风力发电研究现状及发展趋势

风力发电研究现状及发展趋势风力发电研究现状及发展趋势摘要:关键词:风力发电;可再生能源;现状;趋势TheStatusandDevelopmentTrendofChineseWindPowerAbstract:ThewindpowergenerationandtheOtherformsofenergyarecompared;ThestatusofwindpowerinChinaareintroduced;Ourfuturewindpowerstatusareanalyzed.Keywords:windpower;renewableenergy;presentsituation;status引言风能是由地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同从而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。随着世界经济规模的不断增大，世界能源消费量持续增长。能源危机的阴影正日益困扰着人类的生产和生活，世界上越来越多的国家也认识到，一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会的需要，而又不危及子孙后代前途的社会[1]。节约能源，提高能源利用效率，尽可能多地利用洁净能源替代高含碳量的矿物燃料，已成为世界利用能源的主题。近年来，人们已经逐渐认识到风力发电在减轻环境污染、调整电网中的能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面的突出作用，无论从调整电网结构，还是从商业化方面都促使人们开始重视发展风力发电[2]。1风力发电与其他能源相比较有以下几方面的优势1.1全球拥有丰富的风能资源风的产生式由于地球表面上的大气受到太阳辐射引起部分空气的流动，是太阳能的一种转化形式，风能是地球与生俱来的资源。世界拥有巨大的风能资源。据估计，世界风能资源高达每53万亿千瓦时，预计到2020年全球电力需求会上升至年25578万亿千瓦时,也就是说全球风能资源是世界预期电力需求的2倍[3]。1.2风能是可再生的清洁能源风能是不需要开采、运输、不产生任何污染的清洁可再生能源。而且1台单机容量1000千瓦的风机与同容量火电装机相比，每年可减排二氧化碳2000吨、二氧化硫10吨、二氧化氮6吨。仅2007年,全球940亿瓦风机容量就将减少[4]二氧化碳排放12200万吨，相当于20个大型燃煤发电站的排放量。1.3风机建造周期短、运行和维护成本低风力发电和其他发电方式相比，建设周期一般很短(1台风机的安装时间不超过3个月)，1个50万千瓦级的风力发电厂建设期不到1年，而且安装1台投入运行1台，装机规模灵活。目前风电厂造价为8000-9000元/千瓦，其中，机组(设备)占75%，基础设施占20%，其他为5%;风能利用小时数在2700-3200小时/年，其风电成本约0.45-0.6元/千瓦时。风电机组的设计寿命一般为20-25年，其运行和维护费用一般相当于风电机组成本的3%-5%[5]。1.4风力发电占地少，现场所需人员少风力发电相关建筑仅占风力发电场约7%的土地，其余场地仍可供其他产业使用;可以灵活地建设在山丘、海边、荒漠等地[6]。风电厂建成后，现场几乎不需要运行人员，可进行远程控制操作。2中国风电发展的现状2.1中国风力资源分布情况我国风能资源比较丰富。根据全国第2次风能资源普查结果,中国陆地风能离地面10米高度的经济可开发量2.53亿千瓦,离地面50米估计可能增大一倍。近海资源估计比陆地上大3倍,10米高经济可开发量约7.5亿千瓦,50米高约15亿千瓦[7]。我国的风力资源主要分布在两大风带:一是三北地区(东北、华北和西北地区)。包括东北3省和河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏、新疆等省区近200千米宽的地带,可开发利用的风能储量约2亿千瓦,约占全国可利用储量的79%。该地区风电场地形平坦,交通方便,没有破坏性风速,是我国连成一片的最大风能资源区,有利于大规模地开发风电场。二是东部沿海陆地、岛屿及近岸海域。冬春季的冷空气、夏秋的台风,都能影响到沿海及其岛屿,是我国风能最佳丰富区,年有效风功率密度在200瓦/平方米以上。如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等,可利用小时数约在7000至8000小时。这一地区特别是东南沿海,由海岸向内陆丘陵连绵,风能丰富地区仅在距海岸50千米之内。另外,内陆地区还有一些局部风能资源丰富区[8]。从上述风力资源分布情况来看,中国有相当大的地区有着丰富的风能资源,具有很大的开发利用价值,商业化、规模化的潜力很大。2.2风电场发展迅速，建设规模不断扩大我国的风力发电始于20世纪50年代后期，在吉林、辽宁、新疆等省建立了单台容量在10kW以下的小型风力发电场，但其后就处于停滞状态。到了20世纪70年代中期以后，在世界能源危机的影响下，特别是在农村、牧区、海岛等地方对电力迫切需求的推动下，我国的一些地区和部门对风力发电的研究、试点和推广应用又给予了重视与支持，但在这一阶段，其风电设备都是独立运行的。直到19861年，在山东荣城建成了我国第一座并网运行的风电场后，从此并网运行的风电场建设进入了探索和示范阶段，但其特点是规模和单机容量均较小。到1990年已建成4座并网型风电场，总装机容量为4.215兆瓦，其最大单机容量为200千瓦。在此基础上，风力发电从1991年起开始步入了逐步推广阶段，到1995年，全国共建成了5座并网型风电场，装机总容量为36.1兆瓦，最大单机容量为500千瓦。1996年后，风力发电进入了扩大建设规模的阶段，其特点是风电场规模和装机容量均较大，最大单机容量为1500千瓦[9]。据中国风能协会最新统计，2007年中国除台湾省外新增风电机组3,144台。与2006年相比，2007年当年新增装机增长率为145.8,，累计装机增长率为126.6,。2008年又新增风电装机容量630万千瓦,新增容量位列全球第2,仅次于美国.截至2008年底总装机容量达到1215.3万千瓦,同比增长106%,总装机容量超过了印度,位列全球第4,同时跻身世界风电装机容量超千万千瓦的风电大国行列.2007年中国除台湾省外累计风电机组6458[10]台，装机容5890兆瓦。截至2010年底，我国新增风电装机1600万千瓦，累计装机容量达到4182.7万千瓦，均居世界第一，其中3100万千瓦装机实现并网发电。目前，甘肃酒泉、蒙东、蒙西、东北、河北、新疆、江苏、山东等多个千万千瓦风电基地正有序推进，蒙西和甘肃酒泉风电基地装机均超过500万千瓦，河北、吉林等多个地区装机超过250万千瓦。上海世博会期间，上海东海大桥10万千瓦海上风电场并网发电，成为除欧洲之外世界上第一座海上风电场。随后，总规模100万千瓦的海上风电特许权项目也在江苏启动。2010年，风电发电量达到450[11]亿千瓦时，比上年增长63%。2.3国家及政府有关部门重视和支持风力发电风电的迅速发展与国家的政策扶持密不可分。“十一五”时期，我国陆续出台了《可再生能源法》、《关于风电建设管理有关要求的通知》及《可再生能源中长期发展规划》等一系列配套政策和实施细则，这些政策不仅为风电长远发展提供了法律保障、政策支持，也明确提出了装备先行、市场化的发展战略。截至目前，风电企业享受所得税“三免三减半”、“增值税减免50%”、“即征即退”等一系列优惠政策。除了国家推出的标杆电价外，部分省份还另外推出风电补贴，[12]山东、广东的风电上网电价均高于国家标杆电价。2.4专业队伍和国产化水平逐渐提高风力发电的“装备先行”战略使风电快速发展[13]。据统计，2004年全国装机的风电设备中，进口设备占90%，2010年全国装机的风电设备中国产设备占90%。随着国内风电市场的发展，有10余家风电设备制造企业实现了规模化生产，华锐、金风等7家制造企业已经跻身2010年世界风电设备制造15强，其中华锐风电已经跃居世界第二。经过多年的技术积累和资本投入，国内风电设备生产水平不断提高，兆瓦级风机等科技难关被相继攻克。风电设备的国产化，带动了国内风电技术水平和运营质量的快速提升。目前，国内风电机组普遍采用当今世界主流技术，世界领先的3兆瓦机和海上风电项目均在国内落户。单位千瓦造价已从“十一五”初期的7000元左右降到4000元以[14]下，降幅达40%。2010年全国累计风电装机容量已突破40000兆瓦，海上风电大规模开发正式起步。国内风电市场竞争形势日趋激烈，使得企业在满足国内需求的基础上，积2极拓展海外市场。中国风力发电行业发展前景广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。“十二五”期间，我国风电产业仍将持续每年10000兆瓦以上的新增装机速度，风电场建设、[15]并网发电、风电设备制造等领域成为投资热点，市场前景看好。3全球风力发电的趋势风力发电是一种主要的风能利用形式，风力发电已经开展了多年，随着能源环境的变化和风力发电产业的成熟，未来几年风力发电将呈现新的趋势。3.1风力发电投资成本降低风力发电相对于太阳能、生物质等可再生能源技术更为成熟、成本更低、对环境破坏更小。在过去20多年里，风力发电技术不断取得突破，规模经济性日益明显。根据美国国家可再生能源实验室NREL的统计，从1980年至2005年期间，风力发电的成本下降超过90%，下降速度快于其他几种可再生能源形式[16]。根据丹麦RIS国家研究实验室对安装在丹麦的风力发电机组所进行的评估,从1981,2002年间，风力发电成本由15.8欧分/千瓦时下降到4.04欧分/千瓦时，预计2010年度电成本下降至3欧分/千瓦时，2020年降低至2.34欧分/千瓦时[17]。随着风力发电技术的改进，风力发电机组将越来越便宜和高效。增大风力发电机组的单机容量就减少了基础设施的投入费用，而且同样的装机容量需要更少数目的机组，这也节约了成本。随着融资成本的降低和开发商的经验丰富，项目开发的成本也相应得到降低。风力发电机组可靠性的改进也减少了运行维护的平均成本。总体上，风力发电成本将得到大幅降低[18]。3.2风力发电国产化必要性实现风力发电技术装备国产化的目的是提高我国风力发电装备的制造能力和技术水平，降低风力发电成本，提高市场竞争能力，为推动我国风力发电技术大规模商业化发展奠定基础。加大风力发电机组的国产化力度，一方面可为风力发电场建设采用国产设备提供优质廉价的选择;另一方面，也可迫使国外同类企业在参与我国市场竞争时大幅度降低产品价格。风力发电技术装备国产化的指导思想是以市场为导向，以工程为依托，在引进消化吸收国际先进技术的基础上，进行创新提高，开发具有自主知识产权的风力发电设备[19]。风力发电国产化水平日益提高，如全部实现风力发电机组国产化，预计可降低风力发电机组成本30%，在不改变其它条件的前提下，可使风力发电成本降至0.332元/千瓦时。为此，国家必须加大科研开发投资力度，在目前条件下以风力发电场建设投资1.5%-3%的比例支持我国的风力发电技术科研开发和国产化是适宜的[20]。其重要意义不仅仅在于降低风力发电成本，还将推动我国风力发电机组产业的形成，利用我们的优势走向国际市场。3.3海上风力发电将成为风力发电的新视点海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域，使得近海风力发电技术成为近来研究和应用的热点。多兆瓦级风力发电机组在近海风力发电场的商业化运行是国内外风能利用的新趋势。3国际上，到2003年末，围绕欧洲海岸线的海上风力发电总装机已达到600兆瓦，其中大部分都集中在丹麦、瑞典、荷兰和英国。目前最大的海上风力发电场是位于丹麦南海岸的Nysted风力发电场，容量为165.6兆瓦，由72台Bonus2.3兆瓦海上风力发电机组组成，于2003年12月开始发电。到2010年，欧洲海上风力发电的装机容量已达到10000兆瓦。海上风速大且稳定，年利用小时数可达到3000小时以上。同容量装机，海上比陆上成本增加60%，电量增加50%以上。随着风力