中国风力发电的发展现状及未来前景

中国风电发展现状及前景前言随着能源与环境问题的日益突出，世界各国正在把更多目光投向可再生能源，其中风能因其自身优势，作为可再生能源的重要类别，在地球上是最古老、最重要的能源之一，具有巨大蕴藏量、可再生、分布广、无污染的特性，成为全球普遍欢迎的清洁能源，风力发电成为目前最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式。风，来无影、去无踪，是无污染、可再生能源。一台单机容量为1兆瓦的风电装机与同容量火电装机相比，每年可减排2000吨二氧化碳、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。随着《可再生能源法》的颁布，中国已把风能利用放在重要位置。国内外风电市场现状国外风机发展现状随着世界各国对环境问题认识的不断深入，可再生能源综合利用的技术也在不断发展。在各国政府制订的相应政策支持和推动下，风力发电产业也在高速发展。截至2011年底，世界风电装机量达到237669MW，新增装机量43279MW，增长率22.3%，增速与2010年持平，低于2009年32%的增速。由表一，可以看出中国风电装机量62364MW，远远超过世界其他各国装机量，而德国依然是欧洲装机量最多的国家。从图表三中，很明显的看出，从2001年到2004年，风电装机增速是在下降的，2004年到2009年风电有处于一个快速发展期，直到近两年风电装机的增速又降为22%左右，可见风电的发展正处在一个由快速扩张到技术提升的阶段。图表SEQ图表\*ARABIC1世界风电装机总量图图表SEQ图表\*ARABIC2世界近10年新增装机量示意图图表SEQ图表\*ARABIC3世界风电每年装机量增速

2011年底世界装机总量装机（MW）比例（%）中国6236426.2美国4691919.7德国2906012.2西班牙216749.1印度160846.8法国68002.9意大利67372.8英国65402.7加拿大52652.2葡萄牙40831.7其他3214313.5前十名总计2052686.5全球总计2376691002011年新增风机装机量装机（MW）比例（%）中国1763143美国681017印度30197德国20685英国12933.2加拿大12673.1西班牙10502.6意大利9502.3法国8302瑞典7631.9其他486512前十名总计3569988全球总计40564100图表SEQ图表\*ARABIC4总装机量各国所占份额图表SEQ图表\*ARABIC52011年新增装机量各国所占份额国内风电发展现状中国的风电产业更是突飞猛进：2009年当年的装机容量已超过欧洲各国，名列世界第二。2010年将新增1892.7万kW，超越美国，成为世界第一。2011年装机总量到达惊人的62364MW。在图6中可以看出，中国风电正经历一个跨越式发展，这对世界风电的发展起到了至关重要的作用。然而，图8中，我们能够清楚的看出自2007年以后，虽然新增装机量很大，但增速却明显下降，而其他国家，比如美国、德国，这些年维持着一个稳定的增速。由此，我们应该意识到，我国风电，尤其是陆上风电，正在进入一个转型期，从发展期进入成熟期，从量的追求进入到对质的提升。图表SEQ图表\*ARABIC6中国每年风电装机量示意图图表SEQ图表\*ARABIC7中国每年风电新增装机量图表SEQ图表\*ARABIC8每年装机量增速示意图风电技术概况风力发电原理风力发电,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风车技术,大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度),便可以开始发电,我们把风的动能转变成机械能,再把机械能转化为电能,这就是风力发电。风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。(大型风力发电站基本上没有尾舵,一般只有小型(包括家用型)才会拥有尾舵)风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。(现在还有一些垂直风轮,s型旋转叶片等,其作用也与常规螺旋桨型叶片相同)。由于风轮的转速比较低,而且风力的大小和方向经常变化着,这又使转速不稳定;所以,在带动发电机之前,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,再加一个调速机构使转速保持稳定,然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率,还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高,为的是获得较大的和较均匀的风力,又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况,以及风轮的直径大小而定,一般在6-20米范围内。发电机的作用,是把由风轮得到的恒定转速,通过升速传递给发电机构均匀运转,因而把机械能转变为电能。我国风能资源分布中国10m高度层的风能资源总储量为32.26亿kW，其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿kW。东南沿海及其附近岛屿是风能资源丰富地区，有效风能密度大于或等于200W/m2的等值线平行于海岸线；沿海岛屿有效风能密度在300W/m2以上，全年中风速大于或等于3m/s的时数约为7000～8000h，大于或等于6m/s的时数为4000h。新疆北部、内蒙古、甘肃北部也是中国风能资源丰富地区，有效风能密度为200～300W/m2，全年中风速大于或等于3m/s的时数为5000h以上，全年中风速大于或等于6m/s的时数为3000h以上。黑龙江、吉林东部、河北北部及辽东半岛的风能资源也较好，有效风能密度在200W/m2以上，全年中风速大于和等于3m/s的时数为5000h，全年中风速大于和等于6m/s的时数为3000h。青藏高原北部有效风能密度在150～200W/m2之间，全年风速大于和等于3m/s的时数为4000～5000h，全年风速大于和等于6m/s的时数为3000h；但青藏高原海拔高、空气密度小，所以有效风能密度也较低。云南、贵州、四川、甘肃、陕西南部、河南、湖南西部、福建、广东、广西的山区及新疆塔里木盆地和西藏的雅鲁藏布江，为风能资源贫乏地区，有效风能密度在50W/m2以下，全年中风速大于和等于3m/s的时数在2000h以全年中风速大于和等于6m/s的时数在150h以下，风能潜力很低。图表SEQ图表\*ARABIC9我国风资源分布图风电运行特点风电出力具有随机性、间歇性。风电出力有时与电网负荷呈现明显的反调节特性。受气象因素影响，风电出力日间可能波动很大。极端情况下，风电出力可能在0-100%范围内变化。风电年利用小时数偏低。风电功率调节能力差。风电发展中遇到的问题首先是风电消纳难的问题。据不完全统计，2011年全国弃风超过100亿千瓦时，东北和西北的部分省区弃风都超过20%。风电的消纳问题已经成为我国风电发展的最大障碍。然而，从国内外的实际情况看，10%，15%，20%等人们反复“预言”的电网消纳风电的上限已经被现实证明都可以突破。丹麦风电已经连续几年在全年电量中占比超过20%。在与中国风电开发模式类似的西班牙，2011年全年风电占比也达到16%。我国也有非常好的例子：截至3月底，蒙西电网风电总装机为890万千瓦，占全网总装机的21.32%，已经成为第二大主力电源。从今年3月29日开始，连续16天日平均上网电量超过蒙西电网总供电量的25%，短时间超过30%，且电网运行稳定。国外很多研究也表明：电网能够接纳大比例的风电，制度和市场机制才是关键。我们面临的接纳难题，也同样要通过建立健全市场化的电力体制，并通过利益调整，鼓励和引导电力系统所有参与者发展可再生能源的积极性，充分挖掘潜力，才能得到根本性解决。

其次是风电产业的可持续发展问题。行业的健康可持续发展需要一定的市场规模作支撑。在国家政策层面，对新能源和可再生能源的支持力度有增无减。在实施中，政府所审批的项目数量，每年新增约1500万千瓦，足可以支撑行业发展。

项目数量并未减少，但项目因种种原因而延缓开工。导致这一问题的主要原因，是电网检测要求对风电场并网和新项目开工的影响。由于国内低电压穿越检测资源紧缺、检测周期长，风电并网检测工作进展缓慢，导致大设备制造企业和完成相关改造的风电场需要排队等待检测的情况。如果这种情况持续下去，必将影响行业正常发展。坚持实事求是、多方参与原则，制定科学合理和适度的标准，增强相关能力建设，是解决这一问题的根本途径。

资金紧张是导致项目开工延缓的又一原因。2011年，银行调高存款准备金率，导致企业贷款困难。加之煤炭价格暴涨，作为风电开发投资主力军的五大发电集团，亏损严重，被迫减少风电投资。此番情况与并网问题叠加，严重影响了风电场工程建设进度。解决这些问题既要仰仗国家宏观政策的调整,又要拓宽风电行业投资渠道，鼓励投资主体多元化。关于过度竞争问题原则上讲，一个市场化的产业，过度竞争可以加速淘汰缺乏竞争力的企业，使技术先进、质量过硬、服务优质的企业脱颖而出，从而进一步提高产业集中度，最终促进行业的良性发展。但是，我们所谓的“过度竞争”好像并未起到优胜劣汰的作用，其实质是“竞争不足”造成的一种无效竞争状态。导致上述结果的原因有四：一是市场机制不够健全，设备招标采购等环节缺乏应有的公平、公正、公开。一些关联交易也阻碍了公平竞争;二是质量信息透明度不够，信息不对称，市场缺乏甄别依据，导致劣币驱除良币;三是风电作为战略性新兴产业成为被政绩和利润追逐的热点，尤其为具有强大的金融、土地、政策等资源优势的央企所青睐，大量非市场化因素的侵入使得行业内公平竞争失效;四是地方政府以“资源换产业”的地方保护主义，致使企业产能无奈地“被扩张”，更使一些效率不高的企业可以“偏安一隅”，在非开放性竞争环境中得以长期生存。亟待解决的技术问题低点穿越技术近年来风机脱网事故的频发，让低电压穿越技术成为风电行业的热点，电监会因此要求风电机组必须具备低电压穿越能力，这使得整机企业不得不在每台风机上增加十几万至几十万不等的改造成本。对于恒速风电机组，在配备快速无功补偿装置情况下具有低电压穿越能力。对于双馈变速和永磁直驱风电机组，可通过自身的控制系统实现低电压穿越能力。我国并网风电机组中双馈变速风电机组约占60%，恒速风电机组约占30%，其他约占10%，由于未配备快速无功补偿装置或相应控制系统（我国没有这方面的要求）均不具备低电压穿越能力。但低电压穿越不仅仅是一个技术问题，而是一个综合问题。低电压穿越是对风机整体和风电场的要求，不能片面的理解为对单个风机或者是风机特定部件的要求，作为风机主机厂家，应全面客观的理解低电压穿越要求，从风机整体考虑去满足电网导则的要求。为了适应中国风电设备开发和检测的要求，中国在张北地区建设了一个国家能源大型风电并网系统研发(实验)中心，截止到2011年10月中旬，一共完成了十四个机型的风电机组低电压检测。海上风电技术在海上建设风电场，所需风电设备的技术含量要大大超过陆上风电。我国的风机制造企业，由于起步较晚，技术水平相比国外普遍落后，目前国内企业制造的大型风机，存在着稳定性不足的问题，而海上风机的修理时间较长，且成本非常高，这样也间接推高了海上风电场的投资成本。在经营风险较大的情况下，一些企业对海上风电领域内的投资采取了观望的态度。除了风机技术外，输电技术也是制约海上风电开发的关键技术。要想解决海上风电的并网问题，我国需建设安全、稳定和高效运行的智能电网。海洋工程技术在海上风电的开发过程中，同样是不可缺少的关键技术。海上风电设备研制和风电场的建设可以说是海洋工程装备设计研发的一个重要领域，或者说是海洋工程装备的重要拓展领域。目前海上风电场大都位于水深20m左右的近海海域，采用固基的着底式风电机塔。今后将逐步向水深100m甚至几百米的海域发展，浮基海上风电场将是一种经济性和实用性兼顾的重要发展方向。成本问题。建设海上风电场的前期项目多。技术人员不仅要在海上竖起70米~100米高的测风塔测量风速，而且要开展地质勘探工作，详细了解海底地形。在建设风电场时，技术人员要面对中、深海域和潮间带海域复杂的自然环境。目前，我国陆地风电项目造价平均在8000元/千瓦，海上风电项目造价在2万元/千瓦。由于成本过高，现阶段海上风电的收益较低也是影响其发展速度的一个重要因素。目前国内海上风电的标杆上网电价还未出台，海上风电的上网电价还采取的是一事一议的特许权招标方式，而在海上风电项目特许权招标过程中，企业间的竞相压价大大压缩了最后中标企业的获利空间，这也导致了一些中标企业迟迟未能进行海上风电场建设。规范化体系建立目前国内的风电制造行业中，对于整机设计及部件的检测技术、检测手段等，主要采用欧洲的标准。由于欧洲的环境条件与中国的差异较大，因此亟待建立符合中国国情的标准规范体系。另外，国内的认证机构也需进一步建立、健全和壮大，深入研究从风机整机设计，到变桨系统、偏航系统、