本科毕业设计论文-风力发电的现状及趋势

2/23沈阳工业大学毕业设计论文风力发电的现状及趋势专业：电气工程及自动化班级/学号：学生姓名：指导教师：目录引言第1章绪论41.1本课题背景41.2本课题研究意义4第2章风电发展的现状42.1风能资源分布42.2国外风力发电发展概况52.3国内风力发电发展概况8第3章 风电发展的关键技术93.1低电压穿越技术.93.2电网接纳风电的关键技术103.3适应风电发展的现代储能技术103.4风电与其他电源联合运行技术123.5风电功率预测技术123.6海上风力发电技术13第4章风电发展趋势研究164.1国外风电发展对中国的启示164.2中国风电现存主要问题与挑战184.3风电未来发展趋势20结论22参考文献23引言中国已成为世界第一大能源消费国，以煤为主的能源结构不但带来了严重的生态环境问题，而且使我国成为世界第一大温室气体排放国。党的十八大提出了将“推动能源生产和消费革命”，反映出国家转变能源发展方式的重要性和急迫性，以风电为代表的可再生能源迎来历史性发展机遇。风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件及商业化发展前景的可再生能源技术。风能的合理开发和利用可以有效缓解目前能源匮乏及燃料资源给环境带来的污染问题，在远期有可能成为世界上重要的替代能源。随着风电技术日趋成熟，风电产业在全球范围得到大力发展，并保持持续增长的势头。本文在综合相关资料的基础上,总结了世界风能资源及各国风电发展的现状,提出了风电发展中的一系列技术问题和研究方向。文章综述了目前风力发电及其技术的发展与应用情况，对风力发电系统的类型、风电系统中所采用发电机的性能与特点以及未来风力发电技术的发展趋势进行了较详细深入的介绍，为更好地了解国内外风力发电的现状与发展趋势提供参考。关键词：风力发电，可再生能源，风电并网,发电机第1章绪论1.1本课题背景11月3日，2016中国风电电气装备技术高峰论坛在安徽合肥隆重召开。来自国家政府相关部门和行业协会领导，风电领域的专家学者，业主单位、主机厂商、主控系统、变桨变流、变压器和发电机等企业代表齐聚一堂，共襄风电电气控制技术与装备的未来发展。1.2本课题研究意义风电是可再生能源当中技术最成熟、价格最低的能源之一。近年来，在国家政策的大力扶持下，中国风电产业呈现出高速发展的态势，风电装机容量连年翻倍增长、风电领域投资热潮迭起。风力发电技术是一个多学科的综合性高技术系统工程。先进的风力发电机组控制系统会提高机组容量、改善风电质量、提高风电系统的效率和提高抗风险的能力[1]。然而，当前风电大规模并网对电网运行的冲击影响，仍然是制约风力发电发展的瓶颈。因此需要加大并网技术的研发，努力探讨如何通过机组设计和运行调度来实现风电大规模并入后电网的稳定可靠运行。并且风力发电技术不是十分成熟，风电场设计、建设、运行及并网方面还存在许多问题尚未彻底解决。并且经历全球金融危机之后，风电机组制造新秀的进入，搅乱了动荡中的风电市场，中国风电产业链市场竞争格局正在悄然发生变化。与此同时，随着市场的急剧膨胀，伴随风电产业发展的各种问题逐步凸显出来[2]。因此如何全面经济地利用风电，借鉴国外成熟的经验，寻求中国风力发电正确的发展方向是一个具有重要意义的研究课题。第2章风电发展的现状2.1风能资源分布根据世界气象组织估计，全球的可利用风能资源约为200亿kW，为地球上可利用水能资源的10倍。经估算全球风能蕴藏量约为3×107kW，其中可利用的风能为2×1010kW。由于风能是来源于太阳能，因此也有人假设在太阳能进入地球大气时，每平方米的功率为1.35kW，假定约有60%的能量留在大气层中，其总能量为1.04×1014kW。如果设想风能是该值的1%2%，则风能为kW[3]。尽管各种估算数值不同，但总的来说全球具有巨大的风能资源，风能是取之不竭、用之不尽、可再生的清洁能源。根据中国气象局第三次全国风能资源普查的结果，我国陆地10m高度层风能资源理论可开发储量为43.5亿kW、技术可开发量为2.97亿kW，技术可开发的陆地面积约为m2。2006年国家气候中心采用树脂模拟方法对我国风能资源进行了评价，结论是：在不考虑青藏高原的情况下，全国陆地10m高度层风能资源技术可开发量为25.48亿kW。我国风力资源丰富，可开发量约为712亿kW，其中陆地约为610亿kW，海上约为12亿kW，按2009年风力发电装机容量1613亿kW，发电量269亿kW推算，未来每年可提供1.22万亿kW·h电量[4]。我国幅员辽阔，地形条件复杂，风能资源状况及分布特点随地形和地理位置的不同而相差很大。根据风资源类别划分标准，按年平均风速的大小，各地风力资源大体可划分为4个区域，见表2-1。表2-1风力资源区域划分区别平均风速（m/s）分布地区丰富区>6.5东南沿海、山东半岛和辽宁半岛、三北地区、松花江下游区较丰富区5.56.5东南沿海内陆和渤海沿海、三北南部区、青藏高原区可利用区3.05.5两广沿海区贫乏区<3.0受大气环流、季风和海陆风的影响，我国风能资源较丰富的地区，主要分布在北部和沿海及近海岛屿两个带状范围内，青藏高原北部及内陆的一些特殊地形或湖岸地区也有一些风能较丰富的地区，全国平均风速分布图如图2-1所示。图2-1全国平均风速分布图2.2国外风力发电发展概况在应对能源危机和气候变化的背景下，风电行业发展势头强劲，全球风电装机持续快速增长。从1998年起，全球累计风电装机连续12年增速均超过20%，平均增速达到28.45%，风电容量以每三年翻一倍的速度增长。根据世界风能协会的统计数据，2012年全世界风电装机容量新增约2726万kW，增长率约为29%，累计达到1.21亿kW，增长率为42%，突破1亿kW大关。风电总发电量为2600亿kWh，占全世界总电量的比例从2000年的0.25%增加到2012年的1.5%。图1-1至图1-3分别展现了1997年至2011年间全球风电总装机情况、风电新增装机情况以及风电装机增长速率。从地理位置上看，风电利用正逐步形成欧洲、北美和亚洲三者并驾齐驱的格局。其中，欧洲具有丰富的风电资源，也是最早大规模开发利用风电的区域，具有比较成熟的风电市场和丰富的风电技术储备，长期以来在全球风电行业占据核心地位并引领着全球风电行业的发展。据欧洲风能协会（EWEA）公布的数据，2011年欧盟新增风电装机9616MW，占所有新增发电装机的近四分之一，风电总装机达到93957MW，占欧盟电力供应的6.3%。2007年-2011年欧洲（含非欧盟国家）风电总装机如图1-4所示。近几年来，美国、亚洲、南美洲等国风电行业得到了快速发展。根据世界风能协会的数据，2012年全世界新增风电装机容排名前三的国家依次为美国、中国、印度，前3名的国家合计新增装机容量占全世界的60%。欧洲风电装机占全球比重正逐年下降，风电发展在全球范围内呈现更加均衡的局面。美国具有较大的风力发电规模和较快的发展速度。2000年末，美国风机总装机容量为2645MW。发展到2009年，美国风电装机容量已经达到35155MW，位居世界第一，风力发电可满足美国约1.8%的用电需求。根据美国能源部发布的报告，2011年美国新增风电装机容量约6800MW，较2010年增长31%，风电总装机达5万MW。2007年-2011年北美（美国和加拿大）风电总装机如图1-5所示。拉丁美洲是近几年风能开发利用发展比较快速的地区，风电发展潜力巨大，其风电发展主要得益于巴西和墨西哥的贡献。在非洲，小型风电项目在各地得到了蓬勃发展，南非政府在经历几年的观望和准备后，也开始展开实际行动促进风电行业的发展。长远来看，虽然风电的发展仍面临电网消纳能力、并网控制、海上风电发展等众多难题，但随着风力发电相关技术的进步和风电成本的降低，与传统能源相比，风电在经济性和环保性方面的优势将日益凸显，全球风电市场具有良好的发展前景。据全球风能协会预计，未来5年全球风电市场平均每年的市场增长将维持在8%左右，2012年至2016年风电安装总量将达到255GW，累计市场平均增长率将略低于16%，到2016年末风电总量预计将稍低于500GW。图1-1

1997年-2011年全球风电总装机发展趋势图1-2

1998年-2011年全球风电新增装机发展趋势图1-3

1998年-2011年全球风电装机增长率图1-4

2007年-2011年欧洲风电总装机2.3国内风力发电发展概况风电是资源潜力大、技术基本成熟的可再生能源。近年来，全球资源环境约束加剧，气候变化日趋明显，风电越来越受到世界各国的高度重视，并在各国的共同努力下得到了快速发展。我国可开发利用的风能资源十分丰富，在国家政策措施的推动下，经过十年的发展，我国的风电产业从粗放式的数量扩张，向提高质量、降低成本的方向转变，风电产业进入稳定持续增长的新阶段。据测算：我国风电新增装机占全球市场份额比重从2000年的2.0%增长至2015年的48.5%；年累计装机占全球份额从2000年的2.0%增长至2015年的33.6%。风电行业在2005年出台的《国家发展改革委关于风电建设管理有关要求的通知》（发改能源[2005]1204号）中有关“风电设备国产化率要达到70%以上”等一系列要求的推动下，国内风机设备生产商迅速壮大，2005年至2009年我国新增风电装机量始终保持着80%以上的年复合增长率。尽管根据《关于取消风电工程项目采购设备国产化率要求的通知》（发改能源[2009]2991号），风电设备国产化率70%的要求已经取消，但经过多年的发展，国内整机厂商已经具备了较强的竞争力。2008年以后，我国风电行业实现了逐年翻番式的增长，2008年新增装机容量增速为85.87%，而2009年新增装机容量增速达到124.29%。然而，在风电场大规模扩张的同时，风电本地消纳能力不足、调峰困难、输送通道有限、产能过剩等问题逐步显现。2011年前后，风电行业步入低谷，“弃风限电”成为行业阵痛期的主题。2011年我国新增风电装机容量同比首次出现萎缩，2012年我国弃风率创出历史最高的17.12%，新增风电装机更是同比减少26.49%。风电行业的过度发展导致了众多问题，风机脱网事故频发，弃风限电现象严重，产能过剩严重。2011年上半年，国家发改委收回风电项目的审批权，要求各省核准风电项目前须先向国家能源局上报核准计划，通过限制项目审批遏制地方政府冲动，缓解风电过剩的产能风险。2011年至2013年，风电行业经历了大规模的整合，缺乏竞争力的企业遭到淘汰，企业更加关注自主研发以提升自身的竞争实力，在此过程中整个行业逐渐走向成熟，进入稳定有序增长阶段。自2013年5月开始，国务院将核准企业投资风电站项目的权限下放到地方政府，而国家能源局也为未来数年设定了较高规划装机量，这些举措正不断提振行业景气度。风电项目审批权的下放说明风电行业开始走向成熟，市场调节开始发挥作用。相比于之前的2011年之前“有条件”的下放，2013年5月，5万千瓦及以上风电项目的审批权被下放，大型风电项目核准权首次归入地方。根据2011年10月19日发布的《中国风电发展路线2050》（2014版），我国2020-2030年年均新增装机将达20GW，2030-2050年年均新增装机将达30GW。截止2015年上半年我国风力发电行业规模以上企业数量达到739家，其中81家企业出现亏损，亏损企业亏损金额为5.67亿元。2015年上半年我国风力发电行业资产总额达到6864.08亿元，较2014年同期比增长10.95%；我国风力发电行业总产值为449.23亿元，较2014年同期比制造13.25%；2015年上半年我国风力发电行业销售收入为455.13亿元，销售收入同比增长12.44%；上半年利润总额为130.93亿元，利润同比增长39.00%。2015年，中国风电装机量再创新高。全国（除台湾地区外）新增安装风电机组16740台，新增装机容量30753MW，同比增长32.6%；累计安装风电机组92981台，累计装机容量145362MW，同比增长26.8%。第3章 风电发展的关键技术3.1低电压穿越技术低电压穿越（LVRT）是指在风电机组并网点电压跌落时，风电机组能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间区域。电压跌落会给电机带来一系列暂态过程，如出现过电压、过电流或转速上升等，严重危害风电机组本身及其控制系统的安全运行。一般情况下，若电网出现故障风电机组就会实施被动式自我保护而立即切除，并不考虑故障的持续时间和严重程度。这样能最大限度的保障风电机组的安全，并且在风力发电的电网穿透率较低时是可以接受的。然而，当风电在电网中占有较大比重时，若风电机组在电压跌落时仍采取被动保护式切除，则会增加整个系统的恢复难度，甚至可能加剧故障，最终导致系统失稳，因此必须采取有效的LVRT技术和措施，以维护风电场电网的稳定[3]。3.2电网接纳风电的关键技术风电的迅猛发展创造了巨大的价值的同时，也给电网带来了前所未有的沉重压力。德国、美国和西班牙等风电发展大国都遇到了电网瓶颈，即输电阻塞问题。目前我国大规模风电并网所遇到的最显著和最核心的问题也是风电的送出问题。此外，风能资源本身具有的间歇性和波动性特点使得风电场与常规的火电厂、水电厂不同，不能进行稳定的电力生产。由于风电场出力不稳定，电力系统一般会限制风电在系统中的比例，尤其是在系统出现阻塞的时候常常会采用切除风电机组的手段，这无疑是风电发展的一大阻碍。只有通过各种措施增强电力系统的灵活性、提高电网对风电的输送能力、解决大规模风电的电网瓶颈问题，才能充分利用风电，促进风电健康快速发展。结合欧美的风电发展经验以及我国大规模风电开发的发展需要，按照充分利用现有电网中的各种资源、充分利用风力发电设备和保证电网安全可靠经济运行的原则，将增加电网运行灵活性、提高风电输送能力以及解决电网阻塞的常规技术措施总结为三点：1）现有电力系统的优化运行。2）充分利用电网中的灵活发电资源和传统储能设施进行调频调峰。3）加强电网建设。但是电网措施研究的前提是包含风电机组和风电场模型的电力系统仿真。3.3适应风电发展的现代储能技术如果要充分利用风能资源，将风电作为稳定的主力电源来使用，除了常规技术外，不得不考虑风电的电能储存与转换问题。采用储能系统可以控制风力发电输出的有功功率,不仅可用于电力调峰,使风力发电单元作为调度机组单元运行,而且具备向电力系统提供频率控制、快速功率响应等辅助服务的能力。如图5-2所示为某带有储能系统的风电并网系统结构图，主要包括：风机组、电网、储能系统。图5-2某带有储能系统的风电结构图风电储能系统参与电网平衡，主要通过储能系统和风电机组配合工作、合理调度，对电网供电。储能系统主要是通过动态吸收并实时释放电能。改善电网平衡，增强电网稳定性。当平均风速较大。风力发电机组输出电能较多时，储能系统将风力发电机过剩电能，暂储于储能系统；当平均风速较小、无风时风力发电机组输出的电能不足或电网负载增加时。储能系统将储存的能量释放出来并转化为电能以弥补电网电能需求。这样既避免大风时风资源的浪费又不会因为风小、无风时风力发电机组输出电能不足或电网负载增加时造成电网调度失败。储能系统结合风电功率预测、电网调度技术使用。可以更好地保证电能质量和电网安全及稳定。储能系统具有动态吸收能量并适时释放的特点,能有效弥补风电的间歇性、波动性缺点,改善风电场输出功率的可控性,提升稳定水平。此外,储能系统的合理配置还能有效增强风电机组的LVRT功能、增大电力系统的风电穿透功率极限、改善电能质量及优化系统经济性[5]。因此，选择适应风电发展的现代储能技术至关重要，只有在风电场实现了电力的稳定生产与出力在更大程度上的可控调节，才能在电力系统中获得主导地位，否则只能处于附属地位。储能系统参与电网平衡，可以减少电网预留容量，提高电网的经济性。目前工业上已用的储能方式大体有以下几类：a.抽水蓄能b.先进电池储能c.飞轮储能d.超导磁储能e.超级电容器储能f压缩空气储能。以下为各类储能技术比较如表5-1所示。表5-1各类储能技术比较储能类型典型功率/MW放电时间/min抽水蓄能100~2000240~600压缩空气储能100~30060~1200飞轮储能0.005~1.50.1~15超导磁储能0.01~10.1~0.5超级电容器储能0.001~0.10.1~1铅酸电池0.001~503~180先进电池技术0.001~101~180液流电池0.1~1001~1203.4风电与其他电源联合运行技术风光联合世界能源协会WEC（WorldEnergyCouncil）预测到2050年世界的可再生能源将会到8.7TW~15.0TW（1TW=1012W），而此时全社会能量的总需求量为26.3~33.0TW[6]。由此可见，可再生能源的利用有着巨大的市场需求。而在可再生能源中，太阳能和风能是目前应用和研究比较广泛的。太阳能发电也叫光伏发电，是利用光电板将太阳能转换成电能，然后通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对用电负荷供电的一套系统。（2）风电和抽水蓄能及其他储能系统联合风水互补发电系统是风力发电与水力发电的有机结合与调度，当风电场对电网的出力随机波动时，水电站可快速调节发电机的出力，适合调节对风电场出力进行补偿。通过对风能和水能资源进行合理的规划和统计，建立或者结合到当地的地方电网中，选择好合理的配备容量，就可以实现风能与水能这两种绿色能源的互补，充分发挥两种能源的优势，克服风电供应的间歇性和不稳定性，避免水能在枯水季节满足不了系统供电需求的问题，也可节省风电、水电单独运行建设系统送出工程的投资，为丰富、清洁、廉价的风电和水电成为化石燃料的替代能源创造了条件，是迄今为止实现风能、水能经济利用较有效可行的方法。因抽水蓄能电站具有对电网负荷变化反应快速、调节灵活,调峰、填谷、调频、调相和事故备用的运行性能好的优越性,所以风电抽水蓄能联合系统得到了成功应用。3.5风电功率预测技术在电力系统调度领域，可预测性是处理风电波动的关键。准确预测风电的发电量有助于调度人员提前组织管理电力系统中的风电波动性。风电预测的准确度会密切影响电力系统调度所需的调频和调峰机组的容量，因此风电预测在风电的经济并网方面有着举足轻重的地位。风电功率预测的意义主要体现在以下几个方面：根据预测的风电场出力曲线优化常规机组的出力，达到降低运行成本的目的。掌握了风电出力变化规律就减少了不确定性，从而增强系统的安全性和可靠性。在风电参与电力市场的系统中，优化电力市场中电力的价值。一方面，在电力市场中，风电场对风电功率进行预测，参与电力市场竞价；另一方面，电网企业对风电功率进行预测，保证系统安全经济运行。风电场功率预测还可以为风电场的运行维护提供有益的参考。如在风电机组需要停机检修时，可以选择在风速较低，风电场出力较小时进行，以减小风电场的电量损失。在出现可能对风电场产生破坏作用的大风时，提前做好防护准备。根据风电场出力情况及时调整风电场运行状态，减少风电场内部线路和变压器损耗，提高风电场上网电价。传统的发电计划基于电源的可控性以及负荷的可预测性，以此为基础，发电计划的制定和实施才有可靠的保证。但是，如果风电场大规模并网，作为电源其出力的波动性会使发电计划难于制定。正因为如此，大规模利用风电必须解决风电出力难以预测的问题。3.6海上风力发电技术近年来，全球风电发展迅速，如丹麦和德国的陆上风电开发已渐趋饱和，而海上风能绝大部分还处于未开发状态，海上风电的开发有如下优点：（1）节约土地资源，减少噪声及公众视觉冲击。（2）海上有大片连续的区域可用，发展空间不受限制。（3）风速高风能资源比陆上大，离岸10km的海上风速通常比沿岸陆上高约25%。（4）湍流强度低，海平面摩擦力小，作用在风电机组上的疲劳载荷减少，设计寿命可达50年。（5）风切度小，即风速随高度的变化小，不需要很高的塔架，降低风机电机组成本。因此，很多沿海国家已将海上风电作为新的发展方向。另外，海上风电开发的技术还不成熟，运行经验有限，存在以下的不足之处：（1）风电机组基础昂贵。（2）电网接入集成成本高。（3）安装成本高，安装过程受天气环境的制约。（4）运行、维护实施困难，直接导致机组可利用率下降，影响发电量。尽管目前海上风电开发技术难度较大，投资成本偏高，规模化发展有待技术的进步和激励政策的出台，但是在欧洲仍将海上风电的开发作为风电的发展趋势，并且已经取得了令人瞩目的成果。国外海上风电发展趋势：（1）单机容量大型化目前国外运行的海上风电场单机容量已由600kW增至兆瓦级,2MW和5MW等更大容量风机的市场份额逐渐增大。海上风力机将继续向单机容量大型化的方向发展。（2）新型海上风力发电机逐步发展直接驱动同步环式发电机、直接驱动永磁式发电机等新型海上风力机将会得到不断的研发和运行，进一步优化发电机的发电性能，减少桨叶数量以减少生产和安装等成本。开发海上风力发电机的相关设备，适应海上潮湿、易腐蚀等恶劣环境的需要。（3）由浅海向深海发展根据欧美海上风能资源分布及发展趋势分析，浅海域风力发电场的发展已经不能满足风能发展的要求，海上风电场将从30～50m的浅海域向50～200m的深海区域发展，届时全球的风能资源利用率将有更大幅度的提高，以满足更大范围内的电力需求。中国海上风电发展趋势：中国的风力资源分布与电力需求一直不匹配。东南沿海地区电力需求大，风电场接入方便，但土地资源紧张，可用于建设风电场的面积有限。广大的“三北”地区风力资源丰富，可建设风电场的面积较大，但其电网建设相对薄弱，电力需求相对较小，需要将电力输送到较远的电力负荷中心。东部沿海地区的海上风电资源丰富且距离电力负荷中心很近，开发海上风电场将有效改善东部沿海地区的电力供应情况。在对海上风力发电项目的大力支持下，国内一些研究机构和风电设备制造公司，已经全面开展对海上风电相关技术的研究。各大电力公司也在沿海地区进行规划“圈海”。经统计，截至2008年，各地区规划建设的海上风电装机容量约1710万kW，其中在建或已建项目约17万kW。中国各地区海上风电场规划如表5-4所示。表5-4中国各地区海上风电场规划省份风电场在建或已建已有规划河北沧州5万kW100万kW山东威海110万kW长岛150万kW晌水100万kW江苏连云港200万kW如东250万kW上海东海大桥10万kW奉贤40万kW南汇40万kW横沙20万kW浙江慈溪150万kW岱山50万kW临海20万kW福建六鳖20万kW广东南澳30万kW陆丰甲湖湾125万kW东山海68万kW海南浮海风电场2万kW100万kW合计17万kW1710万kW图5-8东海大桥100MW风电场效果图及安装图但目前中国不具备海上风电机组设计和生产条件，更没有实际的运行经验做支撑。而海上风电的发起者欧洲却是稳步发展，因为他们已经领教了海上风电场开发所带来的巨大财务风险。因此，对中国来说，目前的关键不应是规划有多么庞大，而应密切跟踪国际海上风电技术的发展动态，借鉴国外海上风电的成功经验，吸取国外挫折中的教训，及早开展海上风能资源的普查评估工作，加快海上风电示范项目的建设，积极引进国际先进技术，为海上风电建设和设备制造储备技术。第4章风电发展趋势研究4.1国外风电发展对中国的启示国外风电发达国家已有风电场大多装机规模较小，主要是分散接入配电网就地消纳。风电大规模并网依赖于坚强电网的支撑，同时也需要其他电源的支持和协调发展。如丹麦东部电网通过交流输电线路与挪威、瑞典、芬兰等国组成北欧电网，西部电网则通过德国电网与欧洲大陆互联电网相联，北欧电网中的大量水电为丹麦风电提供了足够的调峰支持；而美国大量具有灵活调节能力的燃气电站为风电快速发展提供了保障。国外针对未来风电大规模开发，规划通过高电压等级线路接入电网，远距离输送至负荷中心地区，并且扩展输电网以扩大风电消纳范围和规模。风电发达国家都制定了严格的并网导则且强制执行，风电收购政策根据风电发展的不同阶段不断调整，同时广泛开展了风电功率预测工作，并对风电进行有效调控。我国风电在持续快速发展中暴露出一些问题，如风电开发缺乏统一规划，配套电网建设难度较大；系统调峰能力不足；电网建设滞后于电源建设，尤其是跨大区电网的互联规模不足；风电技术和运行水平较低，相关政策有待完善等。推动风电技术创新支持风电技术研发活动、建设完善的研发服务体系等方式推动风电技术创新，是各风电强国推动本国风电产业发展的重要措施，尤其是对风电技术基础研究和公共研发体系建设的持续投入，对风电产业发展更为重要。以丹麦为例，支持风电技术研发活动是丹麦政府早期推动风电产业发展的重要措施，丹麦早期的研发活动重视风电技术研发，同时也包括风电场场址选择、并网及风资源评价等。政府支持的目的在于降低大型风力发电系统的成本，以使风电可以与传统电力相竞争，随着风电产业的发展，丹麦政府逐渐加大了对风资源数据收集和风电公共教育和人才培养的支持。丹麦政府在支持本国风电技术研发方面，十分注重政府资金的引导作用，尽管研发经费远低于美国等国家，但这些资金被有效地分配给各风电制造商以开发研制不同设计和容量的风机，从而推动了丹麦风电技术的全面发展。积极培育国内风电市场稳定的国内风电市场是风电产业发展的重要保障，在培育国内市场方面，国外大多采取了固定电价、强制市场份额等政策。固定电价政策通过设置一个长期的、能保证一定盈利空间的固定电价，为风电产业营造长期稳定的市场环境。德国1991年制定的《供电法》规定，电力公司要全部收购再生能源所发电量，并且其标准上网电价为0.16马克／kWh，而常规电厂的上网电价为0.10马克／kWh，这一部分差价由当地电网承担。若在某地区的风电装机容量超过总电量的5％时，超过部分则由当地电力公司的上级公司收购。丹麦环境部早在1979年就要求风电强制上网，要求电力公司支付部分的并网成本；从1992年开始，要求电力公司以85％的净的电力公司的电力价格购买风电，这其中不包括生产和配电成本的税收；同时，丹麦从1981年开始对风电生产给予补贴，后来进行了修改，将其并入二氧化碳税补贴中。强制市场份额是在一些国家实施、相对较新的政策机制，也称为可再生能源目标、可再生能源配额等。该政策一般要求可再生能源产出的电力需在整个发电量中占到一定的比例，各国需根据自身市场结构来确定本国的配额。3．支持拓展国外风电市场支持本国风电企业大力拓展国外风电市场，是风电强国推动本国风电企业持续发展的重要措施，采取的支持方式主要是出口援助。政府通过出口援助可以帮助本国企业生产的风电产品扩大国际市场，这样的援助可以是低息贷款，也可以是风电制造商所在国向其他购买技术国提供的“附带条件的援助”，如丹麦国际发展机构(DANIDA)向大量进口丹麦风机的国家提供赠款和项目开发贷款。德国政府同样也有一些国际援助项目，其中一个特殊目的是与伙伴国合作，测试不同气候条件下的国产风电机组性能，这些援助资金支持德国与发展中国家组建合资公司投资风电场建设，但要求使用德国的风电设备，同时这项资助是直接补贴给德国的风电制造商，而不是直接资助项目开发商。4．建设完善风电标准和检测认证体系建立严格的风电标准和检测认证体系，不论对促进本国风电技术创新，还是对培育国内外市场都具有重要的意义。欧洲作为风电产业发展最早的地区，也是最先制定风电设备技术标准并实行了产品认证制度的地区。丹麦是世界上第一个建立风电标准和检测认证体系的国家，丹麦政府大力支持国家Riso实验室开展标准体系的研究。在丹麦，风机只有通过了本国严格的安全检测才能安装使用，其风机设备的认证基于产品类型认证和质量认证体系，此系统涵盖了风机的生产和安装，以及基本动力曲线检测和噪声检测，丹麦风电并网指南也从1998年开始生效。5．制定财政补贴及税收优惠政策财政补贴是国外风电强国推动风电产业发展的重要方式，一般有3种形式：一是投资补贴，即对风电投资者进行补贴；二是生产补贴，即根据风力发电量进行补贴，三是对消费者(即用户)进行补贴。如丹麦从1979年开始，为安装使用通过认证的风机提供资金，以补贴他们的安装成本，一开始政府给予30％的补贴，后来逐渐减少补贴比例，直至最后取消该补贴。同时，20世纪90年代初期，丹麦实施了风机扩容计划，即以新型和大容量的风机替代小型风机或者运行状况差的风机，并为这样的替代提供20%-40%的补贴；另外，丹麦对风电生产的补贴始于1981年，后来进行了修改，将其并入二氧化碳税补贴中。西班牙在2003年规定对风力发电发出的电，补贴0.026640欧元/KWh。德国也曾对风电制造商生产的每台机组提供不超过机组价格60％的资金补贴。税收政策是国外风电强国应用最多的推动风电产业发展的政策方式，包括所得税、营业税、关税优惠等。比如通过对整机或国内已具备生产能力的零部件征收高额进口关税，鼓励国内企业只进口本国不具备生产能力的关键零部件，为当地的风电制造商营造良好的市场发展空间。这些税收政策，使得更多的当地企业进入风电行业。如丹麦，从20世纪80年代初期到90年代中期，风力发电所得的收入都不征税。美国1978年通过的“公共事业管理法”规定，对包括风力发电等可再生能源的投资实行抵税政策，即风力发电投资总额的15％可以从当年联邦所得税中抵扣，同时风力发电形成的固定资产免交财产税；1992年，美国政府颁布的《能源法》规定，政府从鼓励装机转向鼓励多发电，由投资抵税变为发电量抵税，每千瓦时风力发电量抵税1.5美分，从投产之日起享受10年。6．及时创新政策支持方式在制定风电产业发展规划和各种激励政策时，国外风电强国大多综合考虑本国的风电市场及风电产业发展状况，注重根据风电产业不同发展阶段和面临的环境条件，及时调整原有政策并制定新的扶持政策。如随着风电产业的发展和电力市场的改革，丹麦从2003年起已实行可再生能源绿卡制度；同时，由于风电场选址日益困难，丹麦政府采取了一些激励措施以最大限度地发挥选址的潜力，包括要求地方政府提交风电场容量建议书、开展对已有风电场提高效率的研究、进行海上风电场的经济技术评价等。除以上支持政策外，国外在推动风电产业发展时还采取了如政府招标或特许权政策、设立风电机组本地化率、提供贷款等措施。4.2中国风电现存主要问题与挑战风电在我国能源结构中是重要的辅助能源，是节能减排和调整能源结构的重要手段之一，属于低品位能源；尤其是新储能技术和智能电网是支撑风电等间歇性能源大规模发展的有效调峰调频手段，可以满足对风电等间歇性能源调峰调频的需要。风电本身属于低品位能源，在缺少优质调峰资源支持的条件下，目前过快开发风电是不合理的。根据国家电网公司公布的智能电网计划，到2020年，我国将全面建成统一的“坚强智能电网”。相应的，随着风电等间歇性能源规模不断增大，电力系统对大规模储能技术的需要愈加迫切，将推动大规模储能技术加速成熟。同时，经过10年的努力，我国可以建立完备的风电产业化体系。预计风电发展将在2020年左右具备“两个转变”的条件，2020年之后风电将走上发展的快车道，到本世纪中叶成为我国能源结构中的支柱能源之一[7]。目前风电还只能是辅助能源，其经济性不高。相对于稳定出力的火、水、核等能源形式，风电只有电量效益，无法替代有效装机。要提高风电能源性价比，应着力构建较为完善的风电产业化体系，全面掌握风力资源详查与评估技术、风电整体设计技术、变流器及控制系统、风电并网技术、风电与其他发电方式互补技术、分布式开发利用技术等，力争使我国风电产业处于世界先进水平，大幅度降低开发成本，为风电未来的大发展打下坚实基础。2020年之前的10a，风电发展不应过分注重速度和规模，应将发展重点放在产业化体系建设以及智能电网建设和新储能技术研发上。风电开发应综合考虑我国经济的国际竞争力、能源结构调整和消纳市场、电网送出，以及电网安全性、经济性，来确定发展目标、开发时序，以需求容量定开发规模，以消纳方向引导电网建设。由于目前风电开发成本较高，电网建设还在进一步加强，建议风电发展规模年均保持在800万~1000万kW，加上截止到2010年底国内累计装机的3000万kW，即到2020年完成1.1亿~1.3亿kW装机，可以满足节能减排和能源结构调整的需要。待2020年之后风电具备大规模发展条件之后，再提升发展速度和规模，完全可以实现风电的最终目标。现阶段，风电尚未全面具备高品位和可替代性，但在一定范围内可以满足高品位，并实现部分替代。我国的风能资源具有分布不均衡的特点，风电开发可坚持“两条腿走路”。由于集中开发风电的代价会比较大，在资源富集地区可以做好规划，采取与其他能源打捆特高压电网远距离输电的模式；在风资源较差但电网相对成熟的地区，因系统调度调节能力强，风电开发具备技术可行性和经济合理性，满足高品位的条件，应采取就近消纳、直接接入配电网的分布式发电模式，使分散稀薄的风电资源得到高品位利用。同时，积极深入研究智能微电网技术，将分布式风电以微网的形式灵活可靠地接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，成为坚强智能电网的重要组成部分，实现局部性替代，使我国风电资源得以有效开发和合理利用。中国风电发展现状：风电装机容量快速增长。b.风电分布较为集中。中国风电发展存在的主要问题:a.系统调峰能力不足。b.跨大区电网互联规模小，不利于风电在更大范围内消纳。c.风电并网的相关政策法规不完善。4.3风电未来发展趋势将来风力发电技术将呈现以下发展态势。单机容量向大容量发展目前商业化主流机型都以MW级为主，单机容量可达5MW以上。美国、英国和丹麦等国正在研制10MW的巨型风力发电机。预计未来10年，将会有容量更大的巨型风力发电机面世。海上发电发展迅速相对于陆上风力发电，海上风力发电优势更为明显：发展空间几乎没有限制，可节约大量的土地资源；海上的风能资源远比陆上丰富，风速更高，发电量将显著提升；风切度小，可有效降低机组塔架高度，海上风电建设成本更低；海平面摩擦力小，作用在机组上的荷载小，机组使用寿命可长达50年；噪声、鸟类、景观以及电磁干扰等问题对海上风电影响小；对生态环境基本无影响，绿色环保。定桨矩、恒速恒频向变桨距、变速恒频发展高风速下，变桨距调节可维持输出功率稳定，有效减小机组承受的荷载，确保机组安全运行，延长机组使用年限；变速运行可使机组在风速改变时适时调整转速并保持最佳，可实现风能利用率最大，具有适应能力强、发电效率高以及运行费用低等诸多特点。双馈风电占主导，直驱式发展迅速双馈风力发电由于技术上的优势，仍是目前主流应用的风电机组类型，2009年全球新增风电机组中，双馈型风电机组占80%以上，以丹麦Vestas公司的V80、V90为代表的双馈型风电机组，在全球风电市场中所占的份额最大。无齿轮箱直驱式永磁风力发电机省去了齿轮箱、传动装置等部件，降低了系统的成本，大大减小了系统运行噪声，可靠性高，更便于维护。近些年直驱式风电发展迅速，2009年新增大型风电机组中，直驱式风电机组已超过17%。采用新的叶片技术要提高风电机组单机容量，通常采用延长叶片长度和提高塔架高度来实现，但对于巨型机而言，运输和安装的难度及成本将大幅增加，使风电机组容量进一步增大受到限制。因此，特殊叶片的开发和研制日益引起重视，分段式叶片技术是很好的选择，能较好地解决运输和安装的问题。新型风力发电机开发和研制前面提及的无刷交流双馈异步电机、开关磁阻发电机和高压发电机，相对于传统发电机具有明显的优势，从降低成本、提高可靠性以及便于维护而言，大力研制新型发电机也势在必行。优化结构设计、提高可靠性从商业化运行角度看，风力发电机组使用寿命偏低，为了最大限度产生经济效益，有必要使用更好的工艺、更先进的技术、更好的材料对机组结构及有关部件，如桨叶、发电机以及先进控制器等装置的设计进行优化和改进，如德国ENERCON公司在改进桨叶后，叶片的Cp值可达0.5以上，不仅降低了机组的重量和制造成本，系统的可靠性、发电效率与机组的使用寿命也提高了。新型电力电子技术的广泛使用电压源换流器高压直流输电(voltagesourceconverterhighvoltagedirectcurrent，VSC-HVDC)风电场并网技术。采用VSC-HVDC技术联网具有众多优势：各VSC可同时对有功和无功分别独立控制，控制方式灵活多变;采用该技术并网，电网间互不干扰，发送端的频率与接收端的相互独立，可靠性高；输电距离远；功率输送容量大且损耗低；黑暗启动能力强；VSC-HVDC采用全控型器件，可工作于无源逆变方式，VSC无需交流侧提供无功功率，甚至