风电基础知识

风电基础知识

目录
? 风电行业特点及其相关核心知识概述
? 风资源知识 ? 风区分类－IEC、GL标准 ? 空气动力学 ? 风机分类 ? 风机基本控制概念 ? 风机设计及其模拟软件Bladed介绍

能源增长历史

能源利用历史

化石与核能的使用只是人类历史长河的一瞬间

石油年生产

能源强度（总耗能/国家生产总值GNP）

风电行业特点及其相关核心知识概述
能源消费的国际比较—消费结构
? 我国一次商品能源消费 ? 世界一次商品能源消费

结构

结构
煤炭 26%

油气 26%

核电和水电 7%

核电和水电 10%

煤炭 67%

中国

油气 64%

世界平均

能源资源的特点和国际比较
? 探明总资源量8230亿吨标准煤，探明剩余可采总储量1390亿吨标准煤

单位：年

?

剩余可采储量的保证程度煤炭81 年、石油15年、天然气30年,铀50 年。
以煤为主，缺乏石油、天然气资源，水能较丰富人均能源资源量低于世界平均水平

?

?

能源价格对比

根据国内风电成本测算得到的包括财务成本在内的风电平均成本为0.551元 /( kWh)，在使用期的总成本费用已经接近新投资的水电和火电。

2006年电力装机及发电量比例

单位GDP能耗
? 为了保护环境，我国政府已经出台了降耗规划：“十

一五”期间，全国单位国内生产总值能源消耗指标从 2005年的1.22吨标煤/万元下降到2010年的0.98吨标煤 /万元，降幅近20%。

为什么要发展风力发电？
? （1）化石能源有限，发展风电有利于提高中国能源供应的安全性 ? （2）风能储量大、广泛，发展风电是解决中国能源供应不足的有效途

径 ? （3）风电清洁，发展风电是减排温室气体排放的有效途径. ( 京都议定书签订后，CDM机制） ? （4）发展风电可以促进地区经济发展，并拉动机电制造业发展及解决就业。（如：丹麦）但到目前为止，风电市场仍然是政策主导的市场 2003年5月27日，欧洲风能协会和绿色和平组织的环境组在布鲁塞尔发布一项报告《风力12》，这个战略性蓝图勾画出目前价值70亿欧元的风能工业如何能在2020年增值为750亿欧元。到2020年，风力发电将在全球电力市场中占12%。全世界风力发电装机容量将达到12.31亿千瓦（123100万千瓦），创造1.79亿个就业机会，使发电成本降低40%，并累计减排二氧化碳1092.1万吨。长达52页的《风力12》研究报告详细论证了如何实现风力发电的美好前景。

中国风能资源丰富
国家气象局依据分布在中国各地 10 米高气象测风仪数据统计：
?－陆地约有 2.53亿千瓦

年电量 5000亿千瓦时 – 海上初步估计可开发约 7.5亿千瓦 – 合计约 10亿千瓦（2004年全国电力总装机 4.4亿千瓦）其中内蒙

和新疆占中国风资源的约70－80％

中国风资源分布

与核电和大水电发展的比较
? 全世界核电和大水电都是在较短时期内占到较大比例
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的能源技术。核电从1960年的100万kW开始，到1997年累积装机 3.43亿kW，电量占16%。大水电从1950年的4500万kW增长到1996年的7.15亿 kW，电量占19%。风电现在已经是商业化的产业，有能力成为主流电源之一。欧洲是世界上风力发电领先的地区，根据欧洲统计局的资料，目前，风力发电的发电量已占到了欧洲总发电量的3%以上，其中，丹麦风电发电量占该国发电量的23%，德国和西班牙为13%和12%。在欧洲，风电已经成为一种重要的能源。

风电项目
箱式变电
风机
不包含升压变电站的项目

（升压）变电站
包含升压站的项目

超高压输电

（降压）变电站

用户

海上变速风机的并网

Principal layout of offshore wind turbines, their collection and transmission (C&T) systems for interconnection to mains, i.e., for fungible power to the AC network and trading

近海风电技术：风力发电机组－Vestas 3MW

2005年Kentish Flat海上风电场安装 30台vestas 3MW机组，该机组额定功率3MW，机舱（包括轮毂）重量111T。

风能系统经济性模型
风能经济性

发电成本

风能的市场价值

风资源及规律能源效率可利用率寿命直接投资成本融资成本运行维护费

基本价值

货币化的环境收益

燃料节省资本节省

排放减少化学燃料使用的减少

风电系统发电的度电成本模型（不考虑环境效益）
部件成本组装成本运输成本风机生产成本利润风场配套设施风机购买价格初始资本成本(ICC)
度电成本 (COE) COE=(FCR*ICC+AOM)/AEP 基于20年。

部件失败率
备件成本备件预定时间平均维修时间耗材风场人力风频分布功率曲线可利用率驱动链效率上网损失固定费率(FCR)
年发电量 (AEP)

年运行维护成本 (AOM)

风电场建设项目总投资分析

风电的经济性
目前风力发电机组价格水平
国产风电机组（600kW-750kW）:
国产风电机组（1200kW）: 进口风电机组（850kW-900kW）:

4300 元-4500 元/kW
5700 元/kW 500 欧元-540 欧元/kW

（折合5000 元-5400 元/kW）
进口风电机组（1000kW-1500kW）: 620 欧元-700 欧元/kW （折合6200元-7000元/kW）

风电项目投资: 7000元/KW –10000元/KW

风电场建设项目上网电价分析

中国风电场建设项目上网电价对比
元/kW?h
1 .4 0 0 0 1 .2 0 0 0 1 .0 0 0 0 0 .8 0 0 0 0 .6 0 0 0 0 .4 0 0 0 0 .2 0 0 0 0 .0 0 0 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39

目前的风电成本可控制在0.6元/度以下

风机经济技术发展目标
? ? ?

国家规划到2020年，中国风电装机达3000万千瓦，占预测总装机10亿千瓦的3％风电成本接近常

规能源，2020年目标价格0.25元/度,10米高5.8米/秒（美国3美分/度，欧洲，2.34欧分/度）。风机单位千瓦价格：国内 4500－5000元/千瓦 2002年，欧洲先进的风电机组在最佳情况下运行的每千瓦装机成本约为823欧元，每度电的成本为4.04欧分；预计到2020年，装机成本会降到每千瓦497欧元，每度电的成本为2.34欧分。
12

目前的风电成本可控制在0.6元/度以下。

10

8
Low wind speed sites

6
High wind speed sites

Bulk Power Price Band

Competitive

4

2
0 1990

1995

2000

2005

2010

2015

2020

风电项目成本构成
? 在中国，风电项目的固定资产投资构成比例

联网工程建筑工程
6% 7%

其他费用
8%

风电机组设备
64%

场内变电工程
5%

塔架
10%

风电项目成本构成
? 举例：英国5MW岸上项目成本构成

风机成本构成

风机机舱成本构成
英国

风电项目中风机故障构成
英国的统计

风机制造行业特点
? 原材料密集（体积大，重量重）
? 资本密集 ? 技术密集 ? 知识密集 ? 研发周期长 ? 设计周期长 ? 试制生产周期长 ? 产品测试、认证周期长 ? 市场：目前还是政策主导

企业核心竞争力
? 目标

野心越大，度量越大，越能包容人才。
? 流程

做事的程序。如：产品设计流程、制造流程、工艺流程，软件的程序等。
? 模型

如：结构化的定性模型，功能模型（如组织机构），还有经验模型，估算模型（如：风湍流模型，风机成本模型），精确定量的数学模型。
? 数据库

如：风资源数据库，产品数据库（PDM），知识库，等

世界风机制造业

世界风机制造业

风机制造业

Repower 2MW 风机

金风产品介绍
? “金风S43/600”含义： Φ43 m

GOLDWIND

? ? ? ?

金风（goldwind) －公司品牌 S－stall ，即失速控制 43－叶轮的直径为 43m 600－发电机的额定功率为600kw

? 采用丹麦设计概念：

? 上风向，三叶片，失速控制，叶尖气动刹车。 ? 是当今风机技术最简单、成熟、可靠、安全的技术。

40或 50m

GOLDWIND

600KW 风机
? ? ? ? ? ? ? ? ?

?
?

机型：失速型、带叶尖气动刹车、上风向、三叶片额定功率：125/600kW 风轮直径：43m 轮毂中心高：40m,50m(根据塔架高度) 起动风速：3m/s 额定风速：15m/s 停机风速：25m/s 最大抗风：70m/s（3秒）最大风能利用系数：CPmax≥0.4 控制系统：计算机控制，远程监控工作寿命：≥20年

金风600风力发电机组功率曲线 (标准状况)
700

600

500

功率 (kW)

400

300

200

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

风速（m/s）

金风失速型风机机舱各零部件分布图

GOLDWIND

1.导流罩

2.叶轮

3. 机舱 4.增速箱

5.高速机械刹车

6.连轴器及安全离合