类500亿年之用。第二十一页，共626页。三、链式反应和反应堆1.链式反应K有效=（系统内中子的产生率）/（系统内中子的吸收率+系统内中子的泄漏率）K有效=1，反应堆处于临界状态，即稳定运行工况。K有效<1，反应堆处于次临界状态，即降功率或停堆过程。K有效>1，反应堆处于超临界状态，即开堆或提升功率过程。第二十二页，共626页。第二十三页，共626页。2.反应堆的分类（1）按用途分：生产堆：生产核武器装料用的反应堆。为军用服务。动力堆：提供动力用的反应堆，最主要的是核电站和核潜艇用的反应堆。研究堆：为了从事核物理、反应堆材料、核工程等研究用的反应堆。（2）按反应堆采用的冷却剂分类：水冷堆、气冷堆、有机介质堆、液态金属冷却堆第二十四页，共626页。（3）按反应堆采用的核燃料分类：天然铀堆、浓缩铀堆、钍堆（4）按反应堆采用的慢化剂分类：石墨堆、轻水堆、重水堆（5）按核燃料的分布分类：均匀堆、非均匀堆。（6）按中子的能量分类：热中子堆：堆内核裂变由热中子引起。快中子堆：堆内核裂变由快中子引起。第二十五页，共626页。3.反应堆的组成反应堆主要由堆芯、反射层、屏蔽层等几部分组成。第二十六页，共626页。四、各种类型的核电站（1）压水堆核电站（2）沸水堆核电站（3）重水堆核电站（4）气冷堆核电站（5）快中子增殖反应堆第二十七页，共626页。（1）压水堆核电站：技术上最为成熟的一种核发电装置。发展经历了四个阶段：实验型核电站→示范型核电站→商用核电站→大型核电站（单堆总电功率1000兆瓦以上）第二十八页，共626页。热能-电能转换系统(或称二回路系统)，它与常规电站的动力回路没有显著差别。核供汽系统(或称一回路系统)，它是将反应堆核燃料释放的热能送往蒸汽发生器使之产生蒸汽的装置。第二十九页，共626页。按照压水堆的工作原理，原则上不允许冷却剂水发生沸腾。为了得到高温水，反应堆必须在高压力(15.5兆帕左右)状态下工作。压水堆主要由堆芯、堆内构件、压力容器和控制棒驱动机构等部件组成第三十页，共626页。压水堆核电站一回路系统的主要设备除反应堆外，还有蒸汽发生器、冷却剂泵、稳压器以及相应的管道阀门。蒸汽发生器是一个热交换设备，用来将冷却剂的热量传递给二回路侧工质(水)以产生一定压力、温度的蒸汽。第三十一页，共626页。第三十二页，共626页。冷却剂泵分屏蔽泵和轴封泵两种型式。近代压水堆核电站的冷却剂泵一股都采用立式单级轴封泵，这种泵的特点是泵和电动机分开，流量大，耐高温、高压。第三十三页，共626页。稳压器的结构形式是多种多样的。现代大型压水堆核电站一般都采用立式圆筒形电加热蒸汽稳压器。第三十四页，共626页。（2）沸水堆核电站采用轻水作减速剂和冷却剂，与压水堆相比较，具有以下特点：在反应堆本体内直接产生蒸汽，并直接作为工质送入汽轮机。但沸水堆堆芯不如压水堆紧凑。沸水堆电站系统比较简单，系单回路循环。只能从反应堆底部引入控制棒驱动系统及堆芯检测仪表系统，因而使维护检修不便，且反应堆底部应力集中。第三十五页，共626页。第三十六页，共626页。其蒸汽带有一定的放射性。采用喷射泵提高冷却剂的循环能力，安全壳带弛压系统。可用控制棒以及改变再循环泵的流量来控制调节功率。运行灵活。但燃料比功率小。第三十七页，共626页。沸水堆电站与压水堆电站各有其优缺点，在技术上和经济上不相上下。是目前国外核电站中仅次于压水堆的主要堆型之一，约占总核发电容量的28%。第三十八页，共626页。（3）重水堆核电站以重水为减速剂的反应堆称重水堆。重水堆的冷却剂可以用重水，也可以用轻水、有机物质或CO2气体。与轻水堆比较，重水堆的主要优点是：因重水的中子慢化能力好，故可以采用价格便宜的天然铀作燃料。能更有效地利用核燃料。由于可连续更换燃料，产钚量比压水堆的高2倍左右。第三十九页，共626页。重水堆主要问题：重水的用量大，价格昂贵；重水回路设备比较复杂，造价高；基本投资费高；重水的泄漏会造成“氚害”。重水堆核电站主要型式是“坎杜”

(CANDU)型重水堆。第四十页，共626页。第四十一页，共626页。第四十二页，共626页。（4）气冷堆核电站气冷堆是用气体（二氧化碳或氦气）作冷却剂、石墨作慢化剂的一种反应堆。把从堆芯出来的高温气体输送到蒸汽发生器中，将热量传递给二回路的给水以产生蒸汽。主要特点：可在不太高的反应堆运行压力下得到较高的冷却剂出口温度从而可提高电站的循环冷却剂的流量和加大堆芯的传热面积。因而气冷堆的体积大，压送冷却剂的功率消耗十分可观，堆芯布置也没有水冷堆的紧凑。第四十三页，共626页。第四十四页，共626页。第四十五页，共626页。（5）快中子增殖反应堆快中子反应堆是指由平均能量为0.1兆电子伏以上的快中子引起核裂变的反应堆，简称为快堆。在快中子反应堆中，中子可以使238U转变为易裂变的239Pu，其转换比可以大于1（称为增殖比），而在轻水堆中转换比一般仅为0.5左右，由于快堆具有增殖能力，因此通常又称为快中子增殖反应堆。第四十六页，共626页。快中子反应堆中，90~93%的燃料是238U，其余为易裂变同位素。如下图，反应堆布置成两个区域，中央是布置易裂变同位素的活性区，四周是布置被称为“肥料”的再生区。12A-ABB12B-BAA1-再生区2-活性区第四十七页，共626页。快中子反应堆特点：从理论上说，在快堆的燃料循环中基本上可以燃尽天然铀，即使考虑到燃耗深度限制和后处理回收损失等因素，铀资源利用率也可以达到60~70%甚至更高的水平。快中子反应堆内的中子应保持高速度，快堆内没有慢化剂。快堆的冷却剂必须是导热性能好而又不会慢化和俘获中子的介质。常用的较为理想的快堆冷却剂有两种：一种是液态金属钠或钠钾合金，另一种是氦气。第四十八页，共626页。液态金属冷却快中子增殖反应堆：常以钠作冷却剂。钠是对中子的吸收和慢化作用较小，有优异的传热能力，沸点很高，可以使冷却剂回路在低压高温下工作。由于工作压力低，钠管道和设备的泄漏问题易于解决。用钠作冷却剂的缺点是：与水会发生剧烈反应，形成氢化物。钠在辐照下容易活化，形成放射性同位素22Na和24Na。由于钠能吸附裂变产物和本身易被活化，因此钠会变成一个强放射源，这一点在设计中必须予以重视。第四十九页，共626页。英、法等国家设计采用池式布置方案第五十页，共626页。美国、联邦德国、日本等国家设计采用的回路式布置方案概图。第五十一页，共626页。气体冷却中子增殖反应堆氦气是惰性气体。其优点是：化学性质稳定；不易与中子发生作用，有较高的增殖能力；在气冷快堆的工作压力和工作温度范围内不发生相变；临界温度很低，故逸入氦气中的氪、氙裂变气体和空气之类杂质易于在低温下用吸附方法清除。不足之处：一是氦气的传热性能较液体冷却剂差，必须将氦气加压到8~10兆帕，用增加流速等措施提高传热能力；二是氦气价格昂贵且易于泄漏，这要求一次系统的部件和设备严格密封。第五十二页，共626页。第二章

风能

第五十三页，共626页。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1.4×1016千瓦时电力能力，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。第五十四页，共626页。第五十五页，共626页。第五十六页，共626页。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。第五十七页，共626页。加強可再生能源的使用

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。

第五十八页，共626页。加强可再生能源的使用在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。第五十九页，共626页。第六十页，共626页。第六十一页，共626页。第六十二页，共626页。第六十三页，共626页。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第六十四页，共626页。第六十五页，共626页。第六十六页，共626页。第六十七页，共626页。全球风电装机容量增长趋势资料来源：GWEA，海通证券研究所第六十八页，共626页。风及风能风的形成风的变化风力等级

风能特点第六十九页，共626页。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。

第七十页，共626页。地球上风的运动方向

第七十一页，共626页。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关于科里奥利力第七十二页，共626页。我们先从一个简单的例子说起。如图：设在以角速度ω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。ABOB‘引例第七十三页，共626页。

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。第七十四页，共626页。

利用此例可导出科里奥利力的定量公式。以转动系为参考系，球从A到达B’的时间是 △t’=（OA－OB）/V’在△t’时间内球偏离AB的距离

BB’=（V1－V2）△t’

=ω（OA－OB）△t’

=V’ω在△t’很小的情况下，可以认为沿BB’的运动是匀加速运动而初速为0，以a’表示以加速度应用BB’=1/2a’，与上一结果比较可得：a’=2V’ω。在此转动参考系内形式地应用牛顿第二定律，可得科里奥利力大小为

FC=ma’=2mV’ω在此例中，圆盘沿逆时针方向转动，科里奥利力方向指向质点运动的右方。同理，如果圆盘沿顺时针方向转动，则科里奥利力的方向指向质点运动的左方。第七十五页，共626页。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ω）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=2mV×ω。

第七十六页，共626页。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第七十七页，共626页。白昼海陆风

第七十八页，共626页。夜间陆海风

第七十九页，共626页。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第八十页，共626页。山谷风降温快（冷源）降温快（冷源）降温慢（热源）山风山风的形成第八十一页，共626页。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。

第八十二页，共626页。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”。

第八十三页，共626页。风能的计算风能密度的计算公式：风能ω=0.5ρν3A风能密度W=（ρ∑Niνi3）/（2N）式中W——平均风能密度，W/m2νi——等级风速，m/sNi——等级风速νi出现的次数N——各等级风速出现的总次数ρ——空气密度，kg/m3第八十四页，共626页。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/m2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。第八十五页，共626页。风力等级表

注：本表所列风速是指平地上离地10米处的风速值第八十六页，共626页。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。。第八十七页，共626页。风能特点三大弱点：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。第八十八页，共626页。风能利用

第八十九页，共626页。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。第九十页，共626页。风力发电常用方式

一、独立运行方式二、风力发电与其他发电方式相结合三、风力发电并入常规电网运行那种最佳？第九十一页，共626页。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）第九十二页，共626页。风力发电第九十三页，共626页。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。第九十四页，共626页。风力发电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。

第九十五页，共626页。PHOTOVOLTAICCELLS第九十六页，共626页。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。

第九十七页，共626页。全球的风电发展

１８９１年，世界首台风力发电机由丹麦ＬａＣｏｕｒ教授研制成功，单机容量９千瓦。现在５００～６００（1500）千瓦级的机组已成为风力发电的主力机组，１０００（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７．１９万千瓦。

第九十八页，共626页。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。

第九十九页，共626页。全球的风电发展

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。

第一百页，共626页。丹麦风能相当于两个核电站

1999年丹麦生产的风力发电机，发电功率达1800兆瓦，相当于两座核电站；风电产值达15亿美元，占世界风电市场的一半。世界10大风力机生产厂家有5家在丹麦，世界60％以上的风力机制造厂都使用丹麦的技术。

第一百零一页，共626页。丹麦风能相当于两个核电站在丹麦，随风转动的乳白色三叶发电风轮随处可见。世人常说荷兰是风车王国，但若以现代发电风车而论，“风车王国”的桂冠当属丹麦。全球开发利用风电的国家约50个，而丹麦是其中的成功典型。在这个只有500万人口、4.3万平方公里的国土上，风车的数量却高达5344架；两万从事风电产业的人员，提供了世界上1/2的风机、全国1/4的电力（~2000年）。欧洲人从丹麦看到了绿色能源的希望，把风电誉为“欧洲微软”。按政府规划，2030年要上升到50％。

第一百零二页，共626页。

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

第一百零三页，共626页。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。第一百零四页，共626页。1998年世界各国风电裝机容量排名表

第一百零五页，共626页。2008年全球风电总装机容量和新增量

第一百零六页，共626页。全球装机容量增长趋势第一百零七页，共626页。风力机

第一百零八页，共626页。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。第一百零九页，共626页。风力机

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。第一百一十页，共626页。风力机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。

第一百一十一页，共626页。风力机英国在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。

第一百一十二页，共626页。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。

第一百一十三页，共626页。风力机的分类

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、三叶式和多叶式，按气流方向分顺风式和逆风式，还有扩散器式、集中器式等。垂直轴风力机有Ｓ型叶片式、Ｓ型多叶片式、Ф型风轮、太阳能风力透平、偏导器式等。第一百一十四页，共626页。风力机的分类

以风轮作为风能接收装置的常规风力机为例，按风轮转轴相对于气流的方向可分为水平轴风轮式(转轴平行于气流方向)、侧风水平轴风轮式(转轴平行于地面、垂直于气流方向)和垂直轴风轮式(转轴同时垂直于地面和气流方向)。第一百一十五页，共626页。风力机（a）水平轴风力机(b)垂直轴风力机；

第一百一十六页，共626页。

风力机（风力发电机的功率分）微型风力发电机，其额定功率为50~1000W小型风力发电机，其额定功率为1~10kW中型风力发电机，其额定功率为10~100kW大型风力发电机，其额定功率大于100kW。第一百一十七页，共626页。阻力型和升力型风力机

S型风轮为阻力型风力机，由芬兰工程师(SigurdSavonius，1925)发明，2个半圆筒叶片组成S型，凹面和凸面叶片对空气流阻力之差推动风轮旋转。S型风轮具有很多优点：叶片设计简单；不受风向限制；启动力矩大；噪音小；发电机可置于风轮下或地面，因而安装和维护的费用都较低。但直筒形S型风轮因风能利用率较低(为0.15)，发展速度缓慢。第一百一十八页，共626页。升力型

风力机原理

第一百一十九页，共626页。阻力型

风力机（杯式）第一百二十页，共626页。升力型

风力机（D型风轮）达里厄式风轮（D型风轮）是法国达里厄（G.J.MDarrieus）于1925年发明的,1931年取得专利权。在20世纪70年代石油危机后，加拿大国家科学研究院和美国圣地亚国家实验室对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。现在有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。

第一百二十一页，共626页。升力型

风力机（D型风轮）第一百二十二页，共626页。风力系统示意图

第一百二十三页，共626页。风力接收装置内的主要部件

第一百二十四页，共626页。第一百二十五页，共626页。风力发电的原理风力发电机的组成风轮（空气的动能风轮旋转的机械能）空气动力学的升力、阻力发电机（包括传动装置）调向器（尾翼）塔架限速安全机构储能装置第一百二十六页，共626页。第一百二十七页，共626页。WindmotorWindturbine第一百二十八页，共626页。金风科技3000kW系列风力发电机混合传动技术，有效减小传动系统的尺寸和重量，运行可靠性高发电机励磁方式结构简单，低风速发电效率高刹车系统改进，机组安全冗余度提高无碳刷结构，维护和使用成本降低载人电梯设计，人员维护强度减小全功率变流设计，具有低电压穿越能力，并网特性优越第一百二十九页，共626页。风力机世界上已有数万台风力机在运行，作为辅助能源正在发挥这巨大的作用。但风力机仍存在若干不足之处，首先是能量输出不稳定，特别是大型风力机的利用率低，作为独立能源的条件还不具备；其次，风力机的安全可靠性尚无充分保障；另外，风力机的成本在短期内尚不足以与矿物燃料相竞争。但是，随着人类对能源需求量的日益增多和科学技术的发展，上述问题终会得到解决。

第一百三十页，共626页。ELECTRICWINDTURBINES(USA)*topricesoneshouldaddcostofimportation(9%customsduties),22%VATandcarriage.第一百三十一页，共626页。ELECTRICWINDTURBINES(SPAIN)*topricesoneshouldaddcostofimportation(9%customsduties),22%VATandcarriage.第一百三十二页，共626页。ELECTRICWINDTURBINES(GERMANY)*topricesoneshouldaddcostofimportationand22%VAT.第一百三十三页，共626页。HIGHPOWERWINDTURBINES*Topricesoneshouldaddcostofimportationand22%VAT(pricesaredependentonalsofromheightsofmast-intableonegavepricesforexample-heightsofmast).第一百三十四页，共626页。垂直轴风力发电机FD5.0-3KW风力发电机（28000元/台）

C型叶片半径(bladeradius)r:260mm

额定风速（ratedwindspeed）:10m/s

额定功率（ratedoutputpower）:3000w

最大功率（maxpower）:4500w

输出电压（outputVoltage）:220V

启动风速（startupwindspeed）:3m/s

工作风速（workwindspeed）:3-25m/s

安全风速（securitywindspeed）：40m/s

塔架类型（towertype）:直径133mm的拉锁钢管（∮133mmpullwiretubulartower）

塔高（towerhigh）:8m

顶部质量（topquality）:215kg

输出控制系统（outputcontrollersystem）：控制器和纯正弦波逆变器(controller&winewaveinverter)

使用寿命（servicelife）:20-25year

可带负载：空调、加油站、收费站、冰箱、洗衣机、水泵、电饭锅、彩电、照明、电风扇、充电

第一百三十五页，共626页。垂直轴风力发电机第一百三十六页，共626页。垂直轴风力发电机第一百三十七页，共626页。WindTurbineWINDTURBINEAIR403第一百三十八页，共626页。第一百三十九页，共626页。第一百四十页，共626页。第一百四十一页，共626页。第一百四十二页，共626页。第一百四十三页，共626页。第一百四十四页，共626页。第一百四十五页，共626页。第一百四十六页，共626页。第一百四十七页，共626页。第一百四十八页，共626页。第一百四十九页，共626页。第一百五十页，共626页。第一百五十一页，共626页。第一百五十二页，共626页。第一百五十三页，共626页。第一百五十四页，共626页。第一百五十五页，共626页。第一百五十六页，共626页。第一百五十七页，共626页。第一百五十八页，共626页。第一百五十九页，共626页。第一百六十页，共626页。DanishWindTurbines第一百六十一页，共626页。TjæreborgWindTurbine,locatednearEsbjerg,Denmark第一百六十二页，共626页。NibeAandB2x630kWwindturbines,locatednearNibe,Denmark第一百六十三页，共626页。MasnedøWindFarm3,75MW,5turbineslocatedatMasnedø,Denmark第一百六十四页，共626页。KappelWindFarm9,6MW,24turbines,locatedatLolland,Denmark第一百六十五页，共626页。Liftofnacelle-TjæreborgWindTurbine,locatednearEsbjerg,Denmark第一百六十六页，共626页。第一百六十七页，共626页。风能利用

的巨大优势

第一百六十八页，共626页。风能利用的巨大优势

风力资源非常丰富风力资源是清洁型，节约型能源风能是一种便宜的能源风能对土地的占用率极小风能非常安全内陆地区的风能利用能带来更好的经济效益

第一百六十九页，共626页。风能利用的巨大优势风能技术有广泛的适用性风能技术对于发展中国家来说是比较理想的风能的利用是一种先进技术的利用风能的发展增加就业机会风力发电机有非常好的可靠性第一百七十页，共626页。丰富的风力资源

风力资源不但丰富而且是可再生的资源。有很多国家正计划把大量消耗的电量由风力发电来提供，而丹麦就是其中国家之一。按照丹麦的政府计划（能源21），到2030年，全国的用电量有50%将来源于风力发电。如果把沿欧洲海岸边上的风力资源全利用上，其所产生的电量将会是全欧洲供电量的几倍。就丹麦而言，全国40%的耗电量可由安装在浅海区域的1千平方公里的海上风厂提供。

第一百七十一页，共626页。风力资源是清洁型，节约型能源

风力发电机消耗能源仅发生在从空气的带动到发动机的过程中，一个新型的1,000KW风力发电机年平均可减少其他电力资源所产生的2,000吨二氧化碳。（根据统计:每节约1度(kW.h)电，就相应节约了0.36千克标准煤，同时减少污染排放0.272千克碳，0.785千克二氧化碳。）第一百七十二页，共626页。风能是一种便宜的能源

风能已成为现有能源中最便宜的可更新的能源。由于风能的构成由风的立方变化数构成（如风速的立方数），其经济效益很大程度上取决于风场的风力怎样，所以安装越多风力发电机的风场具有越高的经济效益。发展改革委发布的《关于完善风力发电上网电价政策的通知》：四个区域的风电标杆电价水平分别为每千瓦时0.51元、0.54元、0.58元和0.61元。第一百七十三页，共626页。风能是一种便宜的能源

据丹麦电力公司的报导，来自风力发电的居民用电价格每度相当于配有排烟装置以煤炭为燃料的发电站的电的价格，则为0.04USD/度,这也是欧洲范围内的居民用电的平均价格。第一百七十四页，共626页。各种能源价格的比较

第一百七十五页，共626页。风能对土地的占用率极小

在一个建好的典型的风场，风力发电机及交通所用的道路仅占整个风场面积的1%，其余99%的面积可作为正常的农用或其他使用。一个占用36平方米或0.0036公顷的风力发电机每年产生120万到180万度电，别的生物能源则需要占用于154公顷的土地才能产生130万度电。太阳能则需要1.4公顷的面积才能产生同等数量的度电。

第一百七十六页，共626页。安全的风能

就环境保护而言，风力资源的利用不产生辐射和残渣物。对此，我们有可证实的安全记录。在风力工业中，死亡性的事故仅可能发生在建设和维修工作中。

第一百七十七页，共626页。风力发电机与野生动物的和平共处

在风力发电机下面，您仍然可以看到这样的景象：鹿，牛等牲畜如往常一样地吃草，羊还会在风力发电机下寻找避阴处。对于鸟类而言，死亡率趋向于发生在象电线，电线杆等类似的建筑物，而直接受风力发电机的影响却很小。第一百七十八页，共626页。内陆地区的风能利用能带来更好的经济效益

鉴于沿海地区的岛屿风力状况，建立风场是比较理想的。实际上在内陆也能使风力发电机能产生更好的经济效益。当风经过山坡或山区的时候，风被压缩之后风速也相对明显地提高了。

第一百七十九页，共626页。风能技术的广泛适用性

风能的实用范围广：从为最小灯塔的电池充电和到供给偏远地区的居民用电大到工业型用电供应1.5兆瓦（相当于1千户家庭用电量）。

第一百八十页，共626页。风能技术的广泛适用性

风能技术也有其他更有经济价值的用途包括把风能与柴油备用发电机相结合用于全世界几个小型完全隔离的电网。在大西洋和地中海的岛屿中用于社区植物净化是风能的另一最新用途。

第一百八十一页，共626页。风能技术对于发展中国家来说是比较理想的

尽管风力发电机的设计已经成为一种高科技，但它的安装对发展中国家来说也是容易的，并可在当地进行维修和服务。风力发电机生产厂家对人员提供培训。风力发电机的安装增加当地的就业机会，当地厂家经常生产风力发电机的重型部份如塔筒，一般不同的地区有着不同标准的安装进度.

第一百八十二页，共626页。风能技术对于发展中国家来说是比较理想的

对于发展中的地区来说，昂贵的燃油供应成为其他几种发电机技术最主要的绊脚石，但风力发电机并不存在这样的问题。印度已成为世界上风力发电机本地化最广泛的发展中国家，而中国正领导着东亚地区的市场。

第一百八十三页，共626页。风能的利用是

一种先进技术的利用据丹麦从1980年到1995年的记录，由于空气动力学，建筑动力学及微气象学的先进技术使每平方米单位的风轮扫风面积年平均增长了5%。新的技术还在不断被引用到风力发电机行业中。丹麦风力发电机的重量在过去5年内已减少一半，声级也在过去的3年内减小了一半，而每个风力发电机的能源输出量在过去的15年内却增加了100倍。第一百八十四页，共626页。风能的发展增加就业机会

至今，风力工业已在全世界范围内增加了50,000多个就业机会。风力工业逐步走向多国家化，风力工业的完整化也使其相应的部件生产逐步建立新的市场。就丹麦而言，有15,000多人以风能这个行业为生：风力发电机的设计，制造，部件的生产，提供咨询和机械服务。今天的丹麦在风力工业就业的人比在其他领域如渔业还多。丹麦生产的风力发电机在其他国家提供5，000多个职位，象风力发电机的安装，风力发电机部件如发动机和齿轮箱等部件的生产。

第一百八十五页，共626页。风能的广泛性

来自欧洲几个国家如丹麦，德国，荷兰及英国投票选举的结果是70%以上的人愿意用风能来作为电力供应。居住在风力发电机周围的人们更是倾向于风能的使用，80%的人都热衷于风能使用。在丹麦，每100,000多户人家就享有散布在全国6,000多台风力发电机中的其中一台.在丹麦，超过80%的风能是被私人个体或风力合作者所拥有。

第一百八十六页，共626页。风力发电机的可靠性

风力发电机仅在有风的时候产生能源，而且风能的产量也随阵风的变化而变化。考虑到风力发电机所受的磨损和外力作用的影响，风力发电机的使用年限为正常运作120,000小时。因此风力发电机必须有一个非常精确的工业标准.高质量的现代风力发电机的可靠性可达98%以上，即一年中平均有98%的时间风力发电机可以进行正常的操作和运行，其可靠性高于其他电力发电机的技术。现代的风力发电机仅半年维护检查一次。

第一百八十七页，共626页。风力工业拥有

一个迅速发展的市场

在1993年起，风力发电机市场以平均每年以40%的增长率增长，预计在未来的十年会有20%的增长率。目前全世界有大约有40个风力发电机生产厂家，其中一半来自于风力发电机王国-丹麦.风能已逐步在发展或发展中国家发展起来了。由于风能的无污染性更能适用于发展国家对环境保护的要求。

第一百八十八页，共626页。风力工业拥有

一个迅速发展的市场在发展中国家，风力发电机的流行更是由于风力发电机安装的快速和无特别燃油的要求。现有35亿美元的产值的风力发电机工业有一个光明的前景，特别是与国际能源环保的号召相一致。

第一百八十九页，共626页。我国的风能资源

第一百九十页，共626页。我国风能资源

中国风能资源居世界之首，据中国气象科学研究院绘制的全国平均风功率密度分布图，中国陆地10M高度层的风能总储量为32.26亿kW，这个储量称作“理论可开发总量”，实际可开发的风能资源储量为2.53亿kW。我国风能北方强而南方弱，沿海强而内陆弱，平原强而山区弱，冬春强而夏秋弱。如何实行大规模开发利用？第一百九十一页，共626页。我国风能潜力的估算风能理论可开发总量（R），全国为32.26亿千瓦，实际可开发利用量（R’），按总量的1/10估计，并考虑到风轮实际扫掠面积为计算气流正方形面积的0.785倍[1米直径风轮面积为0.52×＝0.785（平方米）]，故实际可开发量为：

R’＝0.785R/10=2.53（亿千瓦）。

第一百九十二页，共626页。我国风能资源

第一百九十三页，共626页。我国的风能资源

我国位于亚洲大陆东部，濒临太平洋，季风强盛，内陆还有许多山系，地形复杂，加之青藏高原耸立我国西部，改变了海陆影响所引起的气压分布和大气环流，增加了我国季风的复杂性。第一百九十四页，共626页。我国的风能资源冬季风来自西伯利亚和蒙古等中高纬度的内陆，那里空气十分严寒干燥冷空气积累到一定程度，在有利高空环流引导下，就会爆发南下俗称寒潮，在此频频南下的强冷空气控制和影响下，形成寒冷干燥的西北风侵袭我国北方各省（直辖市、自治区）。每年冬季总有多次大幅度降温的强冷空气南下，主要影响我国西北、东北和华北，直到次年春夏之交才消失。第一百九十五页，共626页。我国的风能资源

夏季风是来自太平洋的东南风、印度洋和南海的西南风，东南季风影响遍及我国东半壁，西南季风则影响西南各省和南部沿海，但风速远不及东南季风大。热带风暴是太平洋西部和南海热带海洋上形成的空气涡漩，是破坏力极大的海洋风暴，每年夏秋两季频繁侵袭我国，登陆我国南海之滨和东南沿海，热带风暴也能在上海以北登陆，但次数很少。第一百九十六页，共626页。我国的风能资源我国幅员辽阔，陆疆总长达2万多公里，还有1800O多公里的海岸线，边缘海中有岛屿5000多个，风能资源丰富。我国现有风电场场址的年平均风速均达到6米／秒以上。一般认为，可将风电场风况分为三类：年平均风速6米／秒以上时为较好；7米／秒以上为好；8米／秒以上为很好。

第一百九十七页，共626页。我国的风能资源就内陆而言，大约仅占全国总面积的1／1OO，主要分布在长江到南澳岛之间的东南沿海及其岛屿，这些地区是我国最大的风能资源区以及风能资源丰富区，包括山东、辽东半岛、黄海之滨，南澳岛以西的南海沿海、海南岛和南海诸岛，内蒙古从阴山山脉以北到大兴安岭以北，

新疆达板城，阿拉山口，河西走廊，松花江下游，张家口北部等地区以及分布各地的高山山口和山顶。

第一百九十八页，共626页。我国的风能资源

青藏高原地势高亢开阔，冬季东南部盛行偏南风，东北部多为东北风，其他地区一般为偏西风，夏季大约以唐古拉山为界，以南盛行东南风，以北为东至东北风。

第一百九十九页，共626页。中国风能分区及占全国面积的百分比

第二百页，共626页。年平均风速第二百零一页，共626页。风功率第二百零二页，共626页。分类中国的风力资源－预备开发的地点考虑到丰富的风力资源，在中国有有大量地方都可以安装ＡＥ６１第二百零三页，共626页。我国风能的分布

风能最佳区：指风速3米／秒以上超过半年。6米／秒以上超过2200小时的地区。包括西北的克拉玛依、甘肃的敦煌、内蒙的二连等地，沿海的大连。威海、嵊泗、舟山、平潭一带。第二百零四页，共626页。我国风能的分布

风能较佳区：指一年内风速超过3米／秒在4000小时以上，6米／秒以上的多于1500小时的地区。包括西藏高原的班戈地区。唐古拉山，西北的奇台、塔城，华北北部的集宁、锡林浩特、乌兰浩特；东北的嫩江、牡丹江、营口以及沿海的塘沽、烟台、莱州弯、温州一带。第二百零五页，共626页。我国风能分布

根据最新风能资源评价,全国陆地可利用风能资源3亿kW,加上近岸海域可利用风能资源,共计约10亿kW。主要分布在两大风带:一是“三北地区”(东北、华北北部和西北地区);二是东部沿海陆地、岛屿及近岸海域。另外,内陆地区还有一些局部风能资源丰富区。第二百零六页，共626页。我国风能的分布

风能可利用区：指一年内风速大于6米／秒的时间为1000小时，风速3米／秒以上，超过3000小时的地区。包括新疆的乌鲁木齐、吐鲁番、哈密、甘肃的酒泉、宁夏的银川以及太原、北京、沈阳、济南、上海、合肥等地区。

第二百零七页，共626页。中国风能利用中国利用风能已有悠久的历史，古代甲骨文字中就有“帆”字存在，1800年前东汉刘熙著作里有“随风张幔曰帆”的叙述，说明我国是利用风能最早的国家之一。1637年明崇祯十年<天工开物>书里有“扬郡以风帆数页，俟风转车，风息则止”的记载，表明在明代以前，我国劳动人民就会制作将风力的直线运动转变为风轮旋转运动的风车，在风能利用上前进了一大步。第二百零八页，共626页。我国的风能利用的历史进程

我国东南沿海向来有风力提水的使用习惯，江苏省1959年曾有多达20余万台提水风车，后来大部分风车被柴油、电力所取代，但部分地区一直使用风力提水。50年代中期曾研制小型现代化风力提水装置，50年代后期开始研究小型风力发电机组，但限于当时技术经济条件，小型机组在试验中受挫而停顿。第二百零九页，共626页。我国的风能利用的历史进程至70年代，先后试制了1、2、10、12、18、20千瓦样机，其中18千瓦机组于1972年7月安装在浙江省绍兴县雄鹅峰上，1976年11月迁装到嵊泗县菜园镇运转发电，一直运行到1986年8月。

第二百一十页，共626页。我国的风能利用的历史进程

1998年底，全国安装微型机组178574台，约计1.7万千瓦，还有独立供电机组，已有1.2、2.5、5、7.5和10千瓦，以销定产小批量生产。在网外无电地区，推广微型、小型风电机组，是解决无电农牧民用电的有效途径，有其独特的优越性，也是中国发展微型、小型风电机组的特色。

第二百一十一页，共626页。风/光互补发电系统

风/光互补发电系统，能有效地利用自然资源。在我国很多地区，冬半年风大，太阳辐射强度小；夏半年风小，太阳辐射强度大，两种能源的分布季节正好相反，互补利用可满足用户用电需求。

第二百一十二页，共626页。我国风电总装机容量

我国1993年仅1.71万千瓦，1997年跃升至16.65万千瓦，1998年再增至22.6万千瓦，2000年风电要占全国电网的百分之一。说明我国发展风电速度很快，也说明发展潜力很大。预计21世纪将是我国风能大发展时期。2009年上半年风力发电达到126亿千瓦时。风力发电装机容量连续三年实现“翻倍增长”，总装机容量目前已居世界第四位（2008，12210MW)。（2013年“一哥”？）第二百一十三页，共626页。我国风能利用现状

风力能源实际用途还包含:1.用风力产生电力。2.利用风力抽水，供灌溉农田，并且储存到水库内。3.供给工业用途，包括:铜、铝、水的电解，制冰等。4.将风能转变为热能，蒸发海水制盐。

第二百一十四页，共626页。我国风能利用现状

如按风能之最终使用形式，包括有下列几种应用:电能、化学能(制造氢、氧及氨等)、热能(压缩及热泵等)、位能(水力储存及抽水等)。

第二百一十五页，共626页。我国风能利用現狀

第二百一十六页，共626页。2000~2009年中国风电总装机容量和新增量第二百一十七页，共626页。2009年中国风电总装机容量和新增量、2020年预测

《中国风电发展报告2010》：中国已成为世界风能行业当之无愧的领头羊。2009年中国风电新增装机达到1380万千瓦，超过了美国，成为当年新增风电装机容量的世界第一。当年新安装风机总数达到10129台，平均每天安装27台，这相当于每小时就可以竖起一台风机。与此同时，中国风电累计装机容量为2580万千瓦，仅次于美国的3506万千瓦。据了解，该报告指出，中国的风能潜力巨大，到2020年风电累计装机可以达到2.3亿千瓦，这相当于13个三峡电站；总发电量可以达到4649亿千瓦时，这相当于200个火电厂。届时，风电将成为中国主要能源来源之一，总装机容量占全国电力装机容量的15%左右，每年可减少4.1亿吨二氧化碳排放，或者少消耗近1.5亿吨的标准煤。第二百一十八页，共626页。风力发电厂第二百一十九页，共626页。风力发电厂第二百二十页，共626页。风力发电机群第二百二十一页，共626页。风力发电厂第二百二十二页，共626页。我国并网风力发电发展迅速单机容量继续快速稳步上升；变桨距调节方式将迅速取代定桨距失速调节方式；变速运行方式将迅速取代恒速运行方式；无齿轮箱系统的市场份额迅速扩大；海上风力发电技术得到发展。第二百二十三页，共626页。我国风电发展中存在的问题风能资源情况不清；

风电产业链不完整；风电价格应理顺；国内自主产权应加强；电网规划薄弱。第二百二十四页，共626页。发展趋势飘飞风力发电机组的创新--气浮飘飞体是类似飞艇等在封闭的容器内进行氢气、氦气填充形成的可携带一定重量物体升空的封闭容器结构体，其可形成特定设计的结构，还可与风力发电机旋转风轮形成紧密配合的结构。。。。。。。发展新型风力机第二百二十五页，共626页。发展趋势第二百二十六页，共626页。第二百二十七页，共626页。发展趋势1由高风速的强风地带向中低风速的弱风地带发展,既可扩大利用风源,又能降低成本,简化维护。2由正常气象向异常气象区域发展,如台风多发地带、南北极地圈内,多发沙尘的沙漠地带以及其他发生异常气象的地区。3由平坦地形向复杂地形发展,如突入海中的山甲角、山岳、孤岛等地域;由陆上向海上发展,如欧洲正向海洋开发大规模风电。4由大型机向小型机方向发展,即在开发大型机的同时还重视小型机用于海洋时,在景观噪声等方面问题不突出,适于采用数MW的大型机组当受地形系统等外部条件限制时,应用小型机较有利。5由联网型向分散型发展,因为发展中国家、雪原、孤岛,偏僻地区等电网较小,适用于分散型电力系统,上述风电发展新趋势基本上集中于一点,即最大限度地挖掘风力资源,积极地推进风力发电事业。第二百二十八页，共626页。有待深入分析和研究的理论问题①我国大型风电场风资源形成机理及评估原理研究；②大型风力机气动特性及动力稳定性研究，包括气动特性、湍流特性、风力机振动及动力稳定性、结构疲劳破坏对寿命的影响的研究；③最佳叶片形状的研究：中心问题是提高风能转化为机械转动能的效率。这里包括叶片的材料、形状、数量、旋转模式的选择等力学问题，以及相应的经济问题；④风速在5～20m/s是现有风机所能适应的风速，但能否扩展风速的适用范围，从而提高其发电功能，是一个亟待解决的问题；⑤在一定风速条件下多机间的相互干扰和最佳多机阵列的布置的研究。第二百二十九页，共626页。第三章

生物质能

第二百三十页，共626页。生物质能简介

生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质能是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。

第二百三十一页，共626页。生物质能简介据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t，含能量达3x1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。

第二百三十二页，共626页。第二百三十三页，共626页。第二百三十四页，共626页。生物质能简介生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在整个能源系统占有重要地位。生物质能一直是人类赖以生存的重要能源之一，就其能源当量而言，是仅次于煤、油、天然气而列第四位的能源，在世界能源消耗中，生物质能占总能耗的14％，但在发展中国家占40％以上。第二百三十五页，共626页。第二百三十六页，共626页。TypesofBiomass第二百三十七页，共626页。生物质能的来源

柴薪，至今仍是许多发展中国家的重要能源。但由于柴薪的需求导致林地日减，应适当规划与广泛植林。牲畜粪便，牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供应热能。若将粪便经过厌氧处理，可产生甲烷和肥料。制糖作物，制糖作物可直接发酵，转变为乙醇。水生植物，同柴薪一样，水生植物也可转化成燃料。第二百三十八页，共626页。生物质能的来源城市垃圾，主要成分包括：纸屑（占40％）、纺织废料（占20%）和废弃食物（占20%）等。将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热分解处理制成燃料使用。城市污水，一般城市污水约含有0.02％～0.03％的固体与99%以上的水分，下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。第二百三十九页，共626页。生物能的开发和利用

建立以沼气为中心的农村新的能量，物质循环系统，使秸杆中的生物能以沼气的形式缓慢地释放出来，解决燃料问题。种植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，甜高粱等，既有利于食品工业的发展，植物残渣又可以制造酒精以代替石油。建立“能量林场”，“能量农场”，“海洋能量农场”。建立以植物为能源的发电厂。变“能源植物”为“能源作物”，如“石油树”：绿玉树，续随子，麻风果。第二百四十页，共626页。绿玉树(EuphorbiatirucalliL.)，英文名：milkbush，别名乳葱树、白蚁树、光棍树、绿珊瑚、光枝树、龙骨树、神仙棒。大戟科(Euphorbiaceae)，直立灌木或小乔木，高达4～9米，枝肉质，圆柱状，绿色，簇生或散生。叶缺少或仅有数枚散生，线状，矩圆形。原产非洲。绿玉树茎干中的白色乳汁，其成分接近石油成分，不含硫，可以直接或与其它物质混合成原油，作为燃料油替代石油。绿玉树还可作为沼气的原料，具有可再生、可生物降解、对环境无污染或低污染和能持续利用的特点，其沼气产量是一般嫩枝绿草产气量的5-10倍，榨汁后剩余的纤维还可用作造纸原料或生活燃料，是极具竞争力的“绿色”能源。绿玉树将是未来能源危机时非常热门的石油原料植物。白色乳汁有毒！乳汁含佛波醇-12，13-不饱和二酯化合物、4-去氧佛波醇-12，13-不饱和二酯化物、蒲公英甾醇、13-莴苣甾醇、大戟醇等。

绿玉树第二百四十一页，共626页。绿玉树绿玉树第二百四十二页，共626页。麻风果第二百四十三页，共626页。麻风果第二百四十四页，共626页。麻风树果实的含油量很丰富，最高可达40%。果实榨出的油可以用作柴油发动机汽车的燃料，剩余的残渣可用于发电。

每公顷(麻风树)可以产油2700公斤，生产能用于发电的残渣4000公斤。8000公顷麻风树足够供应一座1.5兆瓦的发电站，可以为2500个家庭供电。自古以来，麻风树的用处很少，仅局限于治疗疟疾、建造栅栏和制作蜡烛。麻风树果实可以用于调制治疗便秘的药物。麻风树的树液会刺激皮肤，其果实具有很强的毒性。吃掉3个未加工的麻风树果实可能就会使人丧命。麻风果第二百四十五页，共626页。续随子第二百四十六页，共626页。原产欧洲；我国引种栽培已久，各地有野生，生于向阳山坡。种子含油40—60%，有毒，不能食，可制肥皂和软皂，作润滑油；种子药用，能利尿、泻下、通经，外用涂治疥癣、恶疮等症，并可杀虫。种子含马栗树皮沈(羧基香豆精类)、三掂成分、脂肪油、树胶。

续随子学名：EuphorbialathyrisLinn.英文名：CaperSpurge,Moleweed科名：大戟科Euphorbiaceae

第二百四十七页，共626页。能源农场

即建立以获取能源为目的的生物质生产基地，以能源农场的形式大规模培育生物质，并加工成可利用的能源。要对土地进行合理规划，尽可能利用山地、非耕荒地和水域，选择适合当地生长条件的生物质品种进行培育、繁殖，以获得足够数量的高产能植物。在海洋、水域，要充分利用海藻和水生物提取能源，建立海洋能源农场或江河能源农场。同时，将基因工程等现代生物技术广泛应用于能源农场中，以提高能源转化率。

第二百四十八页，共626页。生物能的开发和利用

直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能；利用能源作物生产液体燃料。目前具有发展潜力的能源作物，包括：快速成长作物树木、糖与淀粉作物（供制造乙醇）、含有碳氧化合物作物、草本作物、水生植物；生产木炭和炭；

第二百四十九页，共626页。生物能的开发和利用生物质（热解）气化后用于电力生产，如集成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃气轮机（BIG/STIG）联合发电装置；对农业废弃物、粪便、污水或城市固体废物等进行厌氧消化，以生产沼气和避免用错误的方法处置这些物质，以免引起环境危害。第二百五十页，共626页。生物质能

的利用技术第二百五十一页，共626页。第二百五十二页，共626页。生物质能的利用技术生物质能的利用技术大体上分为直接燃烧技术、物化转化技术、生化转化技术和植物油技术四大类，各类技术又包含了不同的子技术。第二百五十三页，共626页。直接燃烧技术

直接燃烧大致可分四种情况：炉灶燃烧；锅炉燃烧；垃圾焚烧；固型燃料燃烧。

第二百五十四页，共626页。直接燃烧技术炉灶燃烧是最原始的利用方法，但一般适用于农村或山区分散独立的家庭用炉，它的投资最省，但效率最低，燃烧效率在15-20%左右。

第二百五十五页，共626页。直接燃烧技术锅炉燃烧采用了现代化的锅炉技术，适用于大规模利用生物质，它的主要优点是效率高，并且可实现工业化生产。主要缺点是投资高，而且不适于分散的小规模利用，生物质必须相对比较集中才能采用本技术。第二百五十六页，共626页。直接燃烧技术垃圾焚烧也是采用锅