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国内外风力发电现状及未来发展趋势电气122王照能30引言国内外风力发电现状及发展趋势风是一种永不枯竭的能源。地球上的风能大大超过水流的能量,也大于固体燃料和液体燃料能量的总和。有人估计过,地球上可用来发电的风力资源约有l00亿千瓦,几乎是现在全世界水力发电装机的l0倍。目前世界每年燃烧煤所获得的能量,只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此,国内外都很重视利用风力来发电,开发新能源。在各种能源中,风能是利用起来比较简单的一种,它不同于煤、石油、天然气,需要从地下采掘出来,运送到火力发电厂的锅炉设备中去燃烧;也不同于水能,必须建造坝,来推动水轮机运转;也不像原子能那样,需要昂贵的装置和防护设备。而风能的利用由于简单,且机动灵活,因此有着广阔的前途。特别是在缺乏水力资源、缺乏燃料和交通不方便的沿海岛屿、山区和高原地带,都具有速度很高的风,这是很宝贵的能源,如果能利用起来发电对当地人民的生活和生产都会很有利的。国内外风力发电现状美国和加拿大是北美利用风能最好的国家。在美国的50个州中,大约有30个州已经开始利用风能资源。在1998～2004年期间,美国风力发电的总装机容量已经超过6740MW,可以满足160万个中等家庭的日常用电需求。据介绍,制约美国风力发电产业发展的主要约束是缺乏稳定的国家政策。为了鼓励利用风能,美国1992年就制定了相关的法规,风力发电可享受减免联邦产品税1.5美分/千瓦时。但是,该法规曾先后3次被终止实施,最终导致计划取消。美国风能委员会(AWEA)希望能够有一个长期持续的产品税减免的优惠政策。当电力公司在购买电力时,必须匹配一定数量的可再生能源的电力产品。美国风能委员会(AWEA)期望近年美国的风力发电产业能够繁荣发展,装机能力能够超过20000MW。该委员会认为,如果美国风力发电能够保持稳定增长,到2020年,美国风力发电的装机能力将达到100000MW,占全美国供电总量的6%以上。加拿大的风力发电产业发展迅速,风力发电的增长率已经达到27%,其增长速度超过前5年。2004年,加拿大风力发电的装机容量为122MW,风力发电的总装机能力已达到444MW。预计在10年中,加拿大的风力发电能力将比现在提高15倍。2001年,随着联邦生产奖励基金的实施,加拿大开始利用风能资源发电。随后,加拿大的一些省份开始通过采取实施风力发电额度或者修改最初的标准等措施来扶持风电的发展。目前,加拿大已有6个省开始利用风能发电。加拿大具有丰富的风能和水电资源,利用风能资源发电至少可以满足国家电力需求的20%,风力发电的装机能力可达50000MW。预计到2010年,加拿大风力发电能力将达到10000MW,可以满足全国电力需求量的4%。在亚洲,利用风能资源最好的国家是印度。2004年,印度新装机的风力发电容量为875MW,风力发电能力达到3000MW,位居世界第5位,是世界最大的风力发电国家之一。据估计,在印度风能资源大约为45000MW,可利用的风能大约为l3595MW。印度政府的有关部门正通过一定范围的财政支持鼓励多种经营方式进行可再生能源的生产。。为了有助于实施清洁能源计划,要求日本电力公司购买可再生能源电力的预期使用期限长达17年,这样就增强了清洁能源投资者的信心。这一措施的结果使得日本的风力发电能力从2002年的486MW增加到2004年的700MW。为了促进日本可再生能源的发展,2003年日本政府还提出了相关的可再生能源标准法规,争取到2010年日本可再生能源的发电量达到总电力供应的1.35%。迄今为止,澳大利亚风力发电的装机容量为380MW,其中,2004年新装机的风力发电能力为l82MW。澳大利亚风力发电的一个目标是1350MW,届时风力发电提供的电力将满足75000个家庭的电力需求。最近,丹麦风力发电机制造商Vestas在澳大利亚建立了装配厂,这也是一个澳大利亚发展风力发电产业的信号。澳大利亚风能协会建议在现任政府,将2010年澳大利亚风力发电目标由现在的940MW增加到5000MW,并建议到2020年的风力发电能力应超过13000MW。南美和中美洲具有卓越的风能资源,但是风力发电发展缓慢,装机容量不足150MW。哥斯达黎加已经建立了第一个大型风力发电厂,装机容量为71MW。巴西具有巨大的风能资源,开发前景良好。到2006年底,巴西风力发电的装机能力达到1350MW。非洲和中东地区已经建成了具有数百兆瓦发电能力的风力发电厂,发展较快的是北非。风力发电主要集中在摩洛哥、埃及、突尼斯和伊朗等国家。我国风力发电概况我国幅员辽阔,陆疆总长2万多千米,海岸线l.8万多千米,风能资源丰富。根据气象部门的资料,可开发的陆地风能资源大约为253GW,可利用的海洋风能资源大约为750GW。沿着东南沿海和附近的岛屿,以及内蒙古、新疆、甘肃、青藏高原等地区都蕴藏着丰富的风能资源。年平均风速6m/s以上的内陆地区约占全国总面积的1%,仅次于美国和俄罗斯,居世界第3位。我国风能资源开发利用较早,但早期主要是以分散、小规模试验和示范形式,规模化风力发电场的建设始于20世纪90年代。2004年,我国新装机的风力发电容量为197MW,风力发电总能力超过760MW。我国利用风能较好的省份是辽宁、新疆和内蒙古。由于辽宁省地方政府支持,而且当地风力资源较好,该省共建设11个风电场,装机容量居全国第一位。其次是新疆、内蒙古。我国自1985年在海南东方风电场安装首台Vestas55kW风力发电机组以来,目前已经基本掌握了风力发电机组及主要部件的设计和制造技术,具备了200kW、250kW、600kW、750kW风力发电机组批量生产能力。“十五”期间,我国完成MW级风力发电机组的研制,为风电产业参与常规能源市场竞争奠定基础,这将对我国的生态环境保护,能源结构调整,实现国民经济可持续发展起到积极的促进作用。我国风电场安装最多的机型是600kW风力发电机组。随着风电技术水平的不断提高,单机容量大型化成为风力发电的趋势。2001年辽宁营口仙人岛风电场安装了4台1.3MW风力发电机组,这是我国迄今为止单机容量最大的机组。现国内正在研制开发1.5MW的风力发电技术和装备。目前,我国国产化机组产量仍然偏小,远未达到规模效益,使得零部件采购价格偏高,利润空间很小。因此,我国的风力发电装备市场至今仍由国外风力发电机组占据。这一现实要求我国的风力发电设备制造企业,应加快适合中国国情的新型风力发电装备的研制进度。尽快提高大型风力发电装备的设计和制造技术,加大风力发电装备国产化进程。还应注意稳定产品质量,提高国产机组可靠性,以取得风电场建设者的认可,逐步加大市场份额。据相关资料报道,到2020年,预计我国将新增发电能力500GW,其中121GW为可再生能源。2010年以前,我国计划新建20座风力发电场,每座风场的发电能力达到100MW以上,且达到4000MW的风力发电总目标,并要求风力发电装备本土化。国内外风力发电未来趋势早期的风力发电设备研究,由于受科学技术发展和材料的限制,同时受上世纪60年代石油价格下降的影响,一直处于停滞状态。1973年以后,由于石油危机和矿物燃料发电所带来的环境污染问题,欧美等国对风力发电设备研究投入了大量的人力和物力,充分利用空气动力学、新材料、计算机、电机及自动控制等领域的新技术,经过10多年的发展,形成了现代风机设备的制造理论和技术。风力发电机组单机容量也由几十千瓦级向几兆瓦级发展。世界风力发电技术已逐渐完善,就其发展趋势而言主要反映在小容量向大容量发展,定桨矩向变桨、变速恒频发展,陆上风电向海上风电发展,结构设计向紧凑、柔性、轻盈化发展等方面。目前,在我国风电场进行的主力机组大都是600(660)kW级的风力发电机。但从国外发展情况来看,兆瓦级大型风力发电机组已是欧美各国制造厂竞相发展的方向,1～2MW机组技术上已成熟,并投入商业化运行,在实际应用中日益普及。风电机容量的增大有利于提高风能利用效率、降低单位成本(如由300kW提升到1MW.单位成本下降25%)、扩大风电场的规模效应、减少风电场的占地面积(如10万kW风电场采用5.0MW机组,其占地面积仅为采用600kW机组的1/5)。风能是一种能量密度低、稳定性较差的能源。由于风速、风向随机性变化,引起叶片攻角不断变化,导致风电机的效率和功率的波动,并使传动力矩产生振荡,影响电能质量和电网稳定性。随着风力发电技术的发展,现在许多风电机采用了变桨矩调节技术,其叶片的安装角可以根据风速变化的需要而改变,气流的攻角在风速变化时可保持在一个比较合理的范围内,从而有可能在很大的风速范围内保持较好的空气动力特性,获得较高效率,特别当风速大于额定风速条件下,仍可保持输出功率的平稳。在变桨技术的基础上,还发展了变速恒频技术,使风电机的转速可以随风速的变化而变化,进一步提高了风电机的效率。随着风电的发展,风电场规模和单机容量越来越大,陆上风电场因受环境因素的制约(占地、运输、吊装、噪声等),人们很自然把目光放到海上风电场。一般认为2.0MW是陆上风电机发展的极限。巨型风电机其桨叶长度将达到60～70m,陆上运输极为困难,安装用的吊车容量将超过1200～1400吨,大部分地区不具备这个条件。因噪声和庞大的体积使陆上选址及运输遭遇很大困难,而这些问题对于海上风电来说相对比较容易解决,海上运输方便(制造厂在海边),海上浮吊容量大(超过1500吨的浮吊已比较普遍)。更重要的是,海上风电场的风能资源好,风速大且稳定,年平均利用小时可达3000小时以上,每年的发电量可比陆上高出50%。目前,在我国风电场进行的主力机组大都是600(660)kW级的风力发电机。但从国外发展情况来看,兆瓦级大型风力发电机组已是欧美各国制造厂竞相发展的方向,1～2MW机组技术上已成熟,并投入商业化运行,在实际应用中日益普及。风电机容量的增大有利于提高风能利用效率、降低单位成本(如由300kW提升到1MW.单位成本下降25%)、扩大风电场的规模效应、减少风电场的占地面积(如10万kW风电场采用5.0MW机组,其占地面积仅为采用600kW机组的1/5)。风能是一种能量密度低、稳定性较差的能源。由于风速、风向随机性变化,引起叶片攻角不断变化,导致风电机的效率和功率的波动,并使传动力矩产生振荡,影响电能质量和电网稳定性。随着风力发电技术的发展,现在许多风电机采用了变桨矩调节技术,其叶片的安装角可以根据风速变化的需要而改变,气流的攻角在风速变化时可保持在一个比较合理的范围内,从而有可能在很大的风速范围内保持较好的空气动力特性,获得较高效率,特别当风速大于额定风速条件下,仍可保持输出功率的平稳。在变桨技术的基础上,还发展了变速恒频技术,使风电机的转速可以随风速的变化而变化,进一步提高了风电机的效率。随着风电的发展,风电场规模和单机容量越来越大,陆上风电场因受环境因素的制约(占地、运输、吊装、噪声等),人们很自然把目光放到海上风电场。一般认为2.0MW是陆上风电机发展的极限。巨型风电机其桨叶长度将达到60～70m,陆上运输极为困难,安装用的吊车容量将超过1200～1400吨,大部分地区不具备这个条件。因噪声和庞大的体积使陆上选址及运输遭遇很大困难,而这些问题对于海上风电来说相对比较容易解决,海上运输方便(制造厂在海边),海上浮吊容量大(超过1500吨的浮吊已比较普遍)。更重要的是,海上风电场的风能资源好,风速大且稳定,年平均利用小时可达3000小时以上,每年的发电量可比陆上高出50%。