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中国风电等新能源的艰难追逐
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西南交通大学
研究生学位论文
二零一二年五月十日
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彬.西南交通大学
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向
国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权西
南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、
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本学位论文属于
.保密口,在 年解密后适用本授权书;
.不保密血/使用本授权书。
请在以上方框内打“”
学位论文作者签名砖荔,彩指删嗽:专址
驴砂。?坪西南交通大学硕士学位论文主要工作贡献声明
本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下:
、在与刚性翅翼机构、含弹簧刚性翅翼机构相比较的基础上,分析了部分柔顺翅
翼机构在结构和动力学性能等方面的优点;
、探索出了利用对含短臂柔铰和固定一铰接柔顺片段的部分柔顺机构
进行动力学仿真的分析方法;
、根据翅翼机构的运动要求,提出了六种可以作为翅翼机构的部分柔顺机构的构
型,并对这六种部分柔顺翅翼机构的结构特点和动力学性能进行了对比和分
本人郑重声明:所呈交的学位论文,是在导师指导下独立进行研究工作所得的成
果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰
写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明。
本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。
学位论文作者签名:孱毒.彩
沙憎。』?脚西南交通
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中国风电等新能源的艰难追逐
日09:03 北极星电力网
生意宝05月23日讯 &
日，日本，福岛。
这场9级地震带来的损失到今天都难以准确估量。逝去的亲人、坍塌的房屋、倒闭的工厂以及令人担忧的核辐射。
在福岛核电站设备损坏、堆芯熔毁时，泄露的碘和铯其放射性比平均值高100-1000倍，而这种辐射至今仍然存在，甚至在未来几十年，核阴影将始终笼罩在这片土地上。
位于日本东北部的福岛饭馆村，是核事故的重灾区。它曾经是一个有着优美田园风光的农耕社区，当地出产的牛肉远近闻名。核事故爆发后，6000多名民众离开了自己的家园， 村长菅野典雄说，现在，这里是一座鬼城。
记者:我所在的位置是饭馆村的饭馆牧场，这里过去饲养着几百头肉牛，但是在核事故过去半年之后，我们来到这里看到，虽然一切设施如旧，但已经是&人去牛空&。
福岛核电站损毁后难以消除的辐射让人们开始重新思考核能的利用。一直以来，核能被视为高效、清洁的能源。从1954年苏联建成世界第一座核电站至今，全世界已经有15%的电力依靠核能提供。然而，就在人类开始逐步扩大核能占比的同时，核电站事故、放射物质泄漏等灾难也伴随发生。这种曾被称为&最具希望的未来能源&，它的安全性受到了广泛的质疑。就像一位物理学家形容的那样，核能像马戏团里的猛兽，听话时让人其乐趣穷，而一旦失控，后果不堪设想。
日本民主党议员 前环境副大臣 近藤昭一:正如我刚才所说的，我赞成摆脱核电站，从核能中摆脱出来，或者说是不得不摆脱出来。
就在福岛核电站事故发生后第四天，时任俄罗斯总理的普京召开专门会议，责令相关部门对俄罗斯境内现有的核工业设施进行全面检查。3月17日，在土耳其首都安卡拉，50名抗议者举行小规模游行，要求改过政府取消核电站建设计划。3月25日，欧盟领导人决定，欧盟将对欧洲核电站的安全状况进行压力测试，并呼吁在全球范围内展开类似测试，以最大程度地确保核安全。此后，德国总理默克尔表示，将要对德国的能源系统做根本性的改革，未来十年，德国将分阶段放弃核能发电。
福岛核事故后，中国对正在运行的14个核电站以及正在建设的27个核电站进行了安全大检查，没有发现潜在危险，而接下来，核电新建项目的审批也有可能重启。曾任国家能源局局长的张国宝在谈到核能时说，世界能源紧张，人类选择发展核电可能不可避免，中国要在安全的情况下发展核电。
欢迎回来。最近几年，&电荒&成了一个家喻户晓的名词，它和&钱荒&、&用工荒&一起，构成了当前中国企业面临的三大困境。去年全国共有24个省级电网出现了电力缺口，很多省份累计错峰避峰的天数超过了100天，不仅企业叫苦不迭，连居民的生活也受到了严重影响。面对越来越严峻的形势，新能源的开发和利用就成了迫在眉睫的事情。
日，国务院发布了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，规划到2020年，新能源将成为我国国民经济的先导产业。随后，发改委表示，绿色新能源技术发展和产业化是解决能源危机、优化能源结构的根本出路。预计到&十二五&末，我国非化石能源在一次能源消费中的比重将达到11.4%，其中风能和太阳能是新能源利用的主力军。
记者:我们经常听到这样一种说法，和煤炭、石油比起来，风能和太阳能是取之不尽用之不竭的绿色环保新能源，它是大自然赐给我们的一笔宝贵的财富，然而虽然这些资源对于我们来说是免费的，可是如何利用它们、用好它们却是一个世界性难题，直到今天我们还在探索如何将这些完全依靠天气条件的资源转变为稳定的、可以持续使用的电力资源。
我国风能、太阳能资源潜力巨大，但在相关产业迅猛发展的同时，也面临着亟待解决的迫切问题，例如，风能、太阳能具有随机性、波动性和间歇性的特点，很难作为单一的发电系统提供连续稳定的电能输出，这也成为全球范围内制约其大规模开发利用的关键技术瓶颈。
可再生能源学会 副理事长 孟宪淦:可再生能源的优点是非常的丰富，但是它的缺点就是它断续，随机性，波动性，那么断续呢，就是太阳白天有，晚上没有，风也是间断的，随机性就是，我们很难控制它。
日，甘肃瓜州15个场的702台风电机组脱网，损失出力100.6万千万，占酒泉地区风电出力的54.7%;同一天，河北张家口644台风电机组脱网，损失出力85万千瓦，占该地区风电出力的48.5%;7天之后，酒泉风电基地风机再次大面积脱网，上千台风机损失出力153.5万千瓦，占该地区风电出力的82%。一次次的脱网事故让人们对新能源一度盲目的热情转化为理性的思考，而一次次理性的思考又推动着一波波技术进步和观念革新的浪潮。
我们都知道，自然界的风，有时候大，有时候小;太阳光，白天有，晚上没有，晴天有，阴天没有，把这些时有时无、时大时小的资源用好，是一项极为复杂的难题，挑战着人类的智慧和能力。
河北省张北县，海拔1600米以上的塞外高原，这里曾经是铁马冰河、狼烟四起的古战场，如今，黯淡了刀光剑影，远去了鼓角争鸣，只留得朔风劲吹、阳光千里。于是，人们在这里架起了风车，竖起了太阳能板，张北，成为了一个新能源的试验场。
面对不稳定的风、不持久的光，2011年，电力专家和能源专家倾注全部热情，冒着严寒，克服重重困难，冀北电力公司在一年之内建起了国家示范工程，这是我国首个也是世界上规模最大的，集风力发电、太阳能光伏发电、储能和智能输电&四位一体&的新能源综合利用工程，它的实施，有望破解我国大规模发展新能源过程中面临的发电上网难题。面对复杂的技术处理，风光储公司纪委书记陈龙发给我们打了一个形象的比方。
国家风光储示范电站有限公司纪委书记 陈龙发:这就是一个缩微型的、非常实用化的风光储系统，你可以看得到，上面有风机、有太阳能光伏板，有路灯，实际上路灯的基础地下还埋藏了储能系统，风机转，包括太阳能光伏板吸收了太阳光以后发出来的电，目的是为了供应路灯，但是白天的时候，路灯不需要用电，那怎么办呢，就发完了电以后，就储存在储能系统里面，到了晚上需要路灯亮的时候，储能系统放电，使路灯亮起来，这就是一个风、光、储，这么一个微型的风光储系统。
路灯，只是一种对风能、太阳能和储能相互配合的简单尝试利用，而一旦大规模开发使用时，就复杂得多了。在风光储输调度控制中心，我们可以清晰地看到风、光、储这三者之间是如何相互配合，最终形成稳定的电能、并网使用。这里是整个项目的心脏，桌面上的电脑依次显示出当前这一时刻风能发电功率、光伏电站发电情况、储能单元的配比、风光储联合输出数值等等。总工程师雷为民给我们介绍了这些图表所表示的意义。
国家风光储示范电站有限公司 总工程师 雷为民:这是我们储能的一个可视化的效果，目前是从电网里面吸收电能，相当于是充电，这个值也显示出来了，负的1.15兆瓦。有时候反过来，现在反过来，它就是往电网送电。
雷总工程师告诉我们，通过这个&智慧大脑&的控制，风电、光伏、储能三种电源相互协调，整个风光储电站对电网的输出特性基本类似于常规能源，可以安全稳定地并入电网运行。这其中，在大规模储能方面，全世界都处在艰难地探索阶段。
记者:像这样的碱性电池和锂电池，这是我们日常生活中最为熟悉的电池，而如何把风机转动所产生出来的电力，以及太阳能所转化出来的电力储存起来方便我们使用，这是新能源和我们生活联系最重要的接口，而秘密就在储能这个问题上。
电源的稳定性事关电网安全，既要求新能源发电保持稳定，又要求其并网电压水平保持在合理的范围内，储能在这里就发挥着调节和配比的作用。
中国电力科学研究院电力与新材料所 总工程师 惠东:单个电池的效率会比较高，如果对它单独测量的时候，无论如何它的寿命它的效率会比较高，组合在一起，使它的寿命和效率都有下降的可能性，咱们拿旧电池新电池放在一起，两个电池都完了，有这样的问题，这需要对电池进行智能化，叫电池管理的问题，小到包的管理，大到一个柜子再到整个电站，有不同层面有不同的管理技术。
惠东教授说，在利用可再生能源的进程中，新能源与储能相结合的理论和实践，国外也有不少尝试，但主要是小规模的试验，像风光储项目这样大规模并网运行的先例却基本为零，可以说这是世界上首个集科研、技术开发、比对、试验以及生产运行为一体的综合平台。其中，经济效益也是未来大规模利用新能源的重要考量因素。
国家风光储示范电站有限公司 副总经理 徐明:储能我们所有的尤其风电厂的运行都最终归结于技术问题，(另)一个是经济问题，技术问题，就是如何保证新能源能够更好的送到电网，然后输走各地能用的了，还有就是经济问题，比如说我们上的这套电池实际上也需要很大一部分投资，能够改善电的质量和输出特性，它毕竟是一个技术经济问题，
从日风光储输工程建成投产至今，已经过去了4个多月时间，其间，经受了大风、严寒等恶劣气象条件以及各种运行方式的考验，系统运行稳定，累计发电超一亿千瓦时。
国家风光储示范电站有限公司总经理 闫忠平:这个项目是国家电网公司建设智能电网首批试点项目，自工程投运以来，我们在冀北电力公司的领导下，重点对全景联合控制系统和数据比对这两个方面开展了一系列的研究工作，通过对储能作用的深度挖掘，初步可以看出，通过工程的实施，我们可以将波动的，不稳定的、难调度的风力发电出力，变成可调的、稳定的绿色能源，送到千家万户。&
新能源利用的中国现实
记者:四百多年前，西班牙作家塞万提斯写出了文艺复兴时期的一部代表作&&小说《堂吉诃德》，其中主人公大战风车的故事，相信很多读者都印象深刻。那些山坡上的风车在堂吉诃德眼里，是一群群的妖魔鬼怪，他还用长枪去刺风车的翅翼，最后，这位&勇士&落荒而逃。而今天，漫山遍野的这些风车变得更加庞大、更加智能，人类在逐渐学习使用新能源的方法和技巧。
2011年12月的一天，对于西藏日喀则吉角村的巴桑旺堆全家来说是个特殊的日子，因为这一天，他们平生第一次用上了家用电器。太阳还没落山，村民们便早早来到巴桑旺堆家里，围坐在一起，收看电视节目。
西藏拉孜县吉角村村民 巴桑旺堆:通电之后，现在可以看上电视、用上电动酥油茶搅拌机了，太好了。之前只是用太阳能电池照明，电视这些都用不上。通上这种好电之后，就像让我们睁开了眼睛一样，心里很激动。
在这之前，吉角村的每一户家庭只能通过小型太阳能电池板储备电能，来供晚上的照明。而电视机、电动酥油茶搅拌机等家用电器在村里几乎见不到，哪怕有也只是摆设。现在，在吉角村南面的山坡上，连同风机和同期安装的30块太阳能电池板成为了吉角村昼夜不停的新电源。海拔4853米的吉角村成为西藏首个使用&电力微网&的偏远村庄。
记者:&电力微网&是指主电网微型化，是一种分布式的、&量身定制&的电源系统。换句话说，它就是一个灵活的、可供某一片区域使用的小电网。向吉角村这样，一个风机、几片太阳能光伏板，再加上电池和变电装置，一个微网系统就诞生了。它不仅给村民们带来了明亮的堂屋，更带来了一种不分季节、无论早晚、一按开关就能享受稳定用电的新生活。
北京华电天仁电力控制技术有限公司总经理 黄振江:希望明年我们能有一个小规模的推广，后年开始能有一个更大规模的推广。就是能够在牧区、边远地区，能够比较广泛地使用这种技术。
其实，在世界屋脊西藏，这个平均海拔4000米的高原，大自然赐予了天然的宝贵资源，风能、太阳能都很充沛，在这种条件下，采用分布式能源系统，是新能源利用的必然选择。
可再生能源学会 副理事长 孟宪淦:比如说欧洲，我们发现太阳能最早是搞的一个十万屋顶计划，十万个家庭在自己的屋顶上安装太阳能电站，都是属于分布式的能源系统，收到了很好的效果，全国在太阳能发电来看80%90%都是分布式太阳能，我们国家正在研究这种发电的模式。
不过，我国在新能源开发和使用中，有着自身独特的现实问题。在960万平方公里的土地上，风能、太阳能资源富集区域大多集中在西北和内陆地区，而70%以上的能源需求则集中在东中部，两者呈现出逆向分布的特点，距离远的达到公里，因此，并网是新能源大规模利用的必然选择。
记者:最近几年，&电荒&时常困扰着经济较为发达的地区，&拉闸限电&是企业最怕听到的词儿。那么如何把青海、甘肃的风电光电，送到广东、浙江呢，智能电网就是要解决这样的问题。
可再生能源学会 副理事长 孟宪淦:智能电网其实，它简单的说就是一个好象大的水库似的，把电力储存起来，又像一个高速公路，把电力很快速的调度，又好像一个智能的大脑可以自动的来进行控制，所以我想智能电网实际上起到一个平衡稳定的保证。
此外，相对于国际先进水平，我国风电和光伏产业虽然具备了较强的工业化生产能力，但尚未完全形成独立自主的设计能力，并网特性、控制技术与并网技术还存在一定的差距。这些都给新能源的利用带来了挑战。2011年夏天，国家能源智能电网研发中心学术委员会在上海成立，我国智能电网建设步入了产、学、研合作的新阶段。
国家能源智能电网(上海)研发中心常务副主任 蔡旭:研发中心的重点研究方向主要有这么几个，一个是大规模风电接入并网及大容量储能技术，第二个是智能输变电装备技术，第三个是智能配用电技术，第四个是超导应用技术，还有智能调度技术，我们主要在这几个方向上展开研究。
新能源的&大帐本&
记者:日，温家宝总理在作政府工作报告时，提到新能源，说了这样一句话&制止太阳能、风电等产业盲目扩张。&这句话，让当时就在现场的皇明太阳能公司的董事长、人大代表黄鸣，顿时紧张了起来。后来在审议政府工作报告时，黄鸣对这一点提出了自己的想法，建议删掉这句话。八天之后，国务院办公厅对此进行了修改，从原来的&制止太阳能、风电等产业盲目扩张&改为了&防止太阳能、风电设备制造能力的盲目扩张&，这一变化，蕴含着整个行业发展的现状和未来。
全国工商联新能源商会秘书长 曾少军:我的一个观察就是在这个领域里面确实有一批企业是因为这个领域里面很挣钱，所以把原来产业都给抛弃了，然后 投入这个领域来了，典型的就是五千万加一个工程师就可以弄一个生产线，我前两年在江浙一带考察的时候，有一个温州的老板原来做无纺布的，他掏了两个亿，然后就弄了四条线就进入多晶硅产业里面了。他说这个领域挣钱，我利用我国外原有的销售渠道，我不愁产品的销售，但最近我了解他的情况就不那么乐观。
在大力倡导新能源的背景下，经过几年的实践，我们发现，高度集中开发风电、光电的模式，给装备工业和设备制造领域带来跨越式的飞速发展，能创造&快&的奇迹。然而，设备仅仅是&工具&，&工具&的过剩带来的是企业倒闭、破产、兼并、重组。
国家发改委 能源研究所副所长 李俊峰:光伏电池的生产能力全球去年消费量不到3000万千瓦，我们一个国家的制造能力超过5000万千瓦，相当于全球的超出全球需量的40%甚至更多
根据中国新能源商会发布的《中国新能源产业年度报告》最新统计数据:作为我国&十二五&的开局之年，2011年我国光伏安装量达到22亿瓦特，首次突破十亿瓦特级，成为全球第三大光伏安装国;太阳能热水器总产量和保有量分别为5760万平方米和21740平方米，均居全球首位;风电新增装机量高居全球之首，达到1800万千瓦，约占全球新增装机的44%&&事实上，这些骄人数字的背后更多的是行业野蛮扩张所带来的隐忧。
天合光能有限公司董事长 高纪凡:在2004年到2010年的高速发展中间整个的企业的数量增加得太快，而其中有大量的企业既没有技术的优势，也没有品牌的优势，也没有资金的优势，也没有管理的优势，所以企业在未来整个光伏的行业的发展中间被淘汰，被整合这是必然的局面。
同样，对中国的风电开发商们来说，也将迎来一个不再以装机容量论英雄的时代。
国家发改委 能源研究所副所长 李俊峰:我们必须有一批企业而不是少数几个企业要学会退出，没有退出这个产业可能过渡的竞争的情况越演越烈。
对于新能源的投入产出比，行业专家给我们算了这样一笔账:根据预测，到2020年，新能源建筑一体化的大规模应用可以替代全社会30%左右的年用电需求，总体拉动经济增长规模可达20万亿至40万亿元，累计创造4万亿元的财政税收。
除了算行业投入和经济效益的&大帐&，还有一本我们家家户户都关心的&小账&，那就是未来新能源的价格会不会比传统能源贵?如果贵的话，我们能不能用得起?而如果便宜的话，发电企业能不能赚到钱，还会不会保持创新的动力?
目前我国对新能源发展的支持体现在上网电价补贴和新能源产业财政补贴两个方面，前者是指供电系统从发电企业手中购买电力，其价格建立在政府定价的基础上，政府对此有一定的补贴。而后者主要是对新能源企业进行一次性补贴，鼓励企业发展新能源产业。在可再生能源行业探索了近40年的孟宪淦表示，他倾向于实行上网电价补贴，经过一段时间的扶持，逐步实现平价上网。
可再生能源学会 副理事长 孟宪淦:从调动积极性来看，上网电价的办法能使投资者能够长期的承担一个责任。而一次性补贴就有可能发生后期的管理和维护出现一些问题。我们呼吁最后把这个都放在一个上网电价这么一个体制下。
目前我国风电执行的是2009年出台的风电标杆上网电价，这一价格比煤电价格高出30%左右。而光伏发电相对于风电来说，成本较高并且变化较快，光伏发电价格的制定一直进展缓慢，直到2011年7月发改委才出台全国统一光伏标杆上网电价，同时提出今后将根据投资成本变化、技术进步情况等因素适时调整标杆电价。
可再生能源学会 副理事长 孟宪淦:上网电价支持的目的是让你尽快的降低发电成本，不是永远给你，就像我们自己的小孩子成人以后就没有义务再支持他了，我们国家希望到2015年，实现就在用户侧，在我们的消费端平价上网，****我们很快就迎来一个太阳能风能发电的平价上网的时代
有人说，中国新能源的发展会经历三个时期:提速期、阵痛期以及战略机遇期。提速期体现在发展的规模大幅度提升，政策的窗口显著提前;而阵痛期经历的一方面是技术上的壁垒和障碍，另一方面是产业环境的恶化。在我国新能源行业不断发展前进的道路上，阵痛是难免的，而更重要的是，战略机遇期的转型必须把握好。对于新能源企业来说，&不光要埋头拉车，还要抬头看路&，而对于能源发展战略来说，&不谋全局者，不足以谋一域&，实现传统能源和新能源的有效整合、平稳衔接是未来经济社会发展的题中应有之义。&
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68岁的陈先征在山脚下住了一辈子，从去年开始才觉得附近的山坡有了新鲜劲儿，因为去年，山坡上多了几十台可称得上是庞然大物的轮子。听村民们讲这是用来发电的风车，不过陈先征至今仍不解，为何几十米高的风叶慢悠悠转上几圈，就能造出电来。陈先征所在的孝里镇岚峪村，位于济南市长清区西南20多公里，这处有悠久历史的村落
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