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风电变流器_图

作者:千亿手机版 发布时间:2020-10-20 21:24 点击:

  风电变流器_能源/化工_工程科技_专业资料。清华大学 PEMC Lab 风力发电核心技术变换器 发展趋势 清华大学电机系 李永东 2010.9 IPEMC 主要内容 ?概述 ?国内外风力发电状况 ?风电变流器技术概况 ?风电变流器产业

  清华大学 PEMC Lab 风力发电核心技术变换器 发展趋势 清华大学电机系 李永东 2010.9 IPEMC 主要内容 ?概述 ?国内外风力发电状况 ?风电变流器技术概况 ?风电变流器产业趋势 ?可再生能源的储能技术 ?结论 清华大学 清华大学 IPEMC 一、 概 述 人类当前面临的世纪性难题 ----能源短缺和环境污染 据统计,全球石油储量只够使用30~50年,我 国剩余的开采量只有世界人均的1/10。2010年我 国石油进口量将达1.6亿吨, 2020年将达2.5亿吨 (对外依存度55% , 40~140$ /每桶 ); 2020 年我国需煤炭23亿吨,大半用于火力发电,装机 将达10亿千瓦。尽管我国煤炭储量很大,但人均 也只占世界平均值的1/2,另外火电消耗大量水。 IPEMC 一、 概 述 清华大学 人类当前面临的世纪性难题 ----能源短缺和环境污染 此外,大量的煤炭没有经过深加工就被烧掉, 不但热利用率很低,还造成对环境的严重污染。 世界上10个空气污染最严重的城市,有6个在我 国,每年造成33万人因肺病、呼吸道疾病而死亡。 我国CO2 , SO2 的排放将很快超过美国,居于全 球第一;另外,汽车废气排放已造成全球性的温 室效应,也是造成我国城市近年来空气污染的主 要原因之一,将来用不着计划生育了。 IPEMC 一、 概 述 清华大学 我国面临的特殊难题 ----能源效率低下,造成大量浪费 技术落后还造成我国总能源效率低(32%), 低于世界平均水平10%。单位GDP能耗是美国的 3.5倍,欧盟的5.9倍,日本的9.7倍,印度的1.6倍, 世界平均水平的3倍!我国近年来每年消耗全球 钢材、水泥、煤炭的30%左右,而GDP只占世界 的7%!每年平均给法国每人提供三双鞋子,换 回来几辆空客和大批电子垃圾。大量资源被浪费 不说,还变成废物,污染了江河,湖泊! 清华大学 IPEMC 节能的潜力 解决问题之道一: 如占工业用电30%以上的各种风机、泵类负 载,工况变化较大,如采用交流调速技术实现 变速运行,节能效果明显。以平均节电20%计 算,对全国来说年节电600亿度,同时可以相应 减少2000万吨发电用煤,50万吨二氧化硫和 1200万吨二氧化碳的排放! ?节能、节能、再节能! ? 改造完毕形成的产业市场容量达1000亿元! 清华大学 IPEMC 解决问题之道二:新能源 ?水电、风电、太阳能、生物质能! 如全球风能的资源是巨大的,每年高达53万亿千瓦 小时,是水能资源的10倍!是2020年全球电力需求的 两倍!此外,风能还是一种清洁的、可再生的能源! 最近20年来,风力发电机的单台功率增大了100倍, 成本随之大幅下降,已接近火力发电的成本。目前世 界上有5万兆瓦(MW)的风电机组在工作,为2000万人 口提供电力,带来很好的环境和社会效益。 ? 我国风电2009底装机总容量达26000 MW ,2009年新增 装机13600 MW。 IPEMC 我国有效风功率密度分布 清华大学 IPEMC 我国风力发电 清华大学 到2009年 底,我国 已经建立 了200多个 风电场, 总装机容 量达到 26GW IPEMC 中国风电装机统计 中国累计风电机组数(除台湾省) 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 清华大学 中国累计风电装机容量(除台湾省) 600 台 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 装机容量(万千瓦) 500 400 300 200 100 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 中国累计风电场数量(除台湾省) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 个 IPEMC 我国新能源状况 ?风能 ? 陆上可开发的储量为2.53亿kW ? 海上可开发的储量为7.5亿kW 清华大学 ?太阳能 ? 年辐照总量大于502万kJ/m2 ?地热,生物质能,燃料电池,核能 ? 地热能储量十分丰富 清华大学 IPEMC 二、国内外风力发电状况 清华大学 IPEMC 2001~2009全球风机总装机容量(单位:MW) 2009年全球风机装机总容量为:159.213GW, 年增长率为31.7%,是十年来增长最快的! 清华大学 IPEMC 2001~2009全球风机新装机容量(MW) 2009全球风机新装机容量为38.3GW 比十年前增长10倍! 清华大学 IPEMC 2009全球风机累计装机容量排名 中国超过德国累计装机容量跃居全球第二! 清华大学 IPEMC 2009全球新增装机容量各国份额 2009 年中国新增风电装机容量为:13.8GW, 跃居全球第一! 清华大学 PEMC Lab 2009年 全球风机生产十强企业名单 我国华锐、金风、东汽三家企业 进入2009年全球风机生产十强! 清华大学 IPEMC 二 国内外风力发电状况 2009年我国新增风电装机排名 前10家企业市场份额(MW) 清华大学 IPEMC 二 国内外风力发电状况 2009年我国累计风电装机 排名前12家企业市场份额 清华大学 IPEMC 二 国内外风力发电状况 2004~2009国内风电机组价格走势 清华大学 IPEMC 二 国内外风力发电状况 2009年我国新增装机中不同容量机组分布 清华大学 IPEMC 二 国内外风力发电状况 2005~2009我国各年新增装机平均功率 清华大学 IPEMC 海上风电场概况 ? 2009年全球海上风电新增装机容量 达454MW,增长速度达到30% ? 目前全球在建的最大海上风电场: 丹麦北部海岸的Horns Rev II 海 上风电场,其装机容量为209MW ? 上海东海大桥102MW海上风电场的 34台3MW风电机组全部并网成功。 ? 2010年我国首轮海上风电场项目特 许权招标将在今年9月开始投标包 括两个300MW的近海风电场和两个 200MW的滩涂风电场项目。 清华大学 IPEMC 三、风电变流器技术概况 IPEMC 风力发电技术现状 ?功率调节依靠叶片的气动特性 ?一般采用双速鼠笼发电机 ?代表产品:NEG MiconNM2000 清华大学 风力发 ?定浆矩失速控制、主动失速控制风机 电系统 ?变浆矩控制风机 ?功率调节依靠叶片攻角改变 ?代表产品:Vestas公司V80 发电机 控制 ?风轮机 一般使用双馈发电机或者同步电机 IPEMC 风力发电技术现状 风力发 ?鼠笼异步风力发电系统,应用广泛 电系统 ?Optislip结构(RCC),Vestas公司 清华大学 ?双馈异步风力发电系统,Gamesa公司 ?永磁同步发电机系统,Lagerway公司 ?电励磁同步发电机系统,Enercon公司 风轮机 发电机 控制 IPEMC 风力发电技术现状 清华大学 风力发 ?风轮机的限速调速系统的研究 电系统 ?风力发电运行方式的研究 ?不同类型研制以及控制方法的研究 ?风力发电系统的软并网和软解列 ?MPPT,MEPT,储能等 风轮机 发电机 控制 清华大学 IPEMC 风电变流器技术现状 前风电制造行业国产化水平较低的部件之一; ? 风电变流器属于风力发电机组核心部件,也是目 ? 国内变流器市场一直以来被几家外资巨头垄断; ? 近年来国内企业在风电变流器研发及产业化方面 进行了巨大投入,并且有了长足的进步! 清华大学 IPEMC 风电机组类型: 低速型:全功率(发电机体积最大!) 高速型:双馈、全功率(发电机体积最小!) 永磁发电机与齿轮箱的集成——紧凑、高效 中速型:全功率(发电机体积中等!) 清华大学 IPEMC 双馈电压型风机变流器拓扑 690V 接触器 EMI 升压变压器 接触器 核心控制单元 核心控制单元 LCL 滤波器 du/dt 抑制器 Vdc DFIG SVPWM EMI iL1 iL2 i g vg SVPWM 码盘 vc ir n is vs 外部通讯 网侧控制器 核心控制单元 转子侧控制器 监控系统 双馈型风力发电机驱动控制变流器 清华大学 IPEMC 全功率电压型风机变流器拓扑 清华大学 IPEMC 全功率电流型风机变流器拓扑 优点:1)适合于高压大容量系统(功率器件串联相对容易);2)由于阀侧电压近似正 弦,无需du/dt滤波器;3)良好的短路保护能力和LVRT特性 缺点:1)功率器件及供货问题;3)储能电感体积大、增加了损耗;2)系统的动态响 应和振荡问题 清华大学 IPEMC 四、风电变流器产业和趋势 清华大学 IPEMC 我国风力发电的前景与对策 ? 预计在2010年时装机达20GW, ? 预计到2030年,风力发电将占全国总发 ?前景展望 电量的10%,对电网将产生影响。 ?问题和对策 ? 加速核心技术如变流器和系统控制的国 产化,使其成本进一步下降, ? 大力发展离岸型风力发电(5MW以上)。 IPEMC 陆上三峡工程 哈密 清华大学 密开关站 方案一 大南湖 马鬃山 安西 敦煌 玉门 400 160 酒泉 372 金昌 330 279 嘉酒煤电基地 30 30 嘉酒直流外送 二厂 鱼 卡开关 站 230 乌兰 格尔木 194 日月 山 羊曲 拉萨 永登 西宁 白银 茨哈 峡 玛尔 挡 黄 拉西 瓦 黄 官亭 临洮 宁木 特 河 IPEMC 十一五计划执行情况 清华大学 工作进展: 建成1.5MW风电机组变流器年产1000套生产基地。 IPEMC 离岸型风力发电 清华大学 清华大学 IPEMC 关于直驱机组——发展趋势 尽管初始成本高出 5%-10%,因为大幅 降低了运营成本并 省去了齿轮箱更换 成本,直驱风机对 于海上风电市场具 有成本优势 预期:1)到2020年70%以上的海上风电市场将由直驱风机组成; 2)未来1-2年3MW机型的成本可下降3-5%; 2)直驱风机在陆上风电市场的份额也会增加; 3)直驱机组将在2020年占到总新装机量的20%(目前占 14%)。 清华大学 IPEMC 2009-2014年中国风电变流器市场规模 清华大学 IPEMC 2009-2014年中国风电变流器需求 清华大学 IPEMC 2009-2014 年中国每年风电变流器供需缺口 清华大学 IPEMC 2009-2014 年中国每年全功率变流器供需缺口 清华大学 IPEMC 2009-2014 年中国每年双馈型变流器供需缺口 清华大学 IPEMC 国外主流风机变流器生产商 其中:CONVERTEAM、ABB、EMERSON等占有国内前几位的市场份额 清华大学 IPEMC 国内风机变流器的生产企业 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 南 车 株 洲 电 力 机 车 研 究 所 有 限 公 司 鞍 山 容 信 电 力 电 子 股 份 有 限 公 司 重 庆 科 凯 前 卫 风 电 设 备 有 限 公 司 天 水 电 气 传 动 研 究 所 有 限 公 司 北 京 能 高 自 动 化 技 术 有 限 公 司 许 继 集 团 柔 性 输 电 系 统 公 司 天 津 瑞 能 电 气 有 限 公 司 国 电 龙 源 电 气 有 限 公 司 哈 尔 滨 九 洲 电 气 海 德 新 能 源 公 司 江 苏 大 权 集 团 公 司 合 肥 阳 光 电 源 有 限 公 司 深 圳 市 禾 望 电 气 有 限 公 司 东 方 日 立 电 控 设 备 有 限 公 司 北 京 科 诺 伟 业 科 技 有 限 公 司 北 京 清 能 华 福 风 电 技 术 有 限 公 司 山 东 新 风 光 电 子 科 技 发 展 有 限 公 司 清华大学 IPEMC 五、可再生能源的储能技术 ?抽水蓄能 ?压缩空气储能 ?蓄电池 ?超级电容 ?超导储能 ?飞轮储能 IPEMC 超导储能 清华大学 ?将能量以直流磁场能的形式储存于 低温的超导线圈中 ?超导线圈,变换器低,温冷却装置 和真空低温容器 ?系统转换效率高,响应快,但是成 本太高,系统复杂 IPEMC 超导储能系统 清华大学 IPEMC 超级电容 清华大学 ?Simplicity——Eliminates complication of charge circuits. ?Longevity——Eliminates the cost and hassle of changing and handling of batteries. ?Efficiency——1/3 the weight of leadacid batteries, over three times the life IPEMC 超级电容储能系统 清华大学 IPEMC 飞轮储能 清华大学 ?由飞轮转子,轴承,电机,变频器和真空 管组成 ?能量密度较大,功率密度较小,不能快速 充放能量,适合于风力发电特别是并网型 风力发电系统,采用飞轮储能的系统一般 可以在MPPT和功率平滑输出的同时实现 ?飞轮储能在其他新能源发电中也有广阔的 应用前景 IPEMC 飞轮储能系统 清华大学 低速飞轮: 1500rpm 中速飞轮: 5000~10000 rpm 高速飞轮: 30000~100000 rpm IPEMC 中速飞轮储能系统 清华大学 清华大学 IPEMC IPEMC 六、结论 清华大学 ?在我国大力发展应用以风能、太阳能 等新型发电方式将成为长期国策。 ?新能源电力在不远的将来成为我国电 力建设的不可缺少的一部分。 ?占领新能源的高端市场必须掌握核心 技术,如电力电子变流器和电控技术。 ?该技术还可应用在节能、新能源汽车、 高速列车、轧钢、舰船及航母中。 IPEMC 六、结论 清华大学 ?随着“洋品牌”的不断降价以及整机厂 家的介入,新一轮的竞争将更加激烈 ?电网的友好接入和故障穿越技术是国产 风机变流器研究面临的新挑战 ?风机变流器的国产化必然使我国的大功 率变流器技术迈上一个新台阶 清华大学 IPEMC 谢谢!

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