1、新能源技术工程系新能源技术工程系张媛媛张媛媛1.2 风力发电的特点、现状及趋势风力发电的特点、现状及趋势风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。1风能利用已有数千年的历史。在蒸汽机发明以前，风帆和风车是人类生产和生活的重要动力装置。埃及波斯和中国。23000年前的商代就出现了帆船，到唐代，风帆船已广泛用于江河运输。最辉煌的是明代，14世纪郑和七下西洋，庞大的帆船队功不可没。明代以后，风车广泛应用，沿海一带主要用于帆船和风力机提水灌溉，制盐。3欧洲到中世纪才广泛利用风能，荷兰人发明了风车。18世纪荷兰曾用近万台风车排水，在低洼的海滩上围海造田，成为风车之国。4 利 用 历 史风能利用的
2、历史风能利用的历史 随着蒸汽机的出现，以及煤，石油，天然气的开采，风力机无法和蒸汽机，内燃机，电动机等相竞争，逐渐被淘汰。到了19世纪末，开始利用风力发电，特别是在20世纪70年代，利用风力发电进入了一个蓬勃发展的时代。风力发电的发展风力发电的发展离网离网并网并网丹麦丹麦美国美国德国德国西欧西欧 国家国家 1973年石油危机以后，美国，西欧等发达国家为了寻找替代化石燃料的能源，开始投入大量的经费，研制风力发电机组，并于20世纪80年代初开始建立示范风电场，开始了并网发电的新时期。风力发电的发展风力发电的发展1983-2004年世界风电发展情况及年世界风电发展情况及2004年累计风电装机最多的年
3、累计风电装机最多的10个国家（万千瓦）个国家（万千瓦）年份1983 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2004 2005累计装机（万）14144171216298484764 1393 2493 4030 4791 5931平均增长率279131931263735261924成本（美分KWH）15.37.26.66.15.65.45.14.9项目德国西班牙 美国丹麦印度意大利荷兰日本英国中国当年20262401863817302019累计1663683675312298127108949076比例35.00%14.40%14.20%6.6
4、0%6.30%2.70%2.30%2.00%1.90%1.60%中国的风能资源分布中国的风能资源分布中国的风能资源分布中国的风能资源分布1三北（东北、华北、西北）地区丰富带，风能功率密度在200300瓦/米2以上，有的可达500瓦/米2以上，如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰腾梁等、可利用的小时数在5000小时以上，有的可达7000小时以上。这一风能丰富带的形成，主要是由于三北地区处于中高纬度的地理位置有关。2沿海及其岛屿地丰富带。年有效风能功率密度在200瓦/米2以上，将风能功率密度线平行于海岸线，沿海岛屿风能功率密度在500瓦/米2以上如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、南澳、马祖、马
5、公、东沙等。可利用小时数约在7000-8000小时，这一地区特别是东南沿海，由海岸向内陆是丘陵连绵，所以风能丰富地区仅在海岸50km之内，再向内陆不但不是风能丰富区，反而成为全国最小风能区，风能功率密度仅50瓦/米2左右，基本上是风能不能利用的地区。3内陆风能丰富地区，在两个风能丰富带之外，风能功率密度一般在100w/m2以下，可以利用小时数3000小时以下。但是在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，风能也较丰富，如鄱阳湖附近较周围地区风能就大，湖南衡山、安徽的黄山、云南太华山等也较平地风能为大。但是这些只限于很小范围之内，不像两大带那样大的面积，特别是三北地区面积更大。青藏高原海拔4000m以
6、上，这里的风速比较大，但空气密度小，如在4000m的空气密度大致为地面的67%，也就是说，同样是8m/s的风速，在平原上风能功率密度为313.6w/m2，而在4000m只为209.9w/m2，而这里年平风速在35m/s，所以风能仍属一般地区。是可再生的清洁能源是可再生的清洁能源1建设周期短建设周期短2投资规模灵活投资规模灵活3发电方式多样化发电方式多样化4 优 点风力发电的优点风力发电的优点风力发电的缺点风力发电的缺点 1.风力发电的技术不成熟。目前国内的风能发电装机总量已经达到了兆瓦级，但是国内目前市场和产业化基本上没有形成，我国对风能资源的普查、评价、规划管理严重滞后，资源分散，缺少整合。
7、而且没有形成全国统一的国家级风电产业研机机构，缺少对产业资源的集中和整合。风电机组和系统设计技术、设备性能、效率以及技术工艺水平与欧洲相比存在很大差距。国产风电关键部件，如蓄电池，国内的蓄电池普遍存在的自行放电，极板硫化，极板活性物质脱落，内部短路等现象，造成风能发电的效率大大降低。还有就是液压系统、联合器、电控等构件的可靠性差，技术不够成熟，造成发电量达不到设计要求，风机停机，等问题常有发生。从根本上解决风能发电的技术问题是推广风能发电最重要的一环。风力发电的缺点风力发电的缺点 2.缺乏后期维修。我国现有风能发电(除台湾地区外)新增安装风电机组13121 台，新增装机容量23196MW，同比
8、增长44.2%;累计安装风电机组76241 台，累计装机容量114609MW，同比增长25.4%。但是在如此庞大的数据下，我国的技术维修人员却极其匮乏，不少的风能发电机在运行一段时间后，由于设备老化，设备故障等原因，风机停止运转以后就一直处于停滞状体，不少风能发电装置废弃损坏，造成风能发电的发电量大大降低，而且造成了资源的浪费。风力发电的缺点风力发电的缺点 3.风能发电性价比低。由于风能发电的技术和发电规模等原因，现金国内的风能发电单位kW造价高，火电平均4500元/kW，风电平均每80009000元/kW，平均造价高于火电。火电平均电价0.36元/千瓦时，风电平均电价为0.56元/千瓦时，在
9、我国南方地区电价，还要略高于北方地区。影响电网并网发电的积极性。风力发电的缺点风力发电的缺点4.生态原因。风能发电虽然说是清洁能源，但是从实际情况上看，风能发电存在许多生态上的问题。a.噪声污染。因为风能发电机使用风能发电机及其叶片在使用过程中会产生震动，产生的噪声，对人体的听觉系统产生损害，风机方圆400m内都不能有民居。同时，风机产生的噪声还会对鸟类产生影响，造成附近鸟类大批量死亡等。b.土地荒漠化。风能发电机因为要保持一定的间距，所以不仅要占用大面积的土地，而且，据调查显示，风能发电机在运行过程中，低前方土地产生风压，将地表的植被吹起，造成地表土流失，沙漠化等环境问题。风力发电的技术不成
10、熟。1缺乏后期维修。2风能发电性价比低。3生态原因。4 缺 点风力发电的缺点风力发电的缺点国内风力发电现状国内风力发电现状首先，国产风力发电机组技术起步较晚，自主创新能力薄弱。1998年以前，我国基本上以进口风机为主，1998年以后国产化机组才有所增加，由1998年占总装机容量的1.2%到2005年增加到26.4%。但是，我国国产风电机组能够批量生产的是定桨距的600kW、750kW的机组，该风电机组是国外10年前的主流技术的产品。而同期国际上风电机组单机容量的更新速度加快，几乎每两年就有新机型问世。在短短几年中就出现了1.2、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0MW机型，大都为变速
11、恒频风电机组和直接驱动永磁式风电机组。我国目前引进国外1.0MW、1.2MW和1.5MW机组的有20多家公司，但是MW级风电机组的总体设计技术和重要部件的关键技术还没有掌握，特别是自主创新能力薄弱，具有自主知识产权的风电技术缺乏，关键技术受制于人。国内风力发电现状国内风力发电现状其次，尚未形成完整的风电产业链。纵观风电产业高度发达的欧洲国家，无不拥有明确有效的风电产业发展链。风电产业发展链需要在风能资源调查、风电规划、风电场项目评估、风电机组设备研发与检测认证、风电场运行维护、风电场性能评估、甚至风电场的建设与转让等方面都建立合格的工作团队，并允许其均衡发展。国内在2003年才将风电场风能资源
12、评估和规划、可行性研究等前期工作逐步规范，并根据一系列前期技术规定，规范了风电开发的前期管理。但整个中国风电产业仍面临缺乏有效的机组检测认证、运行评估与安全鉴定等一系列问题，并在一定程度上构成了风电发展的瓶颈。国内风力发电现状国内风力发电现状第三，缺乏持续稳定的市场需求。造成市场容量小的原因，一是风电电价较低。从20032005年三次招标的电价来看，无论是最低的0.382元/kWh，还是最高的0.519元/kWh，几乎全都是以最低电价中标，与目前成本对照，这些项目将面临亏损的风险，相对低的投资回报率不仅影响项目工程质量，也影响潜在投资者的积极性，更影响了地方经济和整个风电产业的健康发展。二是电
13、网的制约。可再生能源法虽明确规定可再生能源发电就近上网，电网公司全额收购。但在风力资源好的地区，电力输送难度大，电网不配套，不能装机建设。有的装机建设完成后，但配套电网工程滞后，不能按计划发电。国内外风电政策国内外风电政策 （一）德国 德国是上世纪90年代以来世界上风电发展最为迅猛的国家。其政府资助政策主要有三条：一是对设备制造商的补贴，政策规定对每台机组提供不超过5万马克（同时不超过机组价格的60%）的资金补贴。但必须只有当机组卖给用户并网发电后，制造商才能得到此项资助。另外，某些州还提供额外补贴，数额在机组价格的20%-45%。此外，一是制造商还最多可获得装备出口价格70%的信贷补贴。二是
14、政府对风力发电投资者进行直接补贴。如选用每台450-2000千瓦机组，则每千瓦补贴120美元，并提供优惠的低息贷款。三是发电补贴，从1991年开始，对风电上网提供每千瓦时电量给予0.06马克的补贴。国内外风电政策国内外风电政策 （二）美国 美国主要是实施优惠的税收减免政策，优惠电价，并推行“绿色电价”，拨专款支持科研和制造单位进行科学研究等。（三）印度 印度是发展中国家风电发展最快的国家。政府提供10%-15%装备投资补贴，用抵扣所得税补贴开发商5年免税。整机进口关税率25%，散件进口为零税率，有些邦还减免销售税。特设风电最低保护价，一般为每千瓦时5.8-7.4美分。国内外风电政策国内外风电政
15、策 （二）美国 美国主要是实施优惠的税收减免政策，优惠电价，并推行“绿色电价”，拨专款支持科研和制造单位进行科学研究等。（三）印度 印度是发展中国家风电发展最快的国家。政府提供10%-15%装备投资补贴，用抵扣所得税补贴开发商5年免税。整机进口关税率25%，散件进口为零税率，有些邦还减免销售税。特设风电最低保护价，一般为每千瓦时5.8-7.4美分。国内外风电政策国内外风电政策 （四）中国风电政策 a)国务院电价改革方案：明确风电不参与市场竞争，电量由电网企业按政府定价或招标价格优先购买。电力市场成熟时，由政府规定供电企业售电量中新能源和可再生能源电量的比例，建立专门的竞争性新能源和可再生能源市
16、场。b)税收优惠：增值税减半征收，由此，我国风电电价平均将降0.050.06元，新建风电场电价有望降至0.50元/kWoh以下。进口关税：设备暂按照5，零部件1%。征地：按照实际占用面积计征，即点征。这些将会对我国风力发电产业化发展产生推动作用。c)风电特许权 为促进我国风电发展，政府实施了风电特许权示范项目。所谓特许权经营方式，是用特许权的方法开采国家所有的矿产资源或建设政府监管的公共基础设施项目，项目本身的商业风险由企业承担，政府承担政策变动的风险。风电技术的发展趋势风电技术的发展趋势 1.单机容量增大 在过去的20年里，风力发电机典型装机容量已经从50KW发展到1500KW。目前商业化机
17、组的容量达到了3.6MW。REpower公司已经开发出了5MW，叶轮直径为126米的风机。一些新的复合材料和新技术也应用在大型风机的制造中。大型风机更适合于滨海风电场。在人口密集的国家，随着陆地风场的利用殆尽，滨海风场在未来的风能开发中将占越来越重要的份额。GE 3.6MWGE 3.6MW风机风机 2.塔架高度的提高在地处平坦地带的风机，在50米高度捕捉的风能要比30米高处多20%3.控制技术的发展，变频恒频成为主流低速交流变频发电机的研发与运行无齿轮箱直接驱动型发电机。该风机采用了低速多极交流发电机，在叶轮和发电机之间不需要安装增速箱。这种发电机转子外圆以及定子内经大大增加，轴向长度则很短，
18、呈圆环状。系统采用IGBT变频器。该种机型的优点：由于不采用齿轮箱，减少了齿轮箱的传动损失和发生故障的概率；发电机转速和叶轮转速相同且随风速变化，风轮可转换更多的风能；总体重量减轻，所以风机支撑结构减轻，基础费用也可降低，运行维护费用也低。风电技术的发展趋势风电技术的发展趋势无变速箱风机无变速箱风机 4.海上风力发电迅速发展 由于海上风速大并且比较稳定，风速约比沿岸高出25%，且海面粗糙度小，湍流小，具有稳定的主风向。大型风机在海面上比较容易运输和安装。一般陆上风场平均设备利用小时数为2000小时；好的可以达到2600小时。在海上则可以达到3000小时以上。为了便于浮吊施工，海上风场一般建在水深为38米处。同容量装机，海上比陆上成本增加60%（海上基础占23%，线路占20%，陆上仅各占5%），电量增加50%以上。目前，欧洲海上风机已经有16个，装机301台，总容量620MW。风电技术的发展趋势风电技术的发展趋势海上风场海上风场
