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未来新能源之风能发电 3/19/2004
由于全球范围内能源短缺和生态环境的日益恶化,人们逐渐认识到风能的地位和作用,人们越来越清醒的认识到开发清洁能源、保护大气环境迫在眉睫。当今世界上,特别是利用风能发电更是引进人们高度重视的时候,风能的地位和作用日益突出出来,因此,最近5年来我国利用风力进行发电发展迅速,效果显著。
一、我国利用风力发电状况
我国风力发电发展可概括为三段:即初期阶段、产业化阶段及国产化阶段。
80年代初,在农村的农牧地区,主要研发和典型示范应用小型充电风力电机,供内蒙、新疆等牧民和渔民一家一户使用。经过10多年的发展,小型1KW以下的风力发电机组技术已日趋成熟,形成年产近万台的能力,现在每年销售7000~8000台,国内拥有量约15万台,总容量仅2.8万KW,在电网不能通达的偏远地区,约70万牧民用上了风力电,利用风能实现电气化。从“八五”开始,我国的风力发电得到较快发展,到1990年国风电场的初创时期已经开始,容量在55KW以上的中型风力发电机开始建设,利用外国信贷,丹麦、荷兰、德国、日本、比利时等国家厂商风力发电机开发进入中国,其中丹麦、荷兰向甸提供无息贷款,后来德国也提供无息贷款。
1991年开始,国家经贸委对新能源-风力发电的示范工程作了专项安排,从而我国风力发电建设和技术发展有了长足的进步。从1991年到1995年风电场的规模逐步扩大,这个时期继续利用外国政府的软贷款建设风电场。全国第一装机容量超过1万KW的新疆达板城风电场建成之后,又相继建设内蒙的商都、辽宁东岗和横山、广东南澳海陵、山东青岛、浙江鹤顶山等风电场,截至1998年底全国共有10个风电场,安装风力发电机组280多台,装机容量12万KW左右,平均单机容量300KW。为了改善电力结构,国家电力公司最近提出将风电作为产业来抓,并制定了有关风电并网运行的若干规定,将风电规划正式纳入国家电力发展的计划之中,开始大规模开发风力发电。1999年、2000年风力发电发展更快,二年中,新增风电机组260台,装机容量14万KW,平均单机容量为450KW。到2000年底全国累计风电装机容量达到30万KW,风电场发展到25个。达板城风电场安装风力发电机组172台,300KW是丹麦恩其维康公司、维斯佩斯公司提供的,装机总容量达到9.2万KW,已装有110KV变电站一座。南澳风电场安装风力发电机组近百台,装机容量达4.8万KW。内蒙辉腾锡勒风电场装机容量也超过3万KW。福建的坪潭、大连横山、浙江舟山、上海崇明也都在建设200KW、300KW、500KW、600KW容量不等的风力发电场。到2000年我国风电场累计容量达到35万KW。(包括小容量在内)截至目前我国已经建成的风电场,技术上都是采用平行轴承式(也叫横轴式),只有南澳正在安装一台美国顺风风力发电公司的直轴型,至今调试工作正在进行。
风电场设备大多是原装进口的,80年代中期和90年代初期我们曾研制过30KW、55KW、200KW机组样机,兰州电机厂、上海电机厂、湘潭电机厂已经研发出300KW的电机。
西安航空发动机厂、南京高速齿轮箱厂、上海玻璃钢厂分别研发出叶片和齿轮箱,分别在达板城、南澳分电场试运行。新疆风能公司从德国jacobs公司购得许可生产权,研制10台600KW机组,国产化率由40%逐步提高到70%。国家计委“乘风计划”支持的合资企业,已生产出600KW级风力发电机组。中国火箭运载设计研究院北京万电公司引进奥地利技术组装了一台600KW样机。至今国内一些专业厂都在想方设法积极研制风电机部件,满足建设风电场配套需要。
据专家预测,我国风能储量大,分布面广,可利用的风能资源约为2亿KW,平均风能密度为100W/m2,因此,要充分利用风能进行发电。在我国新疆、广东、海南、福建、浙江、山东、内蒙、辽宁等风力资源比较丰富的地区,选择风力充足的地区建设风电场,大力推广和充分利用风能,并采用积极措施,加快步伐、加大力度发展我国风力发电事业。国家计委科技部、国家经贸委在规划“十五”-即到2005年,风力发电容量将从现在35万KW发展到100万KW,因此,我国利用风力发电前景十分广阔。
二、国际上风力发电状况及发展趋势
在世界上一些发达国家,利用风力发电发展十分迅速。美国到1999年已建成23000座风力发电机,装机容量已达250KW;丹麦建成5000座,装机容量65万KW;德国建成2000座,装机容量42万KW;英国建成500座,装机容量18万KW;荷兰建成600座,装机容量3万KW。世界上风能利用最好,发展最快,技术比较先进的国家分别是美国、德国、丹麦、荷兰。目前横轴式风力发电机技术已成熟,直轴风力涡轮机是美国最近8年内发展起来的,技术也日趋成熟。风力发电机一般是由风轮、叶片、传动(高速齿轮机电机),能量转换,控制保护系统和塔架、变压器等组成。它的原理是:在有风源的地方,经过齿轮提速带动发电机运转,发出的电流经过变压器直接与电网联结起来进行发电。它最适宜、最理想的风速范围是6-8m/s,叶片即可旋转,当叶片放置到一定速度时,由增速机加快转速,以达到最大发电效率,建立风电场,当然首先需要有较充足和稳定的风源,叶片设计转速最大60m/s风速设计,如果超过工作风速范围时,为了保护发电机,在风速超过13m/s时,开始自动减速减速,当风速达到24m/s台风般的速度进,叶片则自动停止运转,这是因为风力发电机组转向是自动的,叶片转向也是自动的,因此风力大了叶片角度可以自动调整,一台500KW的风力发电机,总重量约36t,其中叶片长度约32m、重量为1.6t,一台风力发电机,三个叶片都要称重,每个叶片重量误差为0.5kg,以保持运转时平衡。300KW、500KW、600KW的风力发电机,控制装置对旋转的机械部件磨损和温度进行自身控制、自动监测,风力发电场建立主控室,对每台风力发电机组的启停进行监控。
由于风力发电与其他燃料能源发电有着不可比拟的优点,因此它是一种理想的能源、洁净的能源,近几年来,普遍受到世界各国的重视,在一些发达国家中的规划到2010年利用风力发电量将要占发电总量的5-10%。椐欧洲有关机构提供信息,2000年风力发电能力已达到360万KW,2010年预计达到1000万KW。90年代中期,欧洲已有16个国家将风力发电列为重要的能源,由政府实施,并将风能列为21世纪的重要的能源。在美国的中、西部地区,由于风源比较充足,电力计划中将有六分之一是利用风能实现的。在美国加州的南部和北部已分别建设六个大型风力发电场,拥有风力发电设备1万台,装机容量100万KW,年发电量为25亿KW·h,其中阿尔塔蒙电场占该州风力发电量的50%。由此可见,我国利用风力发电正在不断地向着重量轻、效率高、可靠性好及大容量化等级发展,目前世界上已有800KW、1000KW大型风力发电站进入商业性运行,到1999年底,全球范围的风力发电机容量约450万KW,年发电量75亿KWh。
三、出台政策,鼓励发展风电场
1.在已经选择确定风力发电场的地区,加大投入力度,以阵列机群发电,成为边远地区的独立电源。风力发电场地区一般分为风力丰富区、风力较丰富区、风力可以利用区以及风力季度利用区四个等级。
2.早在1994年,电力工业部印发了《风力发电场并网运行规定》,文中明确电网必须全部收购风电场所发电量,风电上网电价按发电成本加还本付息,合理利润的原则确定。1999年1月,国家计委、科技部联合下发了《关于进一步支持可再生能源发展有关问题的通知》,《通知》进一步明确了对于利用再生能源的并网发电项目,在电网容量允许的情况下,电网管理部门,必须允许就近上网,并收购其全部上网电量。高出电网平均电价的部分由电网分摊。《通知》还规定对于银行安排的基本建设贷款的项目给予2%的财政贴息,1999年12月国家经贸委印发了《关于进一步促进风力发电发展的若干意见》的通知,文中明确国家将根据电力工业发展状况,确定今后电源建设中风力发电的比例,应当把风力发电纳入当地电力发展总体规划之中,要求电力主管部门和电网管理部门支持风力发电跨省(网)销售。但在一个省内的风电场应该实行统一领导,统筹管理,不要形成分割、分块管理,这样不便于联网运行和维护,而且还会提高发电成本。
3.应该根据国情,采取与国外厂商合资、合作和积极进行自主发展等方式,目前的风力发电场的风力发电机组绝大竞争是利用外国政府贷款,除了塔架外,主要设备大多数是进口的。从长远点考虑,风力发电场设备向600KW、800KW、1000KW较大容量的风力发电技术发展,并且必须立足国内制造,这样有利于进一步推动风力发电场的推广应用,也有利于设备本身的维修和保养,更有利于设备的备品配件提供正常的渠道。
4.根据我国国情,凡是需要建立风力发电场的地区,都要针对风源、风强、风频、风速的实际情况,进行风场测定,作出风力发电场布局,选择合适的风力发电机型。
5.建立风电场,必须形成向万KW的规模,这样有利于管理和并网正常运行,据达板城和南澳两个目前国内最大的风力发电管理情况看,都建立110KV的升压站,一般来讲,二台风力发电机组配一台变压器,少量的也可以一台风力发电机组配一台变压器。
建议
1.风力发电在我国是一项新兴产业,尽管当前与常规火电能源相比产业规模小,一次性投资大,近二年内的设备投资,风力发电机组每KW/9000元人民币比火电机组每项KW高出约一倍。风力发电机组的发电量为火电机组的1/2,但风力发电场对其改善环境,优化资源配置,优化电力结构却有着不可估量的作用。在有风源的地区,风力发电是未来能源的发展方向,在目前受自然条件和市场风险的双重制约的情况下,应该倡导政府行为,即政府投入行为是主要的。在发电的成本方面,高出火电价格部分,政府应出台相应政策,给予补贴,鼓励电网部门并网发电,规范上网电价行为。
2.风力发电是一种清洁能源,对提高大气质量,改善环境起着不可低估的作用,因此,不能长期依赖进口,必须走国产化的道路,掌握核心技术,形成产业规模,既可满足国内有风源地区需求,又可出口到有风源的国家、地区。要实现风力发电机组国产化,必须实现产品的系列化、通用化、标准化。在全国争取建立5~6家风电机组制造厂,10多家零部件制造厂,从政府角度扶持一家建立风力发电工程技术中心,分南方、北方地区建立2个质量认证中心,规范技术监测要求。

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