王振宇

一、研究背景和意義

目前，由于環(huán)境的不斷惡化和化石資源的日益枯竭，清潔能源在如今的科技發(fā)展中起到了越來越關鍵的作用，大力發(fā)展風力發(fā)電是一個具有前景的選擇。風力發(fā)電是指把風的動能轉為電能的過程。風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電①。風電具有清潔，可再生并且含量大的特點，可以減小火力發(fā)電對環(huán)境的污染，減小化石資源開發(fā)及利用。在我國，風力發(fā)電機主要裝備在北部地區(qū)等風能資源豐富的地區(qū)，風機以1.5MW、2MW的機型為主，占全國80%以上的新增裝機容量②。

目前，我國已經成為全球風力發(fā)電規(guī)模最大、增長最快的市場。然而，我國風力發(fā)電行業(yè)，依然面臨著很嚴重的問題，我國風力資源豐富地區(qū)遠離負荷中心，需要遠距離輸電，但由于電網落后造成資源的大量浪費。我國風電機的容量較低，造成了風力資源和土地資源的浪費。我國大部分風機制造商通過購買國外的核心技術實現(xiàn)量產，核心技術缺乏、關鍵設備及材料依賴進口問題比較突出。風力發(fā)電本身非常具有發(fā)展前景，然而由于我國沒能找到合理方法，導致其發(fā)展滯后，棄風現(xiàn)象嚴重，使風力發(fā)電并沒有被我們很好的利用。因此本文期望能夠建立科學的數(shù)學模型，幫助我國尋找出適合我國風電發(fā)展的方案。本文采用層次分析法，分析最適合我國解決棄風問題的合理政策。在層次結構模型中，以科技發(fā)展、市場結構、節(jié)能環(huán)保、政府補貼為準則層，以德國、美國、西班牙和丹麥的發(fā)展經驗為方案層，來評價哪些策略最適合解決我國的棄風問題，從而為解決我國棄風問題提建議，為促進我國風電發(fā)展提供新的方案。

二、我國棄風限電現(xiàn)象背后的幾大原因

我國目前棄風現(xiàn)象嚴重，2017年棄風電量295.5億千瓦時，我國棄風比例遠遠超出典型國家的3%以下的棄風限電率。從所遇到的實際問題分析，其主要原因如下：

三、風電技術發(fā)達國家的發(fā)展經驗

本文借鑒風電大國的發(fā)展經驗，選擇德國、美國、西班牙和丹麥這四個國家。其發(fā)展經驗各具特色，具有參考價值，有助于本文分析。其具體內容如下：

圖1 層次結構模型

四、基于層次分析法綜合分析我國風電發(fā)展重點方向

1.建立層次結構模型

以解決我國風電棄風限電問題為目標層A1，以科技發(fā)展C1、市場結構C2、節(jié)能環(huán)保C3、政府補貼C4、為準則層，以德國經驗P1、美國經驗P2、西班牙經驗P3、丹麥經驗P4為方案層。層次結構分析，如圖1所示。

2.構造兩兩比較判斷矩陣

目標層與準則層的判斷矩陣為：

準則層與方案層之間的判斷矩陣為：

3.特征根法計算權重

求判斷矩陣的最大特征根λmax及其對應的特征向量ω，將歸一化后的特征向量作為排序權重向量：

4.模型檢驗

在構造比較矩陣時，只要求比較矩陣滿足一定的一致性，即可以允許比較矩陣存在一定程度的不一致性，所以要進行一致性檢驗。查找相應的平均隨機一致性指標RI，得到四階RI=0.9。計算衡量對比矩陣不一致程度的指標CI如下所示，其中λ為矩陣的最大特征值：

從而，計算一致性比率：

上述一致性比率CR均小于0.1，可以判斷矩陣具有滿意的一致性，即證明模型是合理的，結果具有可信度。

5.計算各層元素對目標層的總排序權重

計算結果定性和定量相結合地比較了四個國家的風電發(fā)展經驗對我國解決棄風問題的有效性。在解決我國棄風問題的經驗中，德國經驗的權值為0.204、美國經驗的權值為0.232、西班牙經驗的權值為0.211、丹麥經驗的權值為0.354。其中丹麥的權值最高，方案最有效。德國，美國，西班牙的權值相差不大。所以在提建議時，丹麥的經驗最有借鑒意義，其余三個國家可作為參考。

五、基于分析結果對于我國棄風限電問題提出改進建議

通過層次分析法，我們可以看出哪些方法適合我國風電的發(fā)展。因此，本節(jié)基于上一節(jié)得出的結論，提出有助于解決我國棄風問題的建議。

（1）大力發(fā)展相關科學技術，加大對科技研發(fā)方面的投資，培養(yǎng)風電方面的人才。增強我國風電機組的水平，增強風電機的容量，更加高效的利用風電，增強土地的利用率、增強在并網和調峰等方面的技術，從此減少在風電運輸時所產生的資源浪費，這樣可以在根源處提高對風電的利用，減少棄風問題。

（2）應該加大發(fā)展海上風電。我國沿海地區(qū)風力資源較為豐富，適合發(fā)展風力發(fā)電。海上風電可以減少我國陸地資源的使用?？梢允刮覈睾０l(fā)達地區(qū)使用海上風電，從而減少對內陸地區(qū)風電的依賴，減小風電的運輸距離，減小資源虧損。

（3）我國政府應加大對風電市場的干預，調節(jié)市場結構。要增強對風電的利用，鼓勵企業(yè)使用風電，減少使用火電。政府為使用風電的企業(yè)加以補助，從而避免我國風電的大量浪費。我國還應讓風電企業(yè)放緩裝機速度，提高風電質量，使其更加高效地被利用。減小我國風電供大于求的現(xiàn)狀。

（4）我國應制定合理的長遠目標，并且為不同的風電企業(yè)制定不同的目標，并給予按時完成目標的企業(yè)以獎勵。這樣可以促進企業(yè)發(fā)展風電的積極性，使我國風電行業(yè)產生良好的風氣。

本章在推動科技發(fā)展加大教育投資、實行海上風電、政府干預調節(jié)風電市場、制定合理發(fā)展目標四個方面為我國解決棄風問題提供了針對性建議，希望為我國解決棄風問題和我國風電的發(fā)展提供新的思路，推動我國風電事業(yè)的發(fā)展。

六、總結

本文首先介紹我國風能利用的基本情況，具體敘述了風力發(fā)電的原理及其優(yōu)點、我國的風力資源分布、技術及其市場結構以及我國風電的大致問題，從而分析了我國棄風的具體表現(xiàn)在技術、資源、市場結構以及政策方面的原因。文章調研德國、美國、西班牙、丹麥的風電發(fā)展經驗，從而使用層次分析法分析哪些政策最適合于我國風電的發(fā)展，減少我國的棄風問題。最后為解決我國的問題提出合理的建議，包括推動我國科技發(fā)展加大教育投資、實行海上風電、政府干預調節(jié)我國的風電市場、制定發(fā)展目標。本文所提出的建議具有合理性和針對性，希望為我國解決棄風問題和我國風電的發(fā)展提供新的思路。

本文采用層次分析法綜合考慮科技發(fā)展，市場結構，節(jié)能環(huán)保，政府補貼四個準則，定量分析每個因素對方案的影響程度，從而制定出適合我國解決棄風問題的方案，定性研究和定量計算相結合，使結論更具說服力。

引文

①徐洪亮,李強.風力發(fā)電原理及前景概述[J].民營科技,2016(12):14.

②周超,朱熀秋,魏杰,周令康,黃振躍.我國風力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀和問題分析[J].能源研究與信息,2012,28(02):69-75.

③李成良.風機葉片結構分析與優(yōu)化設計[D].武漢理工大學,2008.

④董亮.天能重工上市后業(yè)績連續(xù)承壓[N].北京商報,2017-08-14(006).

⑤呂俊昌,楊小東,沈又幸.德國風電發(fā)展策略研究及對我國的借鑒[J].陜西電力,2007(11):40-43.

⑥劉林,尹明,楊方,關朋.德國海上風電發(fā)展分析及啟示[J].能源技術經濟,2011,23(08):47-52.

⑦要立榮.美國風電發(fā)展經驗及啟示[J].科技促進發(fā)展,2011(09):94-96.

⑧周原冰,王乾坤,方彤,張運洲,宋衛(wèi)東.西班牙風電發(fā)展的經驗與啟示[J].能源技術經濟,2010,22(04):9-14.

⑨沈又幸,郭玲麗,曾鳴.丹麥風電發(fā)展經驗及對我國的借鑒[J].華東電力,2008,36(11):153-157.

⑩威廉?斯蒂爾,張玥.丹麥風電發(fā)展的前景[J].風能,2015(12):48-50.