新闻中心
你的位置:主页 > 新闻中心 >

在地球上是最古老、 最重要的能源之一

作者:亚美国际 发布时间:2020-05-12 01:57 点击:

  中国风力发电的发展现状及未来前景要点_其它_职业教育_教育专区。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

  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。 一、 国内外风电市场现状 1. 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 1 世界风电装机总量图 图表 2 世界近 10 年新增装机量示意图 2 图表 3 世界风电每年装机量增速 3 2011 年底世界装机总量 装机(MW) 比例 (%) 中国 62364 26.2 美国 46919 19.7 德国 29060 12.2 西班牙 21674 9.1 印度 16084 6.8 法国 6800 2.9 意大利 6737 2.8 英国 6540 2.7 加拿大 5265 2.2 葡萄牙 4083 1.7 其他 32143 13.5 前十名总计 20526 86.5 全球总计 237669 100 2011 年新增风机装机量 装机(MW) 比例(%) 中国 17631 43 美国 6810 17 印度 3019 7 德国 2068 5 英国 1293 3.2 加拿大 1267 3.1 西班牙 1050 2.6 意大利 950 2.3 法国 830 2 瑞典 763 1.9 其他 4865 12 前十名总计 35699 88 全球总计 40564 100 图表 4 总装机量各国所占份额 4 图表 5 2011 年新增装机量各国所占份额 2. 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 6 中国每年风电装机量示意图 5 图表 7 中国每年风电新增装机量 图表 8 每年装机量增速示意图 二、 风电技术概况 1. 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 6 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。 2. 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。 7 图表 9 我国风资源分布图 3. 风电运行特点 (1) 风电出力具有随机性、间歇性。 (2) 风电出力有时与电网负荷呈现明显的反调节特性。 (3) 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。 (4) 风电年利用小时数偏低。 (5) 风电功率调节能力差。 三、 风电发展中遇到的问题 1. 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。 2. 其次是风电产业的可持续发展问题。 8 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。 3. 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。 4. 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。 四、 亟待解决的技术问题 1. 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。 9 2. 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。 3. 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、液压系统、变流器、制 动系统、电气系统、冷却系统等部套系统功能的检测技术及标准。 4. 风电并网控制方法 风能是用之不尽取之不竭的绿色能源,但并网技术一直是我们关心的问题 究竟是采用哪种并网方式最合理、最高效,还要根据当地的风能情况来定并网方 法。 当今的电力电子技术在风电机组的控制,电能转换以及电能质量的改善方面 都起着举足轻重的作用,实际中还要考虑以下几个方面: (1) 选择适当的电力电子变换器匹配变速风力发电系统 才能增加风能的利 用效率和减小电力电子变换器的能量消耗。 (2) 为减小电网和风力发电机的故障恢复时间 应增加无功动态补偿装置 SVC 或 TSC 等。 (3)每个控制系统都有各自的适应性 针对不同的风场还要具体的考虑。 五、 总结 经过连续多年的快速发展,目前我国风电产业不仅在规模上处于世界领先地位,在 技术实力上也具备了赶超世界先进水平的基础。未来,如果能继续依托国内稳定的市场 拉动, 我国风电将引领全球行业发展。 而近两年, 中国风电产业发展中的矛盾开始凸显, 并网瓶颈难解、弃风限电不断扩大、装机规模减小、企业利润下降。一时间,行业能否 10 持续发展以及如何发展被不停拷问。 任何一个行业在发展初期,都将遵循波动上升的轨迹。风电作为崭新的事业,在前 进中遇到诸如观念、体制、技术等方面的问题,都是正常现象。上述“难题”并非无解。 我们有理由相信,在政府和企业的共同努力下,我国风电正在进入一个平稳增长期。风 能,依然是我们的希望之源。 11

亚美国际