風(fēng)能與太陽(yáng)能發(fā)電介紹

1、太陽(yáng)能及風(fēng)能發(fā)電介紹眾所周知，地球資源特別是不可再生資源，其供給能力有限，并非取之不盡、 用之不竭。全球能源日漸枯竭的21世紀(jì)，在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展同時(shí)，能源消耗不斷 增加，傳統(tǒng)能源無(wú)以為繼，經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來(lái)越受制于能源的開(kāi)發(fā)利用，新能源作為 一種替代能源，未來(lái)能極大的緩解我們能源大量需求，可以保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。 而且在當(dāng)今社會(huì)傳統(tǒng)能源產(chǎn)生環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，危害人類健康和生存環(huán)境。 新能源的需求越來(lái)越迫切了。太陽(yáng)能和風(fēng)能作為新能源的代表，越來(lái)越受到人們 的重視。傳統(tǒng)的發(fā)電手段分為三類：火電：火電需要燃燒煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蘊(yùn)藏量有限、越 燒越少，正面臨著枯竭的危險(xiǎn)。據(jù)估計(jì)，全世界石油資

2、源再有30年便將枯竭。 另一方面燃燒燃料將排出二氧化碳和硫的氧化物，因此會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)和酸雨， 惡化地球環(huán)境。水電：水電要淹沒(méi)大量土地，有可能導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞，而且大型水庫(kù)一旦 塌崩，后果將不堪設(shè)想。另外，一個(gè)國(guó)家的水力資源也是有限的，而且還要受季 節(jié)的影響。三峽造成的不利影響依然還是評(píng)估當(dāng)中。核電：核電在正常情況下固然是干凈的，但萬(wàn)一發(fā)生核泄漏，后果同樣是可 怕的。前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故，已使900萬(wàn)人受到了不同程度的損害，而 且這一影響并未終止。在這次日本的地震中，核電造成的問(wèn)題能夠引起人們的這 么強(qiáng)烈的關(guān)注，說(shuō)明了人們對(duì)核電安全性的擔(dān)憂。這些都迫使人們?nèi)ふ倚履茉础Ｐ履茉匆瑫r(shí)符合兩

3、個(gè)條件：一是蘊(yùn)藏豐富不會(huì)枯竭；二是安全、干凈，不會(huì)威脅人類和破壞環(huán)境。目前找到的新能源主要有這幾 種，太陽(yáng)能、燃料電池。以及風(fēng)力發(fā)電等。其中，最理想的新能源是太陽(yáng)能。太陽(yáng)能（Solar）是太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的能量，是各種 可再生能源中最重要的基本能源，也是人類可利用的最豐富的能源。太陽(yáng)每年投 射到地面上的輻射能高達(dá)1.05X1018千瓦時(shí)，相當(dāng)于1.3X106億噸標(biāo)準(zhǔn)煤， 大約為全世界目前一年耗能的一萬(wàn)多倍。按目前太陽(yáng)的質(zhì)量消耗速率計(jì)，可維持 6X1010年，可以說(shuō)它是“取之不盡，用之不竭”的能源。太陽(yáng)能光伏技術(shù)（Photovoltaic ）是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電力的技術(shù)，其核心

4、是 可釋放電子的半導(dǎo)體物質(zhì)。最常用的半導(dǎo)體材料是硅。地殼硅儲(chǔ)量豐富，可以說(shuō) 是取之不盡、用之不竭。太陽(yáng)能光伏電池有兩層半導(dǎo)體，一層為正極，一層為負(fù) 極。陽(yáng)光照射在半導(dǎo)體上時(shí)，兩極交界處產(chǎn)生電流。陽(yáng)光強(qiáng)度越大，電流就越強(qiáng)。 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)不僅只在強(qiáng)烈陽(yáng)光下運(yùn)作，在陰天也能發(fā)電。其優(yōu)點(diǎn)有：燃料免 費(fèi)、沒(méi)有會(huì)磨損、毀壞或需替換的活動(dòng)部件、保持系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)僅需很少的維護(hù)、系 統(tǒng)為組件，可在任何地方快速安裝、無(wú)噪聲、無(wú)有害排放和污染氣體等。早在1839年，法國(guó)科學(xué)家貝克雷爾（Becqurel）就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體 材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來(lái)被稱為“光生伏打效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱 “光伏效應(yīng)”。195

5、4年，美國(guó)科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了 光電轉(zhuǎn)換效率為4.5%的單晶硅太陽(yáng)電池，誕生了將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用 光伏發(fā)電技術(shù)。此后太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平不斷提高，生產(chǎn)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。在1990-2006 年這十幾年里，全球太陽(yáng)能電池產(chǎn)量增長(zhǎng)了 50多倍。隨著全球能源形勢(shì)趨緊， 太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一種可持續(xù)的能源替代方式，于近年得到迅速發(fā)展，并首先 在太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)家，如德國(guó)和日本，得到了大面積的推廣和應(yīng)用。在國(guó)際 市場(chǎng)和國(guó)內(nèi)政策的拉動(dòng)下，中國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)逐漸興起，并迅速成為后起之秀，涌 現(xiàn)了無(wú)錫尚德、常州天合和天威英利等一大批優(yōu)秀的光伏企業(yè)，帶動(dòng)了上下游企 業(yè)的發(fā)展，中國(guó)光伏

6、發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈正在形成。據(jù)歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)EPIA預(yù)測(cè)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在21世紀(jì)會(huì)占據(jù)世界能 源消費(fèi)的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。 預(yù)計(jì)到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽(yáng)能光伏 發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10%以上；到2040年，可再生能源將 占總能耗的50%以上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到21世紀(jì)末， 可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽(yáng)能發(fā)電將占到60%以上。這些 數(shù)字足以顯示出太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。太陽(yáng)能光伏材料分為三大類：-單晶硅具有轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本

7、較高；-非晶硅太陽(yáng)則具有生產(chǎn)效率高，成本低廉，但是轉(zhuǎn)換效率較低，而且效率 衰減得比較快；-鑄造多晶硅太陽(yáng)能則具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換的效率，而且性能價(jià)格比最高；-薄膜品體硅太陽(yáng)能則現(xiàn)在還只能處在研發(fā)階段。硅系列太陽(yáng)能中，單晶硅和多晶硅繼續(xù)占據(jù)光伏市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，單晶硅和 多晶硅的比例已超過(guò)80%，而這一發(fā)展趨勢(shì)還在繼續(xù)增長(zhǎng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。獨(dú)立光伏電站包括邊遠(yuǎn)地 區(qū)的村莊供電系統(tǒng)，太陽(yáng)能戶用電源系統(tǒng)，通信信號(hào)電源、陰極保護(hù)、太陽(yáng)能路 燈等各種帶有蓄電池的可以獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)?？梢苑?為帶蓄電池的和不帶蓄電池的并

8、網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。帶有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有可 調(diào)度性，可以根據(jù)需要并入或退出電網(wǎng)，還具有備用電源的功能，當(dāng)電網(wǎng)因故停 電時(shí)可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)常常安裝在居民建筑；不帶蓄 電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備可調(diào)度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系 統(tǒng)上。太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能有2種主要途徑：以上是其中一種方式，通過(guò)光電裝置將 太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化為電能.即“太陽(yáng)光發(fā)電”，常稱為“光伏發(fā)電”；另一種是收集 太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為電能。即“太陽(yáng)熱發(fā)電”。太陽(yáng)能熱發(fā)電是利用太陽(yáng)的熱能發(fā)電.通過(guò)集熱裝置將太陽(yáng)輻射的熱能集中， 驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。熱發(fā)電系統(tǒng)一般包括集熱系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)、蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng)、 熱機(jī)、發(fā)電

9、機(jī)等。集熱系統(tǒng)聚集太陽(yáng)能后。經(jīng)過(guò)熱傳輸系統(tǒng)將熱能傳給熱機(jī)。并 由熱機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力。而熱發(fā)電中應(yīng)用較廣泛的應(yīng)屬太陽(yáng)能塔式熱發(fā)電。太陽(yáng)能熱發(fā)電是利用聚光器聚集太陽(yáng)能，經(jīng)吸收器吸收后，轉(zhuǎn)化成熱能，產(chǎn) 生高溫蒸汽或氣體進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能。按聚光形式 不同，太陽(yáng)能熱發(fā)電可分為塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電、槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電和碟式太陽(yáng)能 熱發(fā)電。一、塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本形式是利用獨(dú)立跟蹤太陽(yáng)的定日鏡群，將陽(yáng)光 聚集到1個(gè)固定在塔頂部的接收器上，用以產(chǎn)生高溫。加熱工質(zhì)產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽或 高溫氣體，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，從而將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系 統(tǒng)包括：聚光子系統(tǒng)、集熱子

10、系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)和輔助能源子系統(tǒng)。 具有規(guī)模大、熱傳遞路程短、熱損耗少、聚光比和溫度較高等特點(diǎn)，極適合于大 規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電。二、槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是將多個(gè)槽型拋物面聚光集熱器經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的排列， 產(chǎn)生高溫，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電 系統(tǒng)具有規(guī)模大、壽命長(zhǎng)、成本低等特點(diǎn)，非常適合商業(yè)并網(wǎng)發(fā)電。整個(gè)系統(tǒng)包 括：聚光集熱子系統(tǒng)、換熱子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)和輔助能源子系統(tǒng)。三、碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡.將入射陽(yáng)光聚集在焦點(diǎn) 上，放置在焦點(diǎn)處的太陽(yáng)能接收器收集較高溫度的熱能，加熱工質(zhì)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī) 組發(fā)

11、電或在焦點(diǎn)處直接放置太陽(yáng)能斯特林（stir. ling）發(fā)電裝置發(fā)電。碟式太陽(yáng) 能熱發(fā)電系統(tǒng)具有壽命長(zhǎng)、效率高、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以單臺(tái)供電，也叮以多 套并聯(lián)使用，非常適合邊遠(yuǎn)山區(qū)發(fā)電。新能源的另一個(gè)代表就是風(fēng)能。風(fēng)能就是空氣的動(dòng)能，是指風(fēng)所負(fù)載的能量， 風(fēng)能的大小決定于風(fēng)速和空氣的密度。風(fēng)的能量是由太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化來(lái)的，太陽(yáng) 每小時(shí)輻射地球的能量是174,423,000,000,000千瓦，換句話說(shuō)，地球每小時(shí)接 受了 1.74 x 10”17瓦的能量。風(fēng)能大約占太陽(yáng)提供總能量的百分之一，二，太 陽(yáng)輻射能量中的一部分被地球上的植物轉(zhuǎn)換成生物能，而被轉(zhuǎn)化的風(fēng)能總量大約 是生物能的50100倍。風(fēng)

12、電的優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，可用率已達(dá)95%以上，已是 一種安全可靠的能源，風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性日益提高，發(fā)電成本已接近煤電，低于 油電與核電，若計(jì)及煤電的環(huán)境保護(hù)與交通運(yùn)輸?shù)拈g接投資，則風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性將優(yōu) 于煤電。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)建設(shè)工期短，單臺(tái)機(jī)組安裝僅需幾周，從土建、安裝到投產(chǎn)， 只需半年至一年時(shí)間，是煤電、核電無(wú)可比擬的。投資規(guī)模靈活，有多少錢裝多 少機(jī)。對(duì)沿海島嶼，交通不便的邊遠(yuǎn)山區(qū)，地廣人稀的草原牧場(chǎng)，以及遠(yuǎn)離電網(wǎng) 和近期內(nèi)電網(wǎng)還難以達(dá)到的農(nóng)村、邊疆來(lái)說(shuō)，可作為解決生產(chǎn)和生活能源的一種 有效途徑?，F(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用空氣動(dòng)力學(xué)原理，就像飛機(jī)的機(jī)翼一樣。風(fēng)并非推動(dòng) 葉輪葉片，而是吹過(guò)葉片

13、形成葉片正反面的壓差，這種壓差會(huì)產(chǎn)生升力，令葉輪 旋轉(zhuǎn)并不斷橫切風(fēng)流。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉輪并不能提取風(fēng)的所有功率。理論上風(fēng)電 機(jī)能夠提取的最大功率，是風(fēng)的功率的59.6%。大多數(shù)風(fēng)電機(jī)只能提取風(fēng)的功率 的40%或者更少。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由兩大部分組成：風(fēng)力機(jī)部分一一它將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械 能；發(fā)電機(jī)部分一一它將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。大體上可分風(fēng)輪（包括尾舵）、發(fā) 電機(jī)和鐵塔三部分。（大型風(fēng)力發(fā)電站基本上沒(méi)有尾舵，一般只有小型（包括家 用型才會(huì)擁有尾舵）風(fēng)輪是吧風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的重要部件，它由兩只（或更 多只）螺旋槳形的葉輪組成。當(dāng)風(fēng)吹向漿葉時(shí)，槳葉上產(chǎn)生氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且

14、風(fēng)力的大小和方向經(jīng)常變化著，這又使轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定; 所以，在帶動(dòng)發(fā)電機(jī)之前，還必須附加一個(gè)把轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的齒輪 變速箱，再加一個(gè)調(diào)速機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后再聯(lián)接到發(fā)電機(jī)上。為保持風(fēng) 輪始終對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向以獲得最大的功率，還需在風(fēng)輪的后面裝一個(gè)類似風(fēng)向標(biāo)的尾 舵。鐵塔是支承風(fēng)輪、尾舵和發(fā)電機(jī)的構(gòu)架。它一般修建得比較高，為的是獲得 較大的和較均勻的風(fēng)力，又要有足夠的強(qiáng)度。鐵塔高度視地面障礙物對(duì)風(fēng)速影響 的情況，以及風(fēng)輪的直徑大小而定，一般在6-20米范圍內(nèi)發(fā)電機(jī)的作用，是把由風(fēng)輪得到的恒定轉(zhuǎn)速，通過(guò)升速傳遞給發(fā)電機(jī)構(gòu)均勻 運(yùn)轉(zhuǎn)，因而把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)基本可以劃分為以下幾個(gè)部分：

15、（一）轉(zhuǎn)子又叫葉輪、風(fēng)輪，包括三個(gè)葉片和輪轂，以及相應(yīng)的附件。（二）傳動(dòng)系統(tǒng)包括主軸、齒輪箱、聯(lián)軸器三個(gè)部分。主軸是指葉輪與發(fā)電機(jī)或者齒輪箱之間的連接部分，起支撐葉輪和傳動(dòng)風(fēng)轉(zhuǎn) 矩的作用；齒輪箱也叫增速齒輪箱，起到增速作用；聯(lián)軸器是連接傳動(dòng)軸（driving shaft，指齒輪箱高速軸）和非傳動(dòng)軸（driven shaft,指發(fā)電機(jī)前軸）的彈性部件。對(duì)于直驅(qū)型機(jī)組，其傳動(dòng)系統(tǒng)由較大區(qū)別。以金風(fēng)1.5WM系列機(jī)組為例，傳 動(dòng)系統(tǒng)比較特殊，沒(méi)有齒輪箱、聯(lián)軸器、主軸等部件，葉輪直接與發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子 （永磁體）相連接。（三）發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最重要的設(shè)備之一，是機(jī)電一體化的產(chǎn)物。從機(jī)械角 度看，發(fā)電機(jī)的安裝、對(duì)中、減震等都很重要。（四）液壓系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，液壓系統(tǒng)是機(jī)組重要的執(zhí)行系統(tǒng)，從液壓系統(tǒng)的組成上 來(lái)說(shuō)，它主要包括動(dòng)力元件一一液壓泵、執(zhí)行元件一一液壓缸和液壓馬達(dá)、控制 元件一一各種控制閥、輔助元件一一蓄能器和油箱等；從液壓的應(yīng)用上來(lái)說(shuō)，液 壓系統(tǒng)主要包括高速軸（或低速軸）機(jī)械剎車、液壓變槳、葉尖擾流器控制、偏 航阻尼控制等四個(gè)方面。（五）偏航系統(tǒng)偏航系統(tǒng)的機(jī)械部件主要包括：偏航電機(jī)、偏航減速器、偏航驅(qū)動(dòng)齒輪、偏 航軸承、偏航卡鉗。其中偏航卡鉗分為機(jī)械式偏航卡鉗和液壓式偏航卡兩種，偏 航軸承分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)