风力发电的现状与发展趋势

甘肃科技

Gansu Science and Technology

V ol.24　N o.3

Feb.　2008风力发电的现状与发展趋势

周燕莉

(兰州电力技术学院,甘肃兰州730046)

摘　要:阐述了风能是丰富清洁的可再生能源,风力发电是重要的后续能源,将为能源结构调整和环境保护做出重大贡献。在对风电装机容量进行准确统计的基础上,分析了中国风力发电现状,论述其发展趋势,回顾了世界风电的发展,展望了世界风力发电的前景。

关键词:风力发电;可再生能源;现状;前景

中图分类号:TM514

1　风能资源

目前,世界环境情况正在日益恶化,其中,利用煤炭、天然气、石油等燃料发电所产生的温室效应是一个重要因素,而核能发电则面临核废料的处理问题,不利于环境保护。随着世界性能源危机的加剧和全球环境日趋污染,许多国家都更加重视洁净的

、开发和利用。根据1995年联合国所做的一份调查报告,认为清洁能源水能、风能、太阳能、生物质能的开发利用将是最有利于人类的,而其中最便宜的就是发展太阳能和风能,产业前景最好,其开发利用增长率远高于常规能源。风能作为清洁、可再生能源具有许多优点:取之不尽、用之不竭;就地可取、不需运输;分布广泛,分散使用;不污染环境,不破坏生态;周而复始,可以再生。干净可再生能源-风能受到了世界各国的青睐。据估计,世界风能资源高达53万亿千瓦时,而到2020年,世界电力需求为每年25万亿千瓦时,全球可再生风能资源是整个世界预期电力需求的2倍。对风能的利用有助于实现能源的安全和多元化,减少温室气体排放,减少化石燃料造成的城市环境污染,替代核能。

就世界范围而言,风力发电是新能源领域中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电方式之一。风力发电几乎不消耗矿物质和水资源,与常规燃煤、燃油发电方式相比,具有可减排CO2、SO2、NO x及烟尘等污染物、调整改善电力工业结构、推进技术进步等各种优点,风力发电的经济指标逐渐接近清洁煤发电。因此备受世界各国的关注,目前已在世界上几十个国家得到了广泛的开发和利用。

大力发展风力发电对保护生态环境、改善能源结构、促进可持续发展都十分重要,许多国家把大力发展风电已纳入国家发展计划。

2　中国风力发电现状

我国风能资源丰富,开发潜力巨大。1986年建设山东荣成第一个示范风电场至今,经过近20多年的努力,风电场装机规模不断扩大,风电产业已形成了一定规模,中国风电建设进入一个新的规模化发展时期。

2.1　风电装机容量

据中国风能协会公布的数据显示,截止到2005年底,全国风能资源丰富的15个省、市、自治区及特别行政区(除省外)已建成风电场62个,累计运行风电机组18台,总装机容量126万千瓦,仅2005年就建成了50万千瓦。与2004年累计装机76.4万千瓦相比,2005年累计装机增长率为6515%,位居世界第7位,亚洲第二位,成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一。2006年底中国风电场装机容量已超过2GW。表1是2000年～2006年新增风机及累计装机状况。

表1　我国每年新增风机装机及累计装机容量

单位:MW 年份2000200120022003200420052006

新增装机容量77.757.236.8127.0197.0496740

累计装机容量346.0403.2440.0567.07.012602000

　　可再生能源中长期发展规划提出了,到2010年建成400～500万千瓦风电和到2020年达到2000～3000万千瓦的发展目标,约占国内发电总装机10亿千瓦容量的2～3%,总电量的1～1.5%。

2.2　风电技术研发及主力机型

2006年累计风电设备市场份额中,国产企业已占22.7%。经过多年实践,我国培养了一批专业的风电设计、开发建设和运行管理队伍,通过“九五”、“十五”的技术攻关、产业化和引进消化吸收再创新,我国风电技术和装备水平有了显著提高,基本掌握了600千瓦和750千瓦风电机组设计、制造技术,国产化率已达90%,相当于国际上二十世纪90年代中期的水平。由金风科技股份有限公司自主研发的1200千瓦直驱式永磁风力发电机组已经于2005年4月完成吊装投入试运行,在产品升级换代方面迈出了重要的一步。由东方汽轮机厂引进的1500千瓦变桨双馈变速技术和2000千瓦级风电机组正进入研制阶段,开始野外运行考核,标志着国产兆瓦级变桨变速技术取得进展。中国具有完全自主知识产权的1500千瓦风力发电机组2006年10月21日在沈阳正式出厂,标志着中国在风电这一绿色朝阳产业方面再进一步。兆瓦级及以上机组渐成主力机型。在国家风电设备国产化的有力推动下,风电设备零部件制造水平也有了较大提高,具备了齿轮箱、叶片、电机等关键零部件制造能力,外商已开始在我国采购风电设备零部件。这些成果都标志着中国风机设计制造能力已达到世界先进水平。

2.3　风电成本及价格

随着风电产业的形成和规模发展,通过引进技术,加速风电机组本地化进程以及加强风电场建设和运行管理,我国风电场建设和运行的成本逐步降低,初始投资从1994年的约12000元/kW降低到目前的约9000元/kW。同时风电的上网电价也从超过1.0元/kW・h降低到约0.5～0.6元/kW・h,但仍高于水电和火电价格。

2.4　风电发展的

由于风能资源具有间歇性,在我国风电尚处于发展初期阶段,投资建设成本还比较高。因此,风电发展初始阶段必须有国家的引导与支持,包括支持风电技术研发的资金,鼓励风电发展的税收,风电运营的成本分摊。为了加快我国风电的发展,2003年国家计委采取特许权招标方式促进风电规模化发展,大大降低了上网电价,增强了风电市场的竞争力。为了促进风电的发展,2005年全国通过了《可再生能源法》,规定了有利于风电发展的基本原则,并于2006年1月1日正式开始实施,2006年2月初又出台了《可再生能源发电有关管理规定》,将今后风电的发展纳入了法制的框架,不仅从、法律的角度上给予了风能资源开发利用的保障,更坚定了全社会发展风能资源的信心,为风电产业的发展提供了保证。

随着支持力度的加大,未来的5年内,我国风电市场的发展将进入提速阶段,风电需求将以超过30%的速度增长。

3　世界风力发电的发展

由于风能开发有着巨大的经济、社会和环保价值及发展前景,近20年来风电技术有了巨大进步, 1995～2006年风力发电能力以每年平均30%以上的速度增长,已成为世界各种能源中增长最快的一种。

3.1　风电装机容量

根据全球风能委员会(GWEC)公布的数据显示,2005年全世界新增风电装机容量11769兆瓦,比2004年的8207兆瓦增长了43%;新增设备总价值达120亿欧元(折合140亿美元)。截止2005年底,世界风电装机总容量为59322兆瓦,与2004年的47610兆瓦相比增长了25%。表2是世界风电装机容量发展状况。

表2　世界风机累计装机状况　　单位:G W

年份2000200120022003200420052006累计装机容量17.8024.3931.1239.2947.6159.3270.00　　从表2可见,到2006年底,全世界并网运行的风电装机容量几乎是2000年装机容量的4倍,是1996年装机容量4900兆瓦的5倍。到2005年底,世界装机容量前6位的国家,依次为德国18428兆瓦、西班牙10027兆瓦、美国9149兆瓦、印度4430兆瓦、丹麦3122兆瓦和意大利1717兆瓦。其他一些国家包括英国、荷兰、中国、日本和葡萄牙等的风电装机容量都达到了1000兆瓦。表3是世界风电装机容量地区分布表。

表3　世界风电装机容量地区分布表　　单位:MW

地区2005年底2006年新增2006年底

非洲与中东25297349

亚洲478523527135

欧洲3476310904

南美和加勒

比海地区

2076213北美716926709832

太平洋地区716926709832

　　从表3可以看出,欧洲仍然领先于全球市场,以2006年末40904兆瓦的总安装量占据了全球69%的份额。2006年欧洲风电容量增加18%,提供的电力占欧盟总电力消耗的3%。

北美2006年占据了全球近1/4的市场,总安装容量增长了37%,主要在美国和加拿大,美国新增

01　　　　　　　　　　　甘　肃　科　技　　　　　　　　　　　　　　　　第24卷2500兆瓦,加拿大也以53%的增长量向人们显示出惊人的发展速度。

亚洲也经历了安装量逾49%的大幅增长,2006年,亚洲地区的新安装机组占全球20%,印度仍然是其中最大的市场,新装机容量达1430兆瓦,累计安装容量为4430兆瓦。

澳大利亚在2006年的市场发展几乎翻倍,新安装容量为328兆瓦,使累计安装容量达708兆瓦。

非洲风电市场发展较为稳定,新装机容量较2004年翻倍,埃及和摩洛哥风电装机分别达到了230兆瓦和兆瓦。

3.2　风机单机容量

目前,兆瓦级风电机组已成为风电市场中的主流机型。2006年世界风电市场统计报告表明,1997年以前兆瓦级风电机组的市场份额还不及10%, 2001年则超过一半,2003年已达到70.5%,2006年高达76%。近年来,近海风能资源的开发进一步加快了大容量风电机组的发展,世界上已运行的最大风电机组单机容量已达到5兆瓦,6兆瓦风电机组也已研制成功。发展大功率、大容量风机是今后风机发展的一个趋势。

3.3　风电成本及价格

风电技术日臻成熟,风力发电机的装机成本随着单机容量的增长已从1983年的2600美元/kW 降到2003年的750美元/kW。风电价格也不断下降,已从1980年的32美分/kW・h降到2003年的5美分/kW・h。从而使风电的发电成本能够低于常规火电厂的发电成本,将可达到洁净煤发电厂的水平,使上网电价处于竞争优势。

3.4　风电设备的发展

3.4.1　风电机主要的调节技术

目前世界市场上风电机主要的调节技术有:定桨距调节风电机技术,变桨距调节风电机技术,主动定桨距调节技术,变速恒频四种。容量小于750kW 的风电机尚可使用定桨距调节技术,容量大于750kW的风电机大多采用主动定桨距调节技术、变桨距调节技术和变速恒频调节技术。

3.4.2　风电设备的发展趋势

(1)单机容量向大型化发展。为了降低单位造价及发电成本,世界各国竞相研制大功率的风电机,目前世界上兆瓦级的风电机已具备了商业价值,陆上单机容量已达2兆瓦,近海单机容量已达5兆瓦。

(2)风电机组型式多样化,由恒速运行向变速运行发展。由于变速运行的风力发电机组具有:发电量大;对风电场风速变化的适应性好;降低噪音及提高风轮的效率;精确地控制功率因数等优点,已成为风力发电机组的发展方向。

(3)定桨距向变桨距方向发展。变桨距风力发电机组具有结构轻巧良好的变风速性能和运输起吊难度小等优点,因而是大容量风电机的发展方向。

(4)采用柔性结构。采用柔性叶片和柔性塔架,以降低材料消耗和最大限度吸收振动、减轻动载荷,可大大降低风电机生产成本。

4　风力发电当前研究的课题

风力发电机虽然很成熟了,但为了降低成本,提高风力机的性能,仍有需要研究的课题。

(1)开发适合风力发电的翼型

(2)风力发电机的动载荷分析和气动弹性计算

(3)风力发电机控制

5　风力发电前景展望

世界风能协会预计,从世界范围来看,预计到2010年,风电装机可达230GW;2020年,风电装机容量会达到1231GW,年发电量相当于届时世界电力需求的12%;而目前世界上风电仅提供约0.4%的电能。风电会向满足世界20%电力需求的方向发展,相当于今天的水电,创造179万个就业机会,风电成本下降40%,减少排放100多亿吨二氧化碳废气。因此,在建设资源节约型社会的国度里,风力发电已不再是无足轻重的补充能源,而是最具商业化发展前景的新兴能源产业。

参考文献:

[1]　雷亚洲,GORDONL.风力发电与电力市场[J].电力系

统自动化,2005,29(10):1-5.

[2]　易跃春.风力发电现状、发展前景及市场分析[J].国际

电力,2005,8(5):18-22.

[3]　EWEA—Greenpeace.Wind Force12[R].Brussels,

2003.

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