周長泉

摘要：論述了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上指出了我國在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中存在的不足，并提出了相關(guān)的解決建議，以此來更有效地開發(fā)利用風(fēng)能資源，這對提高風(fēng)力發(fā)電效率、降低成本、增強(qiáng)環(huán)保意識以及緩解能源壓力等方面具有十分重要的意義。展望了我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展前景。

Abstract： This paper expounds the present development situation of wind turbines， points out the problems existed in the wind turbines industry in China， and puts forward relevant proposals， in order to realize more effective development and utilization of wind energy resources， which has very important significance to improve the efficiency of wind power generation， reduce costs， enhance the awareness of environmental protection and ease the pressure of energy. This paper also prospects for the development of wind power industry in China.

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；風(fēng)能；發(fā)展；前景

Key words： wind turbines；wind energy；development；prospect

中圖分類號：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）31-0146-03

0 引言

目前，能源和環(huán)境是人類生存和發(fā)展所面臨的兩大危機(jī)。隨著能源可持續(xù)發(fā)展的需要、技術(shù)的進(jìn)步、環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)以及相關(guān)政策的提出，在正常開發(fā)利用常規(guī)能源的同時(shí)，應(yīng)更加注重開發(fā)利用對生態(tài)環(huán)境有利的如風(fēng)能、太陽能等新能源。據(jù)專家估計(jì)，全世界風(fēng)能資源總量為每年2萬億kW，換言之，僅1%的地面風(fēng)力就能滿足全世界對能源的需求。由于地球上風(fēng)能資源極其充足，是一種取之不竭、清潔無污染的可再生能源，且風(fēng)力發(fā)電建設(shè)周期短，投資靈活，具有建好的經(jīng)濟(jì)和社會效益等優(yōu)點(diǎn)，風(fēng)能的開發(fā)利用廣泛被世界各國政府的青睞。同時(shí)，因風(fēng)能的利用方式除了風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水外，還有風(fēng)力制熱、風(fēng)帆助航等。因此，風(fēng)能的開發(fā)利用對世界各國的科技工作者具有極強(qiáng)的吸引力，從而吸引了世界諸多科學(xué)家積極投身于風(fēng)能利用方面的研究。

1 風(fēng)能的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 風(fēng)能在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀

風(fēng)能作為一種綠色無污染的新能源，越來越受到政府的高度重視[1]，也將成為人類未來主要的能源資源。我國風(fēng)能資源豐富，擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，在陸地面積10米高度層風(fēng)能的理論可開發(fā)量為32×108kW，實(shí)際可開發(fā)量約2.53×108kW，居全球首位[2]。風(fēng)能資源量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過可開發(fā)利用的水能資源，具備風(fēng)力發(fā)電大規(guī)模發(fā)展的資源優(yōu)勢。據(jù)測算，至2030年，可用于發(fā)電的水資源將消耗殆盡，風(fēng)能作為一種清潔無污染的可再生能源將成為國內(nèi)主要能源之一。

20世紀(jì)80年代初，我國一些具有敏銳洞察力的科學(xué)家和商界人士開始將眼光投入到風(fēng)力發(fā)電，企圖在這一領(lǐng)域開辟價(jià)值，創(chuàng)造商機(jī)，從此風(fēng)電產(chǎn)業(yè)步入我國商業(yè)和科研領(lǐng)域。面對能源短缺的巨大壓力，上世紀(jì)90年代中后期，在眾多科研工作者的不懈努力下，風(fēng)力發(fā)電在我國逐漸實(shí)現(xiàn)了快速而穩(wěn)定的發(fā)展。黨中央和國家發(fā)展改革委員會對我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展也格外關(guān)心，給與了大力支持，在2005年2月底，中華人民共和國十屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第十四次會議頒布了《中華人民共和國可再生能源法》。該法案的制定為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會、資源的可持續(xù)發(fā)展提供了政策支持和法律保護(hù)。2006年下半年，黨中央制定了一個(gè)節(jié)約資源、造福人民的可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，即2010年以后，每年由可再生能源產(chǎn)生的電量不低于全國一年總耗電量的5%，2020年以后，每年可再生能源的發(fā)電量不低于全國總耗電量的10%。為了響應(yīng)黨中央和國家發(fā)改委的大力支持，加快實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，全社會共同努力，10年之間已經(jīng)取得了鼓舞人心的成績。

1.1.1 總體裝機(jī)情況

截止2015年，中國風(fēng)電裝機(jī)量再創(chuàng)新高。全國（除臺灣地區(qū)外）新增安裝風(fēng)電機(jī)組16740臺，新增裝機(jī)容量30753MW，同比增長32.6%；累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組92981臺，累計(jì)裝機(jī)容量145362MW，同比增長26.8%[3]。2005年至2015年中國新增和累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量如圖1。

1.1.2 區(qū)域裝機(jī)情況

截止2015年，我國六大區(qū)域的風(fēng)電新增裝機(jī)容量均保持增長態(tài)勢，西北地區(qū)依舊是新增裝機(jī)容量最多的地區(qū)，超過11GW，占總裝機(jī)容量的38%；其他地區(qū)均在10GW以下，所占比例分別為華北地區(qū)（20%）、西南（14%）、華東（13%）、中南（9%）、東北（6%）。與2014年相比，西南地區(qū)同比增長幅度最大為91%，其次為中南地區(qū)同比增長為37%，東北地區(qū)同比增長35%，西北同比增長27%，華北地區(qū)和華東地區(qū)同比增長分別為22%和20%。2015年，我國各?。▍^(qū)、市）風(fēng)電新增裝機(jī)容量較多的省份為新疆、內(nèi)蒙古、云南、寧夏和甘肅，占全國新增裝機(jī)容量的53.3%。2015年，我國各?。▍^(qū)、市）風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量較多的省份分別為內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、河北、山東，占全國累計(jì)裝機(jī)容量的51.7%[3]。2005年至2015年中國各區(qū)域新增和累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量如圖2。

1.1.3 海上裝機(jī)情況

2015年，中國海上風(fēng)電新增裝機(jī)100臺，容量達(dá)到360.5MW，同比增長58.4%。其中，潮間帶裝機(jī)58臺，容量181.5MW，占海上風(fēng)電新增裝機(jī)總量的50.35%；其余49.65%為近海項(xiàng)目，裝機(jī)42臺，容量179MW。截至2015年底，中國已建成的海上風(fēng)電項(xiàng)目裝機(jī)容量共計(jì)1014.68MW。其中，潮間帶累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到611.98MW，占海上裝機(jī)容量的60.31%，近海風(fēng)電裝機(jī)容量402.7MW占39.69%；在所有吊裝的海上風(fēng)電機(jī)組中，單機(jī)容量為4MW機(jī)組最多，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到352MW，占海上裝機(jī)容量的34.69%，其次是2.5MW機(jī)組，裝機(jī)容量占18.48%，3MW裝機(jī)容量占比為17.74%，其余不同功率風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量占比均不到10%，目前單機(jī)容量最大的是6MW機(jī)組[3]。2008年至2015年中國海上新增和累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量如圖3。

在過去30多年時(shí)間里，風(fēng)力發(fā)電在我國歷經(jīng)了一個(gè)探索、快速發(fā)展和蓬勃發(fā)展的過程。我國風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)近年來也獲得了飛速的發(fā)展，我國目前是風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量最大的國家之一，而我國的風(fēng)能資源儲量異常豐富，具有極大的開發(fā)潛力，風(fēng)能將成為未來我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人類賴以生存的主要能源之一。近年來，國內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電發(fā)展得如火如荼，不經(jīng)意間已經(jīng)形成一個(gè)龐大的市場，獨(dú)占了一個(gè)領(lǐng)域。國家發(fā)展與改革委員會針對風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀制定了短期目標(biāo)，到2017年底，我國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繉⒃黾拥?50000 MW，至2020年底，再增長一倍，達(dá)到300000MW[4]。

1.2 風(fēng)能在國外的發(fā)展現(xiàn)狀

風(fēng)能作為未來能源供應(yīng)的主要來源之一，上世紀(jì)70年代開始，受到世界各國的普遍重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至上世紀(jì)末，全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繛?3900MW，到2000年新增了3700MW；2001年是風(fēng)力發(fā)電在世界起步以來全球裝機(jī)總?cè)萘吭鲩L最快的一年，這一年新增風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繛?500MW，使得全世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到24000MW，總電量銷售價(jià)值高達(dá)70億美元。德國、美國、西班牙、印度和丹麥等風(fēng)力發(fā)電起步早，風(fēng)力發(fā)電發(fā)展速度快的國家每年全國總耗電量的10%～25%都是由風(fēng)力發(fā)電所提供，且這個(gè)比例還在繼續(xù)增長。

截止2013年底，歐盟累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到140GW，其中海上風(fēng)電裝機(jī)容量有13GW。歐洲風(fēng)能協(xié)會（EWEA）根據(jù)目前風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r估計(jì)，到2020年底，歐盟將有210GW的風(fēng)電裝機(jī)容量，2030年將增加到350GW。按這樣的發(fā)展速度，到2020年，風(fēng)力發(fā)電量將提供歐盟每年電力需求量的14%，至2030年，這個(gè)比例將增加到20%[5]。至2015年底，美國的累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到75GW，風(fēng)力發(fā)電量能夠提供全國電力需求量的4.7%[6]。全球2001年至2013年年度新增風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4。

2 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展中存在的不足

風(fēng)能是一種取之不竭、清潔無污染的新能源，也是一種技術(shù)比較成熟、很有開發(fā)利用前景的可再生能源之一。在風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展、前景日益廣闊的情況下，風(fēng)力發(fā)電在發(fā)展過程中也存在著很多不足。

2.1 風(fēng)能資源的利用有區(qū)域限制

風(fēng)能是低密度能源，具有不穩(wěn)定性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，目前的風(fēng)力發(fā)電主要應(yīng)用于風(fēng)能密度大的高風(fēng)速強(qiáng)風(fēng)地帶。該地帶發(fā)電效益顯著，但由于該地帶風(fēng)力強(qiáng)勁，給風(fēng)力發(fā)電事業(yè)發(fā)展中的發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)和維護(hù)等帶來了很多困擾。同時(shí)，對于如何在中低風(fēng)速帶、弱風(fēng)速帶以及一些地勢復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電的問題，需要做大量研究。

2.2 風(fēng)力發(fā)電的可靠性有待提升

由于風(fēng)的間歇性、風(fēng)速和風(fēng)向的多變性，風(fēng)力發(fā)電投資成本高，以及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備并不能保證全年發(fā)電和滿額發(fā)電等因素，不僅使得風(fēng)力發(fā)電的可靠性受到質(zhì)疑，而且對于經(jīng)濟(jì)實(shí)力相對較弱的地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電不能很好地進(jìn)行推廣。

2.3 風(fēng)力發(fā)電的成本較高

由于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)仍存在一些不足，使得在風(fēng)電場運(yùn)行的許多風(fēng)力發(fā)電機(jī)組頻繁出現(xiàn)故障，因維護(hù)費(fèi)高昂和維修工作異常艱難，也造成了風(fēng)力發(fā)電成本高和效率低的現(xiàn)狀。

2.4 風(fēng)能資源數(shù)量不清

目前風(fēng)能資源的評估主要是利用10m高度層處的測定資料，在此高度層處獲得的風(fēng)能資源不能使得風(fēng)電場全年發(fā)電或滿額發(fā)電。因此，有必要進(jìn)一步展開風(fēng)能資源的調(diào)研與評測。

2.5 風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)電壓有一定的影響

由于風(fēng)力發(fā)電的有功功率，通常會使得電壓升高，而無功功率的消耗，又會引起電壓的降低。而因風(fēng)能的間歇性等因素，造成風(fēng)力發(fā)電常在有功功率與無功功率之間轉(zhuǎn)化，即電網(wǎng)電壓的閃變，從而風(fēng)力發(fā)電對并網(wǎng)電能的品質(zhì)造成一定的影響。因此，隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的逐年增加，有必要認(rèn)真考慮電網(wǎng)規(guī)劃與調(diào)度。

3 解決風(fēng)力發(fā)電中不足的建議

①對于處在高風(fēng)速強(qiáng)風(fēng)地帶的風(fēng)電項(xiàng)目，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率調(diào)節(jié)方式不斷進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的最大化和延長風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用壽命；對于處在中低風(fēng)速或弱風(fēng)速帶的風(fēng)電項(xiàng)目，可調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片長度的風(fēng)塔的高度，使其長度和高度最優(yōu)合理化，實(shí)現(xiàn)該地帶風(fēng)能的最大化利用。

②為進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電效率、降低成本、改善風(fēng)電質(zhì)量、提高風(fēng)電可靠性以及提高風(fēng)能利用率，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)向增大機(jī)組容量、優(yōu)化功率調(diào)節(jié)方式、運(yùn)行智能化、變速運(yùn)行等方向發(fā)展。

③加強(qiáng)風(fēng)電場的建設(shè)管理，加大風(fēng)能資源的勘察和調(diào)研，確保開發(fā)利用的風(fēng)能資源質(zhì)量，從而保證風(fēng)力發(fā)電的質(zhì)量與數(shù)量；并且合理選擇風(fēng)電場的位置，以及根據(jù)不同的條件選擇合適的風(fēng)機(jī)裝機(jī)點(diǎn)和型號。

④提高風(fēng)電發(fā)展的戰(zhàn)略意識，制定正確的戰(zhàn)略規(guī)劃、有效的激勵(lì)制度和扶持優(yōu)惠政策，以及加強(qiáng)風(fēng)電發(fā)展的宣傳力度。同時(shí)，加強(qiáng)風(fēng)能資源的開發(fā)利用的理論研究和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷創(chuàng)新。

4 風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展前景

隨著能源短缺壓力的日益增加、可持續(xù)發(fā)展的需要和環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)以及相關(guān)政策的提出，開發(fā)利用新能源已成為一種必然的趨勢。風(fēng)能作為一種清潔無污染的可再生能源，隨著可再生能源法的實(shí)施，我國的風(fēng)能利用已步入了快速發(fā)展的階段，不論世界風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造商還是投資者都紛紛看好中國的風(fēng)力發(fā)電市場。因此，無論從我國豐富的風(fēng)能資源和新型能源的需求來看，還是從環(huán)境保護(hù)和政策規(guī)定方面出發(fā)，我國都應(yīng)該加快風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展。通過進(jìn)行大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電開發(fā)和建設(shè)，不斷對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)，不僅有利于實(shí)現(xiàn)風(fēng)能資源的最大化利用，而且有助于不斷提升國民經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。同時(shí)，從以下兩方面也體現(xiàn)了我國風(fēng)力發(fā)電行業(yè)具有大好的發(fā)展前景以及發(fā)展風(fēng)力發(fā)電行業(yè)已是必然趨勢：

①隨著廣大農(nóng)民生活水平的不斷提高，用電量將會不斷增加，并且廣大農(nóng)民都深切希望用電能連續(xù)不斷。因此，隨著用電量的增加，能源的需求量將大大增加，風(fēng)能作為清潔無污染的可再生能源，其開發(fā)利用的程度將會不斷加大。

②隨著我國《可再生能源法》以及環(huán)保等其他法規(guī)政策的制定，會伴隨著諸多措施和優(yōu)惠福利等相關(guān)政策的提出，這也將有助于提高風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的生產(chǎn)積極性，不斷促進(jìn)風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展。

因此，不管是從能源的需求來看，還是從環(huán)保和其他相關(guān)政策的角度出發(fā)，風(fēng)能的開發(fā)利用都將是我國重點(diǎn)建設(shè)的行業(yè)，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)都會有廣闊的發(fā)展前景。同時(shí)，合理有效的開發(fā)利用風(fēng)能資源，這不僅對提高風(fēng)力發(fā)電效率、降低成本和促進(jìn)風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義，對我國的環(huán)境保護(hù)、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和緩解能源壓力等方面也有重大貢獻(xiàn)。

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