新能源及其發(fā)電技術(shù)2第1章新能源發(fā)電技術(shù)概論1.1能源及其分類1.2能源計(jì)量單位與品質(zhì)評價(jià)1.3能源形勢與問題1.4可再生能源發(fā)電發(fā)展概況31.1能源及其分類

1、什么是“能源”？簡單地講，能源就是能量的來源，即能夠提供能量的自然資源及其轉(zhuǎn)化物。從物理學(xué)的觀點(diǎn)看，能量可以簡單地定義為做功的能力。通常所講的能源主要是指比較集中而又比較容易轉(zhuǎn)化的含能物質(zhì)，如煤、石油、太陽、風(fēng)、電力等。4

2、能源分類一次能源與二次能源 一次能源是指各種以原始形態(tài)存在于自然界而沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的能源，包括煤炭、石油、天然氣以及水能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、生物能等?二次能源是指直接或間接由一次能源轉(zhuǎn)化加工而產(chǎn)生的其他形式的能源，如電能、煤氣、汽油、柴油、焦炭、酒精、沼氣等。

其中，電能因清潔安全、輸送快速高效、分配便捷、控制精確等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為迄今為止人類文明史上最優(yōu)質(zhì)的能源，正在人類社會發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。5

可再生能源與非再生能源 一次能源可以分為可再生能源和非再生能源。可再生能源：指在自然界中可以不斷得到補(bǔ)充或能在較短周期內(nèi)再產(chǎn)生、取之不盡、用之不竭的能源，如太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿取７窃偕茉矗弘S著人類的利用而逐漸減少的能源，如煤炭、石油、天然氣、核能等，它們經(jīng)過億萬年形成而在短期內(nèi)無法恢復(fù)再生，用掉一點(diǎn)便少一點(diǎn)。6

常規(guī)能源與新能源 常規(guī)能源：指開發(fā)利用時(shí)間長、技術(shù)成熟，已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)并得到廣泛使用的能源，如煤炭、石油、天然氣、水能和核能等，目前這五類能源幾乎支撐著全世界的能源消費(fèi)。。新能源：就是新近才被人類開發(fā)利用，目前利用尚少，并有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究的能源。新能源是相對于常規(guī)能源而言的，在不同的歷史時(shí)期和科技水平下，新能源的含義便不相同。7

新能源 當(dāng)今社會新能源主要指太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、生物質(zhì)能等。其中，核能利用技術(shù)十分復(fù)雜，核裂變發(fā)電技術(shù)已經(jīng)廣泛使用，而可控核聚變反應(yīng)至今未能實(shí)現(xiàn)，所以，目前主流的觀點(diǎn)是將核裂變能看成常規(guī)能源，而將核聚變能視為新能源。8

能源分類類

別可再生能源非再生能源一次能源常規(guī)能源水能煤炭、原油、天然氣、核能（核裂變）新能源太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能核能（核聚變）二次能源焦炭、煤氣、電力、氫、蒸汽、酒精、汽油、柴油、重油、液化氣、電石?

按照地球上能量的來源不同分類

來自地球以外天體的能源：人類所需能量絕大部分都直接或間接地來自太陽。各種植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲在植物體內(nèi)。地球上的煤炭、石油、天然氣等化石燃料，以及風(fēng)能、水能、海浪能、海流能以及生物質(zhì)能等，都直接或間接來自太陽。地球本身蘊(yùn)藏的能源：主要指與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源和原子核能。地球與其他天體相互作用所產(chǎn)生的能源：主要指地球與月球以及太陽之間的引力作用所引起的海水規(guī)律性的漲落而形成的潮汐能。103、能源計(jì)量單位由于各種能源的熱值是不同的，在統(tǒng)計(jì)能源的產(chǎn)量和消費(fèi)量以及計(jì)算能耗指標(biāo)時(shí)，為了便于比較和計(jì)算，通常將各種能源折合為“煤當(dāng)量（標(biāo)準(zhǔn)煤）”或“油當(dāng)量（標(biāo)準(zhǔn)油）”。標(biāo)準(zhǔn)煤的定義為：凡能產(chǎn)生7000kcal或29.3076MJ熱量的任何數(shù)量的燃料折合為1kg標(biāo)準(zhǔn)煤。千克標(biāo)準(zhǔn)煤用符號kgce表示。1kg標(biāo)準(zhǔn)油的熱當(dāng)量值為41.87MJ。千克標(biāo)準(zhǔn)油用符號kgoe表示。1.2能源計(jì)量單位與品質(zhì)評價(jià)113、能源計(jì)量單位也可以用噸標(biāo)準(zhǔn)煤（tce）或噸標(biāo)準(zhǔn)油（toe）及更大的單位計(jì)量能源。西方國家常用“桶”作為石油計(jì)量單位。每桶原油約為137kg，折合約0.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤。1.2能源計(jì)量單位與品質(zhì)評價(jià)123、能源的品質(zhì)評價(jià)能流密度。單位體積或面積從能源中所能獲得的功率，新能源如風(fēng)能、太陽能的能流密度較小，大約為100W/m2，核能的能流密度很大，常規(guī)能源的能流密度也較大。開發(fā)費(fèi)用與設(shè)備價(jià)格供能的連續(xù)性和存儲的可能性運(yùn)輸費(fèi)用與損耗對環(huán)境的影響儲藏量能源品位。根據(jù)轉(zhuǎn)換為電能的難易程度不同，能源有低品位和高品位之分。131.3能源形勢與問題141、中國的能源結(jié)構(gòu)

中國能源消費(fèi)：2016年商品能源消費(fèi)總量30.5億噸標(biāo)油，是世界第一大能源消費(fèi)國中國能源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“富煤、貧油、少氣”，液體燃料供需矛盾日益突出、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重二氧化硫和二氧化碳的排量居世界第一位152、能源形勢

化石燃料面臨枯竭危險(xiǎn)根據(jù)BP世界能源統(tǒng)計(jì)，全球化石燃料可用情況如下：42年122年60.4年1708億噸

185.02萬億米38260億噸

儲量儲采比《BP世界能源統(tǒng)計(jì)2009》1624%20%76%27%73%80%全球能源消耗量與人口發(fā)達(dá)國家發(fā)展中國家人口5.6109初始能源11.5x109噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年電能13x1012kWh/年17

世界人均的能量消耗則不斷上升，在過去一世紀(jì)中總能耗增長到25.8倍！

1kg標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱值=29308kJ

年份總?cè)丝谌司芎?/p>

(億）[t標(biāo)準(zhǔn)煤/(人.年)]

190015.710.493

195025.011.026

200060.503.300

探明的化石燃料藏量有限，而工業(yè)與生活所需數(shù)值不斷增長，這是世界能源所面臨的主要問題。

18如果人類都按照美國人的方式生活…60億人口需要4.3個(gè)地球

!19化石燃料占世界儲量儲采比石油1.2％11.1/42年天然氣1.3%32.3/60.4年煤炭13.9%41/122年

我國的形勢更為嚴(yán)峻:人均能源擁有量僅為世界平均值的一半，化石燃料的儲采比低于世界平均值;但工業(yè)能耗又高于工業(yè)發(fā)達(dá)國家。《BP世界能源統(tǒng)計(jì)2009》20我國石油消費(fèi)已取代日本成為全球第二大（僅次于美國）石油消費(fèi)國及第一大石油進(jìn)口國2017年全國石油進(jìn)口4.2億噸，對外依存度高達(dá)69%，已超“黃色警戒”

今后國內(nèi)原油產(chǎn)量增幅有限，預(yù)期較長期將有60%的石油來自進(jìn)口，能源安全將成為國家安全的重要組成之一我國石油供求矛盾突出21環(huán)境污染化石能源的大量開采和利用是造成人類生存環(huán)境惡化的主要原因之一；燃燒化石能源所排放出的二氧化碳和含氧硫化物直接導(dǎo)致了地球溫室效應(yīng)和酸雨的產(chǎn)生；21世紀(jì)，人類面臨著經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的雙重挑戰(zhàn)，必須在有限資源和環(huán)境保護(hù)要求的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)。這就要求我們所尋求的替代能源必須是可再生的清潔能源。

燃煤發(fā)電燃油發(fā)電LNG發(fā)電風(fēng)力、太陽能發(fā)電246.32188.42128.860不同發(fā)電方式CO2排放量(g/kWh)2218%25%43%57%交通石油消耗增長過快23我國城市污染正從“煙囪型”向“尾氣型”轉(zhuǎn)化

機(jī)動(dòng)車已成為城市大氣的重要污染源█機(jī)動(dòng)車

█其他

24兩大影響

酸雨

溫室效應(yīng)25溫室效應(yīng)1002001750180018501900195019900煤→CO2石油→CO2天然氣→CO2CO2(billiontons/year)Source；JapanCenterforClimateChangeActionsRapidGlobalWarming

Itisanimportantissue

toreducefossilfuelconsumption化石燃料排放的CO21750180018501900195019900280340300320CO2(ppm)inAir360工業(yè)革命

大氣

CO2Temperaturevariation（℃）bythermometerfromtreerings，coral，???Averagetemp.in1961～1990過去1000年北半環(huán)平均氣溫變化工業(yè)革命

100012001400160018002000

Source；IPCC#3ReportYear0.00.5-0.5-1.026

加拿大冰山區(qū)域不斷縮小

－K.Suzuki27氣溫上升、冰川熔化、海平面上升Arctic

1979-2003北極冰層變化28酸雨森林Forests土壤Soils魚業(yè)Fish原料Materials生物L(fēng)ivingthings人類健康HumanHealth危害:

291.4可再生能源發(fā)電發(fā)展概況水能風(fēng)能地?zé)岢毕筒ɡ颂柲芑四苌镔|(zhì)能30利用可再生能源太陽能風(fēng)能海洋能生物質(zhì)能水能地?zé)崮?1太陽能發(fā)電光伏碟式池式氣式塔式槽式32風(fēng)力發(fā)電3334潮汐能發(fā)電GeneratingSystemwithBulbTurbine35波浪發(fā)電、海洋流發(fā)電36Biomass汽化爐生物廢料雨礦物灰燼光合作用生物質(zhì)發(fā)電37水力發(fā)電三峽水電站HydroPowerStation,NewZealand38地?zé)岚l(fā)電GeothermalEnergySystem,NewZealand39中國可再生能源發(fā)展目標(biāo)2030年可再生能源發(fā)電裝機(jī)風(fēng)電:1.8億kW生物質(zhì)能發(fā)電:4000萬kW光伏發(fā)電:1億kW40中國可再生能源發(fā)展目標(biāo)2050年可再生能源發(fā)電裝機(jī)風(fēng)電:4~5億kW生物質(zhì)能發(fā)電:5000萬kW光伏發(fā)電:8億kW新能源及其發(fā)電技術(shù)42第2章風(fēng)力發(fā)電2.1風(fēng)與風(fēng)資源2.2風(fēng)力機(jī)基本原理與結(jié)構(gòu)2.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)2.4風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行與控制2.5風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與展望432.1

風(fēng)與風(fēng)資源風(fēng)的產(chǎn)生風(fēng)是空氣流動(dòng)的結(jié)果太陽輻射地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)地面形態(tài)差異，各處受熱不均勻風(fēng)的特性隨機(jī)性隨高度的增加而變化隨季節(jié)、日夜變化大氣壓差是風(fēng)產(chǎn)生的根本原因！大氣環(huán)流：地球上的風(fēng)帶與三圈環(huán)流季風(fēng)環(huán)流在一個(gè)大范圍地區(qū)內(nèi)，盛行風(fēng)向或氣壓系統(tǒng)有明顯的季節(jié)變化，這種在一年內(nèi)隨著季節(jié)的不同，有規(guī)律轉(zhuǎn)變風(fēng)向的風(fēng)，稱為季風(fēng)。季風(fēng)盛行地區(qū)的氣候又稱季風(fēng)氣候。局地環(huán)流海陸風(fēng)山谷風(fēng)44白天夜間白天夜間45風(fēng)速沿高度的相對增加量因地而異，大致上可表示為(a)典型分布；(b)不同地形風(fēng)速與高度的關(guān)系.1—大城市；2—城市及多樹農(nóng)村；3—平原、沿海一般取H0=10m,n為修正指數(shù)，其值為1/2~1/8。46風(fēng)的測量風(fēng)能單位時(shí)間內(nèi)流過垂直于風(fēng)速截面積S（m2）的風(fēng)能，即風(fēng)功率為風(fēng)能密度風(fēng)向風(fēng)頻某風(fēng)向風(fēng)頻=某風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)/風(fēng)向的總觀測次數(shù)x100%(kg/m3)47風(fēng)頻風(fēng)頻玫瑰圖風(fēng)速風(fēng)頻分布曲線變化陡峭，最大頻率出現(xiàn)在低風(fēng)速區(qū)變化平緩，最大頻率在較高風(fēng)速區(qū)48風(fēng)速與風(fēng)級共17級，前13級如表颶風(fēng)49風(fēng)能資源分布我國是風(fēng)力資源較豐富的國家之一，陸地潛在可開發(fā)利用風(fēng)能約23億kW中國風(fēng)能密度分布圖(W/m2)50中國每年3-20m/s風(fēng)速累計(jì)時(shí)數(shù)分布1年=365天=8760小時(shí)51中國風(fēng)能資源分布圖52百萬千瓦級風(fēng)能資源區(qū)5、河西走廊3、張北1、吉林4、內(nèi)蒙草原9、蘇滬沿海8、山東半島12、廣東10、浙江2、河北北部6、新疆戈壁7、黑龍江11、福建53千萬千瓦級風(fēng)電基地規(guī)劃甘肅酒泉地區(qū)1100萬千瓦新疆哈密地區(qū)2000萬千瓦內(nèi)蒙古地區(qū)5000萬千瓦河北沿海和北部地區(qū)1000萬千瓦江蘇沿海和近海地區(qū)1000萬千瓦54中國風(fēng)能分區(qū)及占全國面積百分比指標(biāo)豐富區(qū)較豐富區(qū)可利用區(qū)貧乏區(qū)年有效風(fēng)能密度(W/m2)>200200-150<150-50<50年風(fēng)速

3m/s累計(jì)小時(shí)數(shù)(h)>50005000-4000<4000-2000<2000年風(fēng)速

6m/s累計(jì)小時(shí)數(shù)(h)>22002200-1500<1500-350<350占全國面積的百分比（%）8185024風(fēng)能最佳區(qū)：東南沿海、山東半島、遼東半島及海上島嶼，內(nèi)蒙古、甘肅北部，黑龍江南部、吉林東部。此外，近海風(fēng)能資源也非常豐富風(fēng)能較佳區(qū)：西藏高原中北部，東南沿海，三北的南部區(qū)風(fēng)能可利用區(qū)：兩廣沿海（包括福建50~1000km的沿海地帶）、大小興安嶺山區(qū)，中部地區(qū)等風(fēng)能貧乏區(qū)：云貴川、甘南、陜西、湘西、鄂西和福建、兩廣的山區(qū)等；塔里木盆地、雅魯藏布江各地55中國風(fēng)能資源分布特點(diǎn)風(fēng)能最佳區(qū)：根據(jù)中國氣象局2014年公布的最新評估結(jié)果，我國陸地70米高度風(fēng)功率密度達(dá)到150瓦/平方米以上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為72億千瓦，風(fēng)功率密度達(dá)到200瓦/平方米以上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為50億千瓦；80米高度風(fēng)功率密度達(dá)到150瓦/平方米以上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為102億千瓦，達(dá)到200瓦/平方米以上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為75億千瓦。風(fēng)能較佳區(qū)：西藏高原中北部，東南沿海，三北的南部區(qū)風(fēng)能可利用區(qū)：兩廣沿海（包括福建50~1000km的沿海地帶）、大小興安嶺山區(qū)，中部地區(qū)等風(fēng)能貧乏區(qū)：云貴川、甘南、陜西、湘西、鄂西和福建、兩廣的山區(qū)等；塔里木盆地、雅魯藏布江各地562.2

風(fēng)力機(jī)基本原理與結(jié)構(gòu)一、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成5758二、風(fēng)力機(jī)類型－水平軸59

白城”55”型風(fēng)車(1955)簡易風(fēng)力機(jī)(安徽滁縣1959)60單葉片61雙葉片62三葉片63順風(fēng)型優(yōu)點(diǎn)：可以不需要偏航系統(tǒng)；風(fēng)輪轉(zhuǎn)子制造更加靈活，可減輕重量缺點(diǎn)：由于塔影效應(yīng)，風(fēng)功率波動(dòng)大；疲勞負(fù)荷較上風(fēng)向風(fēng)機(jī)大64二、風(fēng)力機(jī)類型－垂直軸優(yōu)點(diǎn)：無需對風(fēng)不需大型塔架發(fā)電機(jī)裝在地面，維修方便內(nèi)蒙古化德首臺垂直軸風(fēng)力機(jī)65垂直軸66三、風(fēng)能轉(zhuǎn)換基本原理阻力型風(fēng)機(jī)：葉片速度<風(fēng)速，效率低。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中很少采用。6768前緣后緣FD:與相對風(fēng)速平行FL:與相對風(fēng)速垂直升力與阻力之比稱為升阻比L/D節(jié)距角69無論采用何種風(fēng)輪，都不可能將風(fēng)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能！

阻力阻力風(fēng)輪（傳統(tǒng)的風(fēng)車）升力升力風(fēng)輪（現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)）風(fēng)輪從風(fēng)中吸收的功率攻角a（度）當(dāng)攻角增加到某一臨界值時(shí)，升力突然減小，而阻力急劇增加，此時(shí)葉片突然喪失支承力，這種現(xiàn)象稱為失速。70貝茨理論（貝茨極限）理想風(fēng)輪的氣流模型風(fēng)輪的最大理論效率（理論風(fēng)能利用系數(shù)）無論采用何種風(fēng)輪，都不可能將風(fēng)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能！ΩRR71葉尖速比lCp（風(fēng)能利用系數(shù)）72不同型式風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)垂直軸達(dá)里厄風(fēng)輪葉片面積與風(fēng)輪掃風(fēng)面積之比稱為實(shí)度低實(shí)度(0.10)=高速，低轉(zhuǎn)矩高實(shí)度(>0.80)=低速，高轉(zhuǎn)矩RAa實(shí)度=3a/A實(shí)度74實(shí)度及其對利用系數(shù)的影響單葉雙葉三葉四葉五葉1、實(shí)度小，曲線寬而平坦；2、實(shí)度大，則曲線尖而窄，對葉尖速比敏感；3、最佳實(shí)度為三葉風(fēng)輪，其次為二葉風(fēng)輪（最大Cp雖低，但峰值分布廣，有可能捕獲更大的風(fēng)能）75葉片數(shù)的選擇76四、風(fēng)力機(jī)特性風(fēng)速風(fēng)功率風(fēng)功率：風(fēng)輪從風(fēng)中吸收的功率77風(fēng)輪直徑增大一倍，功率增大4倍！7879風(fēng)力機(jī)直徑越做越大的原因P：功率D：風(fēng)輪直徑H：塔高80五、風(fēng)力機(jī)功率控制定槳距失速型風(fēng)力機(jī)(Stallcontrol)主動(dòng)失速型定槳距風(fēng)力機(jī)(activestallcontrol)變槳距風(fēng)力機(jī)(Pitchcontrol)變速風(fēng)力機(jī)組(Variablespeed)定槳距風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)特性槳葉與輪轂固定連接，槳葉的迎風(fēng)角度不隨風(fēng)速而變化依靠槳葉的氣動(dòng)特性自動(dòng)失速，即當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)依靠葉片的失速特性保持輸入功率基本恒定。葉尖擾流器——風(fēng)輪制動(dòng)葉尖擾流器結(jié)構(gòu)定槳距失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是通過風(fēng)輪葉片失速來控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在大風(fēng)時(shí)的功率輸出，以及通過葉尖擾流器來實(shí)現(xiàn)極端情況下的安全停機(jī)問題。81失速正常運(yùn)行氣流緊貼82影響風(fēng)力機(jī)輸出功率的其他因素海拔高度溫度標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣密度：kg/m3溫度變化10°C，空氣密度就變化±4%。而槳葉的失速性能只與風(fēng)速有關(guān)，因此，海拔高度和溫度會影響風(fēng)機(jī)輸出功率。冬季和夏季應(yīng)對槳葉的安裝角各作一次調(diào)整同樣的風(fēng)機(jī)安裝在不同地點(diǎn)，其槳葉角度不應(yīng)該相同。83定槳距失速型風(fēng)力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：葉片固定，無復(fù)雜的變槳機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，部件少，成本低缺點(diǎn)：因失速控制依賴于獨(dú)特的翼型結(jié)構(gòu)，葉片本身結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝難度大隨著功率增大，葉片加長，葉片的剛度減弱，失速動(dòng)態(tài)特性不易控制在MW級風(fēng)機(jī)上很少采用84主動(dòng)失速型定槳距風(fēng)力機(jī)

開機(jī)時(shí)將槳葉節(jié)距推進(jìn)到可獲最大功率位置，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組超過額定功率后，減小節(jié)距角，相應(yīng)的攻角增大，使失速效應(yīng)加深，從而限制風(fēng)能的捕獲，將功率調(diào)整在額定值上。主動(dòng)失速1）V=3m/s，葉片與風(fēng)速垂直，切入風(fēng)速2）V=8m/s3）V=12m/s4）V<=25m/s5)V>25m/s，葉片與風(fēng)速平行，切出停機(jī)85變槳距風(fēng)力機(jī)額定功率以下時(shí)，葉片節(jié)距在0°附近不作變化，等同于定槳距。功率根據(jù)葉片氣動(dòng)特性隨風(fēng)速而變化大于額定功率時(shí)，調(diào)整葉片使節(jié)距角b增大，從而減小攻角a,使功率限制在額定功率附近在額定點(diǎn)具有較高的風(fēng)能利用系數(shù)對于定槳距風(fēng)機(jī)，一般在低風(fēng)速區(qū)有較高的風(fēng)能利用系數(shù)，而在額定點(diǎn)附件，利用系數(shù)大幅下降，風(fēng)速上升，功率上升趨緩或隨風(fēng)速上升而下降，使功率保持恒定。對于變槳距風(fēng)機(jī)，無需擔(dān)心額定點(diǎn)后的功率控制問題，故在額定點(diǎn)可具有較高風(fēng)能利用系數(shù)。86不同槳距角時(shí)的功率曲線（40m直徑，33rpm,500kW)878889主動(dòng)失速與變槳距的區(qū)別：槳距調(diào)節(jié)方向不同：主動(dòng)失速型風(fēng)機(jī)使節(jié)距角減小，增大攻角，使風(fēng)葉失速；變槳型風(fēng)機(jī)使節(jié)距角增大，減小攻角，限制吸收的風(fēng)功率。槳距調(diào)節(jié)頻率不同：變槳型風(fēng)機(jī)節(jié)距角可連續(xù)調(diào)節(jié)；主動(dòng)失速型風(fēng)機(jī)的節(jié)距角只有很少的幾步，精度不高。90功率特性比較91變速風(fēng)力機(jī)（風(fēng)能利用系數(shù)）（葉尖速比）變速風(fēng)力機(jī)可在很寬的風(fēng)速范圍保持較高的風(fēng)能利用系數(shù)，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤（MPPT），而定速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組只能在某一風(fēng)速下獲得較高風(fēng)能利用系數(shù)。922.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；風(fēng)力發(fā)電機(jī)不同于電網(wǎng)中的普通發(fā)電機(jī)/photos/photo.asp?PhotoID=2748993風(fēng)力發(fā)電機(jī)分類按照發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度分TypeA:恒速發(fā)電機(jī)TypeB:有限變速發(fā)電機(jī)TypeC:部分容量功率變換器的變速發(fā)電機(jī)TypeD:全容量功率變換器的變速發(fā)電機(jī)94SpeedControlPowerControlStallPitchActiveStallFixedSpeedTypeATypeA0TypeA1TypeA2VariableSpeedTypeBTypeB0TypeB1TypeB2TypeCTypeC0TypeC1TypeC2TypeDTypeD0TypeD1TypeD2表中陰影部分在當(dāng)今風(fēng)機(jī)中不用。95風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型離網(wǎng)型發(fā)電機(jī)（獨(dú)立運(yùn)行）直流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)——永磁式發(fā)電機(jī)，硅整流自勵(lì)交流發(fā)電機(jī)，電容自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)型發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī)雙饋異步發(fā)電機(jī)無刷雙饋異步發(fā)電機(jī)低速交流發(fā)電機(jī)（直驅(qū)）96籠型異步發(fā)電機(jī)97異步發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性98

轉(zhuǎn)差率絕對值越大，則系統(tǒng)平衡陣風(fēng)擾動(dòng)的能力越好。一般在（2-5）%99籠型異步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)：（1）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁消耗無功功率，皆取自電網(wǎng)。應(yīng)選用較高功率因數(shù)發(fā)電機(jī)，并在機(jī)端并聯(lián)電容；（2）絕大部分時(shí)間處于輕載狀態(tài)，要求在中低負(fù)載區(qū)效率較高，希望發(fā)電機(jī)的效率曲線平坦；（3）風(fēng)速不穩(wěn)，易受沖擊機(jī)械應(yīng)力，希望發(fā)電機(jī)有較軟的機(jī)械特性曲線，Ｓmax絕對值要大；（4）并網(wǎng)瞬間與電動(dòng)機(jī)起動(dòng)相似，存在很大的沖擊電流，應(yīng)在接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)并網(wǎng)，并加裝軟起動(dòng)限流裝置；100異步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)方式直接并網(wǎng)：方法簡單，但沖擊電流較大，只適用于百千瓦級以下容量電機(jī)降壓并網(wǎng)：在電機(jī)與電網(wǎng)之間串入電阻或電抗或自耦變壓器，以降低并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流通過晶閘管軟并網(wǎng)：將并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流限制在允許的限度內(nèi)。

步驟：1、檢查相序一致2、啟動(dòng)風(fēng)力機(jī)，接近同步速（99-100）%3、晶閘管導(dǎo)通角由0到180度逐漸增大，異步機(jī)經(jīng)晶閘管平穩(wěn)并入電網(wǎng)4、當(dāng)轉(zhuǎn)差為零時(shí)自動(dòng)開關(guān)閉合，晶閘管被短接，5、在發(fā)電機(jī)端并入補(bǔ)償電容，將功率因數(shù)提高到0.95以上。101異步發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)102從定速到變速概念變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)SiemensWind,SWTserieswindturbineswith1.5MW,2.5MWand3.6MW兼具籠型異步電機(jī)維護(hù)性好（無刷）、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但需采用全功率變換器并網(wǎng)。犧牲了經(jīng)濟(jì)性，換取發(fā)電機(jī)組高的并網(wǎng)性能。103

雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)適用于半變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)104Vestas,GEWind,Siemens-GamesaGoldwind,UnitedPower,Envision105106雙饋異步發(fā)電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)（1）亞同步速運(yùn)行：n<n1,n+n2=n1（2）超同步速運(yùn)行：n>n1,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，n-n2=n1.轉(zhuǎn)子繞組必須能自動(dòng)改變相序。（3）同步運(yùn)行：n=n1,f2=0.107雙饋異步發(fā)電機(jī)的功率傳遞關(guān)系亞同步運(yùn)行超同步運(yùn)行Pm—輸入機(jī)械功率；Pem—電磁功率(1-S)Pem108亞同步運(yùn)行超同步運(yùn)行109基本控制方法(1)轉(zhuǎn)矩控制or110轉(zhuǎn)矩控制環(huán)基本控制方法(1)轉(zhuǎn)矩控制111電壓控制環(huán)基本控制方法(2)電壓控制112雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）連續(xù)變速運(yùn)行，風(fēng)能轉(zhuǎn)換率高；（2）部分功率變換(約三分之一），變流器成本相對較低；（3）電能質(zhì)量較好（輸出功率平滑，功率因數(shù)高）；（4）并網(wǎng)簡單，無沖擊電流；（5）降低槳距控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求；（6）改善作用于風(fēng)輪槳葉上機(jī)械應(yīng)力狀況；（7）雙向變流器結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜；（8）電刷與滑環(huán)間存在機(jī)械磨損。113

低速直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)1.5MW88極定子外徑4.3m外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)114115半直驅(qū)概念是一個(gè)折中方案，采用一級增速齒輪箱，將風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速增高8~9倍，與多級增速齒輪箱相比，其可靠性和效率均較高。傳動(dòng)鏈116分?jǐn)?shù)槽繞組外轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機(jī)扁平型碟式結(jié)構(gòu)117功率變換器及其控制采用雙PWM功率變換器的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)118永磁驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)：永磁發(fā)電機(jī)具有最高的運(yùn)行效率；永磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁不可調(diào)，導(dǎo)致其感應(yīng)電動(dòng)勢隨轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化。采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC變換，可維持直流母線電壓基本恒定，同時(shí)可控制發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩以調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；在電網(wǎng)側(cè)采用PWM逆變器輸出恒定頻率和電壓的三相交流電，對電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)性好；永磁發(fā)電機(jī)和全容量全控變流器成本高；永磁發(fā)電機(jī)存在定位轉(zhuǎn)矩，給機(jī)組起動(dòng)造成困難。119電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)：通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，可保持發(fā)電機(jī)的端電壓恒定；定子繞組輸出電壓的頻率隨轉(zhuǎn)速變化；可采用不控整流和PWM逆變，成本較低；轉(zhuǎn)子可采用無刷旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勵(lì)磁消耗電功率；體積大、重量重，效率稍低。120直接驅(qū)動(dòng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)去除齒輪箱，直接驅(qū)動(dòng)的理由：?由齒輪箱引起的風(fēng)電機(jī)組故障率高；?齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)工作量大，易漏油污染；?系統(tǒng)的噪聲大，效率低，壽命短。直驅(qū)帶來的問題：?發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大，體積重量明顯增大；?全功率整流逆變，變流器成本高。121各種類型發(fā)電機(jī)的對比（1）籠型異步發(fā)電機(jī)成本低、可靠性高，在定速和變速全功率變換風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中將繼續(xù)扮演重要角色；（2）雙饋異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)具有最高的性價(jià)比，特別適合于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電。將在未來數(shù)年內(nèi)繼續(xù)成為風(fēng)電市場上的主流產(chǎn)品；（3）直驅(qū)型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其變流技術(shù)發(fā)展迅速，利用新技術(shù)有望大幅度減小低速發(fā)電機(jī)的體積和重量。122無刷雙饋發(fā)電機(jī)123無刷雙饋電機(jī)（Brushlessdoubly-fedmachine–BDFM）

定子側(cè)具有兩套極對數(shù)不同的獨(dú)立繞組，極對數(shù)為P的定子繞組稱為功率繞組，極對數(shù)為Pe的定子繞組稱為控制繞組，轉(zhuǎn)子采用自行閉合的環(huán)路結(jié)構(gòu)，兩套定子繞組在電路和磁路上完全解耦，取消了滑環(huán)和電刷，因而特別適用于風(fēng)力發(fā)電。研究表明，變速恒頻無刷雙饋電機(jī)發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今世界風(fēng)力發(fā)電的趨勢。124無刷雙饋異步發(fā)電機(jī)原理極對數(shù)p極對數(shù)pe125

無刷雙饋異步發(fā)電機(jī)原理勵(lì)磁機(jī)定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢頻率相同取“-”，相反取+主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組磁場轉(zhuǎn)速：主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場相對定子的轉(zhuǎn)速主發(fā)電機(jī)定子電勢頻率可見，當(dāng)nR變化時(shí)，只要改變fe1，就可實(shí)現(xiàn)主發(fā)電機(jī)定子繞組輸出電流的頻率為恒值50Hz.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速126無刷雙饋異步發(fā)電機(jī)的功率傳遞關(guān)系低風(fēng)速時(shí)能量傳遞關(guān)系高風(fēng)速時(shí)能量傳遞關(guān)系n1>nR，ne1與nR旋轉(zhuǎn)方向相反。P1=Pm+Pe1nR>n1，ne1與nR旋轉(zhuǎn)方向相同。Pm=P1+Pe1控制繞組從電網(wǎng)吸收功率控制繞組向電網(wǎng)輸出功率127無刷雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子獨(dú)立同心式轉(zhuǎn)子回路公共端環(huán)和獨(dú)立同心式轉(zhuǎn)子回路由無刷雙饋電機(jī)的工作原理可知,定子極數(shù)不同的兩個(gè)空間磁場是通過轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)耦合,與轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子磁場需要進(jìn)行極數(shù)轉(zhuǎn)換才能與定子磁場匹配。因此,轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)應(yīng)該具備“極數(shù)轉(zhuǎn)換器”的功能128無刷雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁阻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)混合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)129六、變槳系統(tǒng)主要作用風(fēng)輪開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；風(fēng)輪停止時(shí)，保持“順槳”位置（90o槳距角）；額定風(fēng)速以上，調(diào)節(jié)功率/載荷不超設(shè)計(jì)的限定值；并網(wǎng)過程中變槳距控制可實(shí)現(xiàn)快速無沖擊并網(wǎng)。變槳機(jī)構(gòu)的實(shí)物照片130六、變槳系統(tǒng)變槳系統(tǒng)組成框圖獨(dú)立變槳技術(shù)旨在減小葉片載荷和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，目前仍在發(fā)展之中131七、風(fēng)力機(jī)偏航系統(tǒng)用尾舵控制對風(fēng)，用于小型風(fēng)力機(jī)在風(fēng)力機(jī)兩側(cè)裝設(shè)舵輪，多用于中型風(fēng)力機(jī)利用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；多用于大型風(fēng)力機(jī)132八、風(fēng)輪制動(dòng)高速軸制動(dòng)盤133九、葉片的結(jié)構(gòu)形式 (a)用玻璃纖維蒙皮的木制葉片結(jié)構(gòu)；(b)用金屬作蒙皮的管狀梁葉片結(jié)構(gòu)；(c)用玻璃纖維作蒙皮的管狀梁葉片結(jié)構(gòu)；(d)典型的帆翼結(jié)構(gòu)134十、風(fēng)輪防雷系統(tǒng)葉片防雷方法TypeAandB:有限感受器；CandD:防護(hù)整葉片135十一、塔架用料省，成本低，塔影小，但外觀差。大型風(fēng)機(jī)中已少見重量輕，成本低，但難以靠近。適用于小型風(fēng)機(jī)對維護(hù)人員而言安全、舒適，美觀；但用料多，成本高1362.4風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行與控制一、控制目標(biāo)二、基本控制內(nèi)容三、定速定槳距風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行與控制四、定速變槳距風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行與控制五、變速變槳距風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行與控制137一、控制目標(biāo)根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)向變化，控制機(jī)組保持高的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電質(zhì)量，還要抑制機(jī)組的動(dòng)態(tài)載荷，保證安全運(yùn)行?；究刂撇呗裕旱惋L(fēng)速區(qū)（區(qū)間I）：最大可能獲取風(fēng)功率；典型風(fēng)力機(jī)組的功率曲線高風(fēng)速區(qū)（區(qū)間III）：通過變槳距來限制風(fēng)力機(jī)獲得能量，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在額定功率下發(fā)電；轉(zhuǎn)換區(qū)間（區(qū)間II）：控制風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子速度在允許范圍。138二、基本控制內(nèi)容工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換運(yùn)行暫停停機(jī)緊急停機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本工作狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換機(jī)械剎車松開允許機(jī)組并網(wǎng)機(jī)組自動(dòng)調(diào)向液壓系統(tǒng)保持工作壓力葉尖阻尼板回收剎車松開液壓系統(tǒng)保持工作壓力自動(dòng)調(diào)向葉尖阻尼板回收機(jī)組空轉(zhuǎn)剎車松開葉尖阻尼板彈出液壓系統(tǒng)保持工作壓力調(diào)向系統(tǒng)停止工作剎車動(dòng)作緊急電路開啟計(jì)算機(jī)輸出信號無效計(jì)算機(jī)運(yùn)行并測量所有輸入139風(fēng)電機(jī)組的起動(dòng)過程待機(jī)狀態(tài)：風(fēng)力機(jī)處于自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，但沒有并網(wǎng)，機(jī)械剎車已松開，風(fēng)輪處于迎風(fēng)狀態(tài)，機(jī)組的所有狀態(tài)參數(shù)均在控制系統(tǒng)檢測之中。一旦風(fēng)速增大，轉(zhuǎn)速升高，發(fā)電機(jī)即可并網(wǎng)。自起動(dòng)及其條件：v>4m/s即可自起動(dòng)到發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。起動(dòng)條件：1、電網(wǎng)：連續(xù)10分鐘內(nèi)無過電壓、低電壓；電網(wǎng)電壓0.1s內(nèi)跌落值小于設(shè)定值；電網(wǎng)頻率在設(shè)定范圍內(nèi)；三相平衡2、風(fēng)況：連續(xù)10分鐘風(fēng)速在(3~25m/s)范圍內(nèi)3、機(jī)組：發(fā)電機(jī)溫度、油溫正常，壓力正常，控制系統(tǒng)電源正常等。1404、風(fēng)輪對風(fēng)：連續(xù)10分鐘平均風(fēng)速>3m/s允許風(fēng)輪對風(fēng)5、制動(dòng)解除：松開盤式制動(dòng)器，準(zhǔn)備起動(dòng)自起動(dòng)：早期定槳距風(fēng)機(jī)要在發(fā)電機(jī)的協(xié)助下完成起動(dòng)，現(xiàn)代變槳距風(fēng)機(jī)具有良好的自起動(dòng)能力。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳葉從靜止?fàn)顟B(tài)的90o，向0o方向轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出電網(wǎng)：1、風(fēng)速高于25m/s，持續(xù)10min，正常停機(jī)2、風(fēng)速>33m/s，持續(xù)2s，正常停機(jī)3、風(fēng)速>50m/s，持續(xù)1s，安全停機(jī)，側(cè)風(fēng)90度141

風(fēng)力機(jī)特性（風(fēng)能利用系數(shù)）（葉尖速比）

由于風(fēng)速測量的不可靠性，實(shí)際上并不是根據(jù)風(fēng)速來調(diào)整轉(zhuǎn)速。以電機(jī)轉(zhuǎn)速為變量的功率方程：以風(fēng)速為變量的功率方程風(fēng)力機(jī)性能曲線三、變速變槳距風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行與控制142

風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性安全運(yùn)行區(qū)OAdcC五個(gè)速度運(yùn)行區(qū)切入前—Oa段恒最佳功率系數(shù)區(qū)—ab段恒轉(zhuǎn)速區(qū)—bc段，與定槳距相同恒功率區(qū)—cd段，需降低Cp

切出區(qū)實(shí)際功率并不是無限的，有兩個(gè)限制：功率限制，所有電路和電力電子器件受功率限制轉(zhuǎn)速限制，所有旋轉(zhuǎn)部件的機(jī)械強(qiáng)度受轉(zhuǎn)速限制功率極限143

變速風(fēng)電機(jī)組的基本控制策略起動(dòng)階段，風(fēng)速在切入風(fēng)速以下，不涉及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制額定風(fēng)速以下區(qū)a)變速運(yùn)行區(qū)，使轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，保持Cp恒定b)恒速運(yùn)行區(qū)。受機(jī)械限制，轉(zhuǎn)速不能再高，恒功率運(yùn)行區(qū)144三個(gè)區(qū)域Cp值變化情況CP恒定區(qū)轉(zhuǎn)速恒定區(qū)功率恒定區(qū)145減小Cp的途徑：降低風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，改變?nèi)~尖速比改變槳距角146Cp恒定區(qū)的控制設(shè)發(fā)電機(jī)原工作點(diǎn)為A2，現(xiàn)風(fēng)速變?yōu)関2，風(fēng)力機(jī)工作點(diǎn)為A1。因PA1>PA2，過剩功率使轉(zhuǎn)速增大。風(fēng)力機(jī)和電機(jī)的工作點(diǎn)都向A3點(diǎn)變化，在A3點(diǎn)功率達(dá)成平衡。147

轉(zhuǎn)速恒定區(qū)的控制轉(zhuǎn)速控制方式功率恒定區(qū)的控制要靠降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或改變槳距角使功率低于其極限轉(zhuǎn)速恒定區(qū)n=nr功率恒定區(qū)P=Pr148

低于額定風(fēng)速時(shí)的轉(zhuǎn)速控制—最大功率點(diǎn)跟蹤根據(jù)風(fēng)機(jī)的風(fēng)能捕獲公式：可以看出：在某一風(fēng)速下：因此可以捕獲最大風(fēng)能傳統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法功率信號反饋法爬山尋優(yōu)法149

最佳葉尖速比控制150功率信號反饋控制－PowerSignalFeedback(PSF)control在風(fēng)速不可測的情況下，先測量出風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)最大功率曲線計(jì)算出相應(yīng)的最大輸出功率，并作為風(fēng)力機(jī)的輸出功率給定值，對風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對最大功率點(diǎn)的捕獲。151功率信號反饋控制－PowerSignalFeedback(PSF)control優(yōu)點(diǎn)：通過對最大功率曲線表的查詢，可以控制系統(tǒng)輸出最大功率曲線適用于大功率系統(tǒng)方法較為簡單，易于實(shí)現(xiàn)對風(fēng)速的變化不敏感缺點(diǎn)：需獲得最大功率曲線，對風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)依賴性較強(qiáng)功率曲線的誤差將會影響控制的準(zhǔn)確性152爬山法尋優(yōu)控制爬山法控制原理給風(fēng)力機(jī)施加人為的轉(zhuǎn)速擾動(dòng)，這一擾動(dòng)將引起輸出功率的變化。若該變化量大于零，則在系統(tǒng)趨于穩(wěn)態(tài)的時(shí)候，加上與前次同符號的擾動(dòng)量，直到輸出功率變化量開始小于零才改變下一次擾動(dòng)量的符號。如此反復(fù)。153爬山法控制的關(guān)鍵點(diǎn)當(dāng)轉(zhuǎn)速指令發(fā)生階躍變化時(shí)，速度環(huán)調(diào)節(jié)器工作，系統(tǒng)的瞬時(shí)輸出功率為減小的，因此對功率進(jìn)行采樣時(shí)，采樣時(shí)間要大于速度環(huán)的調(diào)節(jié)時(shí)間。轉(zhuǎn)速指令可以采用定步長和變步長指令。由于采用定步長指令時(shí)，其跟蹤速度較慢，且在最大功率點(diǎn)附近可能會引起系統(tǒng)振蕩，因此采用變步長控制。由于轉(zhuǎn)速指令為離散的，因此不可能完全達(dá)到最大功率點(diǎn)，因此定義一區(qū)間，當(dāng)系統(tǒng)輸出功率落入該區(qū)間，則認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到最大功率點(diǎn)。區(qū)間的大小，與跟蹤步長以及控制精度有關(guān)。爬山法尋優(yōu)控制154優(yōu)點(diǎn)：獨(dú)立于風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)可以自主的追蹤到最大功率點(diǎn)由于風(fēng)機(jī)慣性的存在，因此較適用于小容量風(fēng)機(jī)系統(tǒng)缺點(diǎn)：當(dāng)風(fēng)速變化較快時(shí)，不易采用此方法，可能引起系統(tǒng)震蕩風(fēng)速變化時(shí)，由于葉輪的慣性，一部分能量存儲在風(fēng)輪中，因此對系統(tǒng)輸出功率的采樣不能完全反映系統(tǒng)對風(fēng)能的捕獲情況爬山法尋優(yōu)控制155并網(wǎng)導(dǎo)則和低電壓穿越Operateawindfarm/windturbinelikeapowerstationSteadystateVoltagesupport/reactivepowercompensationFrequency/PowercontrolLow/highfrequencysupportPowerQuality,flicker,harmonicsTransient/dynamicstateFaultridethrough,tostayconnectedduringlowvoltageonthegridRamprateCommunication/powerdispatchReliablecommunicationWindforecastingParticipatepowermarketGridCode:Technicaldocumentcontainingtherulesgoverningtheoperation,maintenance,&developmentofthesystem2.5風(fēng)電機(jī)組的故障穿越156低電壓穿越（LowVoltageRide-Through）中國對風(fēng)電機(jī)組LVRT的要求風(fēng)電機(jī)組LVRT功能，是指當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，要求風(fēng)電機(jī)組能夠承受短時(shí)電壓降低而不退出運(yùn)行，使之能繼續(xù)向系統(tǒng)輸送功率以支撐系統(tǒng)頻率和電壓的穩(wěn)定性。157低電壓對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的影響DFIGsystemDirect-drivenPMSGsystemOvervoltageorcurrentatrotorsideOverrotorspeedReactivepowershortageandfurtherdecreasinggridvoltagelevelSurpluspowerleadtoincreasingDCvoltageonconvertersRelativelygoodperformancethanDFIGsystem158轉(zhuǎn)子crowbar旁路保護(hù)技術(shù)低電壓穿越技術(shù)159直流環(huán)節(jié)crowbar旁路保護(hù)技術(shù)高壓耗能型Buck電路型直流儲能型高電壓穿越HighVoltageRide-ThroughHighvoltageatpointofcommoncoupling(PCC)occursduetothesurplusofreactivepowerCountries

HVRTrequirementDenmarkPCC

Voltage1.2~1.3p.u.,keepconnectedatleast0.1sGermanyE.ONPCC

Voltage1.2p.u.，keepconnectedatleast0.1sUSAWECCPCC

Voltage>1.2p.u.，keepconnectedatleast1sPCC

Voltage1.175~1.2p.u.，keepconnectedatleast1sPCC

Voltage1.15~1.175p.u.，keepconnectedatleast2sPCC

Voltage1.1~1.15p.u.，keepconnectedatleast3sAustraliaPCC

Voltage1.1~1.3p.u.，keepconnectedatleast0.9sPCC

Voltage1.3p.u.，keepconnectedatleast0.06sHighVoltageRide-ThroughChinarequirementissuedin2017byNationalEnergyAdministrationPCCvoltageWTcouldcut-offWTshouldstayin中國對風(fēng)電機(jī)組HVRT測試規(guī)程要求162InfluenceofHighVoltagePMSGsystemVoltagesurgeduetosurplusofreactivepowerChargingcurrentgoesintoDC-linkcapacitorOvervoltageinDC-linkDFIGsystemTransientDCcurrentinstatorandrotorwindingsduetothestatordirectlyconnectedwithgrid(Fluxconservationtheory)NegativesequencecurrentinimbalancefaultsituationsInhighrotorspeedoperation,theinducedvoltageandcurrentinrotorsidewillbehighduetothetransientDCcurrent高電壓穿越技術(shù)SimilarwithLVRT,DVR,SVC,STATCOMcouldbeusedForDFIGsystem,crowbartechnologyisacommonwayforHVRTprotection.Powerconsuming,powerstorageinDC-linkImprovementsofwindturbine’scontrolstrategy斬波電路1642.5海上風(fēng)電AdvantagesBetterwindresource;Nolandoccupation;Shortdistancetotheloadcenter.DisadvantagesHighrequirementontechnics;Highcost;Challengesonoperationandmaintenance;Specialconstructionandmaintenancefacilities;Extrememarineclimate.165TwoMainConstraintsHighcostcomparedwiththeon-shorewindfarms;Morecomplicatedinstallationtechnologies.Proportionalofoff-shorewindfarmCostAnalysis:TypicalEurope0.14europerkWhChinaoffshore0.85YuanperkWhChinaIntertidal0.75YuanperkWhKeytechnologies:Adoptionofextremelylarge-scalewindturbines;Whynotadoptsfurtherlarge-scalewindturbines?LackoflargemanufacturingequipmentandmarineengineeringequipmentInsufficientconstructiontechnologyLackofeconomicperformanceFromdesignview,thegeneratorwithlargecapacity,thebladelengthandsizeofgearbox&generatorwillbeincreased.However,thesizelimitationoflanddoesnotexistformarinetransportation.Itdoeshelptoadoptlargergenerator.Thelargegeneratormaycapturemorewindenergyfromtheair,duetobetterusageofhigh-altitudewindenergy.海上風(fēng)電技術(shù)Keytechnologies:Adoptionofextremelylarge-scalewindturbines;Differentwindloadandwaterloadconsiderations;Foundationdesign;Windfarmintegrations.SinglecolumnJacketFloatFloatSinglecolumnJacketThreecolumnsGravityTripod基礎(chǔ)選型與設(shè)計(jì)1692.4風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與展望2001-2016年全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量（MW）從1996年起全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)連續(xù)增速超過20%，平均增速達(dá)到28.35%。2009年全球風(fēng)電裝機(jī)總量增長31％，2010年降為25％，2016年累計(jì)同比增長12.5%，其中中國占全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量的34.7%。1702.6風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與展望2001-2016年全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量（MW）按照2016年底的風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量計(jì)算，全球前五大風(fēng)電市場依次為中國、美國、德國、印度和西班牙，在2001年至2016年間，上述5個(gè)國家風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量年均復(fù)合增長率如表所示。1712.6風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與展望2001-2016年全球年度新增風(fēng)電裝機(jī)容量（MW）從1996年起全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)增速超過20%，平均增速達(dá)28.35%。2016年全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)增加12.5%，其中34.5%的全球累計(jì)裝機(jī)增加量在中國。172Globalwindpowercapacity(MW)from2001to2016Accordingtothecapacityintheyearof2016,thefivebiggestwindpowermarketisChina,USA,German,IndiaandSpain.From2001to2016,theincreasingspeedoftheaccumulatedcapacityisshownasthetable.173174

風(fēng)力發(fā)電所占世界總發(fā)電量的份額1752014年十大風(fēng)機(jī)制造商在全球市場所占比例在全球風(fēng)電裝備制造業(yè)中，歐洲一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，它是世界各國風(fēng)電制造企業(yè)的重要技術(shù)供應(yīng)商，我國大部分風(fēng)電制造企業(yè)的原始技術(shù)均來自歐洲?？傮w而言全球風(fēng)機(jī)市場仍然由老牌制造商主導(dǎo)，Vestas（丹麥）多年來一直保持世界風(fēng)機(jī)制造商老大的地位，而GE（美國）、Gamesa（西班牙）、Enercon（德國）、Suzlon（印度）和Siemens（德國）等公司的實(shí)力亦不容小覷，占據(jù)了全球大部分的市場份額。另外，一個(gè)不可忽略的事實(shí)是，中國的風(fēng)機(jī)制造商在異軍突起。176

我國風(fēng)電裝機(jī)發(fā)展情況1772013年中國新增風(fēng)電裝機(jī)單機(jī)功率分布1782009-2015年中國海上風(fēng)電新增和累計(jì)裝機(jī)容量1792015年全國“棄風(fēng)”電量及分布2015年，風(fēng)電棄風(fēng)限電形勢加劇，全年棄風(fēng)電量339億千瓦時(shí)，同比增加213億千瓦時(shí)，平均棄風(fēng)率15%，同比增加7個(gè)百分點(diǎn)。棄風(fēng)，是指在風(fēng)電發(fā)展初期，風(fēng)機(jī)處于正常情況下，由于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)接納能力不足、風(fēng)電場建設(shè)工期不匹配和風(fēng)電不穩(wěn)定等自身特點(diǎn)導(dǎo)致的部分風(fēng)電場風(fēng)機(jī)暫停的現(xiàn)象。棄風(fēng)最大的原因還是電網(wǎng)建設(shè)速度跟不上清潔能源發(fā)展的速度。180影響因素：60%依賴于規(guī)模化發(fā)展，40%依賴于技術(shù)進(jìn)步。預(yù)測：到2020年，風(fēng)電成本會降低到3歐分以下，屆時(shí)風(fēng)電成本可以達(dá)到常規(guī)能源發(fā)電成本水平。

風(fēng)電成本持續(xù)下降丹麥風(fēng)電成本變化趨勢(歐分/千瓦時(shí))181

陸上風(fēng)電裝機(jī)總成本分布圖海上風(fēng)機(jī)的成本分布為，淺海（50米以內(nèi)）的海上風(fēng)機(jī)的成本分布是：機(jī)組60%，基礎(chǔ)及安裝20%，電纜15%，其它占5%；深海按漂浮式計(jì)算，機(jī)組占50%，安裝占35-40，電纜占20，其它5%左右。目前國內(nèi)執(zhí)行的海上風(fēng)電電價(jià)制定到2016年，16年以前投運(yùn)的近海風(fēng)電項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)為0.85元/度(含稅),潮間帶風(fēng)電項(xiàng)目為0.75元/度。海上風(fēng)電由于后期運(yùn)維成本高昂，對初期設(shè)備選型要求嚴(yán)格，特別利好國內(nèi)高端風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)。182

全國陸上風(fēng)力發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)表183NationalPolicyWithdrawal184NationalPolicyWithdrawal185全球風(fēng)電技術(shù)發(fā)展趨勢Technologytrend失速調(diào)節(jié)主動(dòng)失速定速變速控制齒輪箱變距調(diào)節(jié)變速調(diào)節(jié)無齒輪箱新能源及其發(fā)電技術(shù)187第3章太陽能發(fā)電技術(shù)3.1太陽能發(fā)電概述3.2太陽能熱發(fā)電技術(shù)3.3太陽能電池發(fā)電原理與基本特性3.4

太陽能光伏發(fā)電的控制1883.1

太陽能發(fā)電概述地球得到的太陽能輻射53×106GW122×106GW178

×106GW太陽投入輻射立即反射到太空82被吸收后轉(zhuǎn)換成熱能40用于蒸發(fā)水分.1光合作用.01人類應(yīng)用(70%)189WorldPotentialMapThehighestpotentialisinthesouthernemisphere

190中國太陽能資源分布全年太陽能總輻射（KJ/cm2.年）1912/3以上地區(qū)照射量大于4.2×109J/m2192太陽能特點(diǎn)：永恒、巨大、廣泛、分散、隨機(jī)、間歇、區(qū)域、清潔。193太陽能主要利用方式目前主要應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電太陽能熱力發(fā)電轉(zhuǎn)化為電能（光－電）

轉(zhuǎn)化為熱能

（光－熱）

轉(zhuǎn)為化學(xué)能（光－化）

太陽能空調(diào)、制冷、干燥太陽能建筑一體化

太陽能集熱器太陽能灶、太陽房、溫室太陽能海水淡化自然光合作用(效率低，1％)人工光合作用(基因轉(zhuǎn)換、催化)制氫(光催化、熱分解)能源植物(switchgrass)水蒸汽(槽、碟、塔式)氣體(煙囪，Stirling)低沸點(diǎn)工質(zhì)(太陽池)其它：光－光；熱－機(jī)194太陽能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)太陽能儲量巨大，取之不盡，用之不絕。不產(chǎn)生任何廢物，無污染，是一種清潔能源。隨處可得，可就近安裝供電，避免長距離輸電。不用燃料，運(yùn)行成本相對較低。無旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件，不易損壞，維護(hù)簡單。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn):能量密度較低，大型太陽能電站占用面積較大。具有間歇性和隨機(jī)性，輸出功率受氣象條件影響起伏波動(dòng)大。太陽能發(fā)電成本較高。最近幾年投資成本在快速下降。195發(fā)展簡史Adamsfindsolidstatephotovoltaiceffect18761883FirstSeleniumphotocell1893Becklerdiscoveredphotovoltaiceffect1930SchottkyphotovoltaiceffecttheoryOrrfoundphotovoltaiceffectonsilicon19411954Belllabmademonocrystallinesiliconsolarcell1960Firstgridconnectedsiliconsolarcells19847MWsolarpowerstationinUSA1990Germany2000photovoltaicroofsplan2006RenewableenergylawissuedinChinaChinaSolarcellsranksfirst20072015Chinainstalledandgeneratingcapacityranksfirst2018Firstdesignstandardfortowersolarthermalpowerstation1963.2太陽能熱發(fā)電技術(shù)

利用太陽集熱器收集太陽能

加熱工質(zhì)

產(chǎn)生過熱蒸汽

驅(qū)動(dòng)熱動(dòng)力裝置

帶動(dòng)發(fā)電機(jī)典型太陽能熱發(fā)電站熱力循環(huán)系統(tǒng)原理圖無陽光時(shí)用吸收太陽能輔助能源鍋爐197夏季，白天太陽能不但可以供給機(jī)組滿載運(yùn)行，而且還有多余能量畜于儲熱槽中，留待晚間與輔助能源共同供給機(jī)組運(yùn)行，至深夜停機(jī)。冬季，太陽能只能供給機(jī)組80%能量，其余由輔助能源供給。198塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)1—定日鏡；2—接收器；3—塔；4—蓄熱器；5—泵；6—凝汽器7—汽輪發(fā)電機(jī)組199塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)聚光集熱子系統(tǒng)：聚光器：平面反射鏡、曲面反射鏡接收器：將太陽輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芨櫻b置1—入射太陽光；2—接收器；3—塔；4—定日鏡中心接收塔200定日鏡結(jié)構(gòu)示意圖接收器定日鏡塔式聚光器201聚光器在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，最常用的是：平面反射鏡：用于塔式熱發(fā)電，可將工質(zhì)加熱到500~2000°C，構(gòu)成高溫塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。曲面反射鏡：一維拋物面反射鏡—槽型拋物面反射鏡，集熱溫度可達(dá)400°C，構(gòu)成槽式熱發(fā)電系統(tǒng)。二維拋物面反射鏡—盤式拋物面反射鏡，焦點(diǎn)溫度可達(dá)800~1000°C，構(gòu)成盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。202Heliostat(定日鏡)203聚光器的主要性能要求1）光學(xué)性能—鏡面反射率越高越好?，F(xiàn)多采用玻璃背面鏡，即將銀或鋁蒸鍍在玻璃反射鏡的背面，再噴涂上多層漆保護(hù)層，或封夾在兩層玻璃之間。另外要定期對鏡面進(jìn)行清洗。2）光學(xué)性能—鏡面平整度，機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能抗大風(fēng)的吹刮。3）化學(xué)穩(wěn)定性——耐腐蝕接收器——將太陽輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并傳遞給工質(zhì)的部件。聚光方式不同，接收器結(jié)構(gòu)差別很大。關(guān)鍵技術(shù)：接收器表面涂覆選擇性吸收膜，使對太陽輻射的吸收率高，反射率低。/越高大，集熱溫度越高。204跟蹤裝置單軸跟蹤：用于槽型拋物面反射鏡雙軸跟蹤：用于盤式拋物面反射鏡和塔式聚光的平面反射鏡。跟蹤方式程序控制方式——存在累積誤差傳感控制方式——多云時(shí)難測出入射太陽輻射方向混合控制方式——以程序控制為主，用傳感器瞬時(shí)測量作反饋，對程序進(jìn)行累積誤差修正，能保證任何氣候條件下穩(wěn)定而可靠的跟蹤。205太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)組成按集熱器類型不同可分：塔式系統(tǒng)、槽式系統(tǒng)、碟（盤）式系統(tǒng)蓄熱子系統(tǒng)——在集熱器與汽輪發(fā)電機(jī)之間提供緩沖，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。輔助能源子系統(tǒng)——常規(guī)燃料鍋爐汽輪發(fā)電子系統(tǒng)：現(xiàn)代汽輪機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)，低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)206太陽能熱發(fā)電原理示意圖溫度可達(dá)500~2000°C207發(fā)電功率100MW需要鏡場面積約2.43km22082007年6月1日，國內(nèi)首座70千瓦太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，在南京通過鑒定驗(yàn)收。該太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)建在江寧將軍大道東側(cè)，系統(tǒng)由定日鏡場、塔式高溫接收器、太陽能燃?xì)廨啓C(jī)等組成，32面定日鏡分成7排，每時(shí)每刻跟蹤太陽，將陽光傳遞給鐵塔上的集熱器，將空氣加熱到1000攝氏度，高溫加壓空氣推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)行光電轉(zhuǎn)換。地處江寧的南京塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)20910MWsolarthermalpowerstationinDunhuangChina100MWsolarthermalpowerstationinDunhuangChinawithtowerheight260m,morethan10thousandmirrors210槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（SEGS）簡稱槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，也稱分散式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)?？蛇_(dá)400°C211美國南加州SEGS,13-80MW，加熱有機(jī)油到390接收器聚光器槽式聚光器槽式太陽能聚光器212槽式太陽能聚光器Atbothendsoftheheatcollectingtube,theglassshouldbeperfectlymatchedwiththemetal,soastoensurethatthevacuuminterlayerbetweentheglasstubeandthemetaltubewillnotleakandwillnotbedamagedduetothermalexpansionduringtheservicelifeofmorethan20years213Simpletrackingdeviceswithconcentratedsingleaxis槽式太陽能聚光器214線性菲涅爾聚光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)

成本低；使用固定的集熱管，避免高溫高壓管路密封與連接難題；使用廉價(jià)的平面鏡代替昂貴的拋物式反射鏡；反射鏡近地安裝，風(fēng)阻小，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也大為減少；單軸跟蹤裝置

。Seenasatechnicalextensionoftroughsolarsystem215與其他太陽能光熱發(fā)電方式相比，菲涅爾式聚光率比較低，年發(fā)電效率也較低。線性菲涅爾聚光系統(tǒng)216盤（碟）式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)以單個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡為基礎(chǔ)，構(gòu)成一個(gè)完整的聚光、集熱、發(fā)電單元單個(gè)功率較小，5-50kW可以分散獨(dú)立發(fā)電，也可由多個(gè)單元組成較大的發(fā)電系統(tǒng)。接收與轉(zhuǎn)換器拋物面碟式聚光器匯聚光線溫度可達(dá)800~1000°C217多碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)單碟式聚光器多碟式聚光器218斯特拉循環(huán)斯特林循環(huán)斯特林循環(huán)是目前碟式太陽能熱發(fā)電技術(shù)中研究和應(yīng)用最多的一種，它是利用高溫高壓的氫氣或氦氣作為工質(zhì)，通過2個(gè)等容過程和2個(gè)等溫過程組成可逆循環(huán)，其理論最高熱電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)40%。219太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)性能和技術(shù)特點(diǎn)比較220太陽池

太陽池中發(fā)生的過程是透射輻射、雙擴(kuò)散和分層對流換熱。循環(huán)熱效率較低，約15％。太陽池是有一定濃度梯度的鹽水池，兼具集熱和蓄熱的功能，可用于發(fā)電、供熱等，特別適合具有鹽資源的地區(qū)；國際上最早由以色列Tabor提出，目前最大太陽池發(fā)電廠建于美國加州，已并網(wǎng)；我國青海、新疆等應(yīng)用較廣。221太陽能熱氣流發(fā)電

盡管熱氣流發(fā)電熱力學(xué)效率很低，只要能獲得有競爭力的發(fā)電成本，仍有開發(fā)價(jià)值。

我國西部地區(qū)多山：天山、阿爾泰山，祁連山，東西走向，南坡是建造斜坡熱氣流發(fā)電的理想場所。坡頂煙囪222西班牙50kW試驗(yàn)電站223澳大利亞建造了一座高1000米的熱氣流發(fā)電裝置該裝置的主體部分是一個(gè)高達(dá)1000米的管道塔，底部塔身寬130米。塔身周圍是方圓7公里的溫室組成，溫室中裝有保溫材料。溫室中的保溫材料是夜間為空氣保溫而安裝的。地面空氣因?yàn)槭艿教柟獾恼丈渥儫岷?，被吸入塔中管道中。熱空氣沿著管道上升，帶?dòng)管道內(nèi)安裝的渦輪發(fā)電機(jī)，電能就產(chǎn)生了。2243.3太陽能電池發(fā)電原理與基本特性太陽能電池技術(shù)光伏單元(PVCell)光伏組件(PVModule)光伏方陣(PVArray)225單晶硅MonocrystallineSiliconcells（單晶硅）Efficiency:12–15%Shape:round/quadraticColour:black/dark-blue/blueishPeakpowerapp.:120Wp/m2Priceapp.4-5€/Wp226多晶硅PolycrystallineSiliconcells（多晶硅）Efficiency:10–12%Shape:quadraticColour:blueish,shimmerPeakpower,app.:100W/m2Priceapp.3-4€/Wp227薄膜電池ThinfilmPVmodules薄膜電池AmorphousSi（非晶硅）,cadmiumtelluride（碲化鎘CdTe),copperindiumdiselenide（銅銦硒）andmanynewothers!Efficiencyupto11%(IPVJulich)CanbedepositedonanysurfaceColourdependsonmaterialsCanbeclearfilmsmountedonwindowsorrooftilesThinfilmcells228各種電池市場份額（2006年）薄膜電池約7.6%229聚光光伏技術(shù)（CPV）硅基電池

熱性能較差，最大聚光倍數(shù)100倍，聚光條件下效率僅提高1％；需采用半導(dǎo)體級晶體硅材料，材料成本高。砷化鎵電池

光子躍遷過程不伴隨發(fā)熱，熱性能好于硅材料，聚光倍數(shù)100～200倍。多結(jié)電池

使用鍺、砷化鎵、鎵銦磷等3種具有不同禁帶寬度的半導(dǎo)體材料制成三個(gè)PN結(jié)，分別對應(yīng)不同的太陽光譜，可對太陽光進(jìn)行從藍(lán)光、可見光到紅外光的全譜線吸收。聚光倍數(shù)可達(dá)1000～2000倍，在聚光后，其轉(zhuǎn)換效率可以在30％的基礎(chǔ)上再增加8％～10％。230聚光光伏技術(shù)（CPV）成本與技術(shù)

聚光光伏系統(tǒng)的光伏電池、聚光系統(tǒng)、跟蹤系統(tǒng)的成本占比大體相當(dāng)。高倍聚光光伏的太陽能跟蹤系統(tǒng)的要求非常高，一方面是為了保證太陽能的準(zhǔn)確聚焦，另一方面是避免對周邊組件材料造成損害。太陽能跟蹤系統(tǒng)的精確度的提高會使得成本急劇提高，另外還需要考慮周邊環(huán)境的不良影響，例如刮風(fēng)引起的小幅傾斜。

聚光光伏系統(tǒng)適合于大規(guī)模的光伏電站，而晶體硅合薄膜電池除了適合于大型光伏電站外，還適用于較小型的家用、商用和建筑一體化等發(fā)電系統(tǒng)。231近2