《能源、经济、环境》

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能源、经济、环境- 第14部分


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。那么,现代风力发电机是什么样呢?下面我们就介绍一下现代风机的结构与技术特点。

  2. 现代风机

  图1所示的风力发电机发出的电时有时无,电压和频率不稳定,是没有实际应用价值的。一阵狂风吹来,风轮越转越快,系统就会被吹跨。为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等,现代风机的示意如图2所示。

  图一                                                 图二

  齿轮箱可以将很低的风轮转速(600千瓦的风机通常为27转/分)变为很高的发电机转速(通常为1500转/分)。同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出。偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向。要知道,600千瓦的风机机舱总重20多吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度。 

  风机是有许多转动部件的。业已说明,机舱在水平面旋转,随时跟风。风轮沿水平轴旋转,以便产生动力。在变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况。在停机时,叶片尖部要甩出,以便形成阻尼。液压系统就是用于调节叶片桨矩、阻尼、停机、刹车等状态下使用。

  控制系统是现代风力发电机的神经中枢。现代风机是无人值守的。就600千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在14米/秒左右发出额定功率。然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机。现代风机的存活风速为60…70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会被吹坏。要知道,通常所说的12级飓风,其风速范围也仅为米/秒。风机的控制系统,要在这样恶劣的条件下,根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网。并监视齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机。

  3. 风力发电场

  现代大型风力发电机,单台容量一般为600…1000千瓦。目前国际上研制的超大型风力发电机单机容量也只为6MW。对于一个大型发电场来说,其容量还是很小的。因此,我们一般将十几台或几十台风力发电机组成一个风电场。这样既形成一个强大的供电体系,也便于管理,实现远程监控。同时,也降低了安装、运行和维护的成本。图3为山东长岛风力发电场一角。

  
  图三

  
  4、世界风能发电发展状况

  2007年全球风能累计装机容量为94123MW,新装机容量达到20076MW,较之于2006年的装机容量增加。在2007年风能装机规模中领先的三个国家是美国、中国和西班牙,分别新增装机容量为5244MW、3449MW和3522MW,三个国家新增风能装机容量超过全球当年总装机容量的60%。迄今,总装机容量最大的五个国家是德国()、美国()、西班牙()、印度(8 GW)和中国(),其中,中国在2007年风能装机容量增加最快,达到3449MW,是2006年新装机容量的倍。以经济价值计算,2007年全球风能市场的风机市值达到370亿美元。

  2007年世界风能市场发展的一个显著特点是该领域的全球化进程加快。这一方面源自诸多公司在石油、液化气日益昂贵的情况下对新能源市场开拓的动力,另一方面也是由相关政策的鼓励和引导,如美国联邦政府和各州政府对绿色能源的鼓励政策就是该国风能市场扩张的因素之一。在亚洲地区也是相似的情况,尤其是快速增长的中国风能市场更是吸引了欧美众多企业,由此促进了风能市场的全球化。

  5、我国风能发展状况

  我国风力资源

  中国风力资源十分丰富。根据国家气象局的资料,我国离地10 米高的风能资源总储量约亿千瓦,其中可开发和利用的陆地上风能储量有亿kW,50米高度的风能资源比10米高度多1倍,约为5亿多kW。近海可开发和利用的风能储量有亿kW。 

  我国风能资源丰富的地区主要分布在以下地区: 

  中国风力资源分布状况 

  (1)三北(东北、华北、西北)地区包括东北三省、河北、内蒙古、甘肃、宁夏和新疆等省(自治区)近200 公里宽的地带。风功率密度在200~300 W/m2以上。 

  (2)东南沿海及附近岛屿包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省(市)沿海近10 公里宽的地带,年风功率密度在200W/m2米以上。 

  (3)内陆个别地区由于湖泊和特殊地形的影响,形成一些风能丰富点,如鄱阳湖附近地区和湖北的九宫山和利川等地区。 

  (4)近海地区,我国东部沿海水深5米到20米的海域面积辽阔,按照与陆上风能资源同样的方法估测,10米高度可利用的风能资源约是陆上的3倍,即7亿多千瓦。 

  我国风力资源分布与电力需求存在不匹配的情况。东南沿海地区电力需求大,风电场接入方便,但沿海土地资源紧张,可用于建设风电场的面积有限。广大的三北地区风力资源丰富和可建设风电场的面积较大,但其电网建设相对薄弱,且电力需求相对较小,需要将电力输送到较远的电力负荷中心。海上风电资源丰富且距离电力负荷中心很近。随着海上风电场技术的发展成熟,经济上可行,发展前景势必良好。 

  我国风力发电发展状况

  我国的并网风电发展从上世纪80年代起步,“十五”期间,风电发展提速,2006年加速发展,总装机容量从2005年的126万千瓦增长到2008年的1200万千瓦,年增长率超过100%。风电装机容量在2004年位居世界第1O,到2008年底上升为世界第4位。 2009年上半年我国风力发电达到126亿千瓦时,占同期全国发电量约百分之一,而目前我国已成为亚洲第一风能利用大国。另外,截至2009年6月底,全国风电并网装机1181万千瓦,同比增长101%。目前国内有1230万千瓦风电项目批复在建。中国最大风电企业龙源电力集团公司风电装机容量突破300万千瓦。这一风电装机规模,在风电企业中位居亚洲第一、世界第五。

  风电特许权项目是促进我国风电规模化国产化发展的重要因素。从2003年开始,国家连续组织5期风电特许权项目,以上网电价和设备的本地化率为条件,通过招标选择投资者。5期共计49个项目项目,确定了880万千瓦建设规模,同时有效地降低了风电的上网电价,促进了风电投资多元化,提高了风电装备国产化和本地化的能力和活力。

  2009年8月8日,甘肃酒泉。 千万千瓦级风力发电站一期工程开工仪式隆重举行,国家能源局局长张国宝在仪式上表示,酒泉风电基地是中国规划建设的第一座千万千瓦级风电示范基地,已核准建设规模500万千瓦。同时,该风力发电站也是世界上首座千万千瓦级风电基地。 

  该风电基地预计将于2010年底投入运营。至此,中国已确定了河北、内蒙古、甘肃、江苏、吉林等地的千万千瓦风电基地,内蒙古东部、西部地区合计规划总装机容量突破5000万千瓦,河北、甘肃等地的规划总装机容量也都已达到1000万千瓦。 

  从2007年和2008年的发展形势判断,2010年可望达到3000万千瓦,2020年实现装机容量1亿千瓦的目标前景良好。风电发展的长期目标是,经过10—15年的准备,大约在2020年前后,使得风电能够与其他常规能源发电技术相竞争,成为火电、水电之后的第三大常规发电电源,至少达到装机容量8000万千瓦,积极创造条件实现1亿千瓦,占届时发电装机容量的1O%。2040年或2050年实现5亿乃至10亿千瓦,在届时的发电装机和发电量中占据20%以上。为了实现这一战略目标,需要利用5—10年的时间,在2010至2015年期间,建立起具有国际竞争力的风电产业体系,为实现长期目标奠定技术、产业和人才基础。

  目前,我国已经掌握单机容量750kW以下大型风力发电设备的制造技术,2007年自主研发的直驱和引进技术消化吸收研制的1.5兆瓦风电机组已经投入试运行,1.5兆瓦风电机组开始规模化批量生产,2兆瓦级及以上的风电机组正进入研制阶段并开始试运行。在国家风电设备国产化政策的有力推动下,风电设备零部件制造水平也有了较大提高,具备了齿轮箱、叶片、电机等关键零部件制造能力,外商已开始在我国采购风电设备零部件。2008年在风电新增市场份额中,国内产品占65%左右,比2005年提高了近30个百分点,国外产品占35%;在累计市场份额中,国内企业55%,国外企业占45%。此外,我国已经建成了250多个风电场,掌握了风电场运行管理的技术和经验,培养和锻炼了一批风电设计和施工的技术人才,并积极推动风力发电技术实验平台和人才培养机制的建设,为风电的大规模开发和利用奠定了良好的基础。总之,我国的并网风电已经开始进入规模化发展阶段。 

  离网型小风电也是我国风电发展的重要方面,我国已经形成了世界上最大的小风机产业和市场,到2008年,已经推广了约38万台小型风机(总容量约7.5万kW)用于边远地区居民用电,估计目前有约30万台小风机在运行。我国已经形成了单个系统容量从100W到10kW的系列成熟的小风机产品,在2008年生产的50000多台小风机中,有20000多台出口到世界30多个国家和地区,创造了很好的经济和社会效益。

  6。 风能发电政策

  国家发改委近日发布《关于完善风力发电上网电价政策的通知》,规定按风能资源状况和工程建设条件,将全国分为四类风能资源区,相应制定风电标杆上网电价。四类资源区风电标杆电价水平分别为每千瓦时元、元、元和元。

  目前风电场的建设投资基本在每千瓦8000…10000元,按照30%的自有资金投资,以等效满负荷利用小时数1800小时测算,5万千瓦风电场度电成本为元/千瓦时,这一成本已经低于标杆电价。

  对投资商而言,没有了低电价的恶性竞争,今后投标人的风电机组本地化方案、技术方案、投标人融资能力及项目财务方案成为决定因素。

  对于风电设备商而言,在投资商收入既定的基础上,控制投资成本成为盈利提升的关键,设备商产品价格与质量的竞争将更为激烈。风电场的总投资中有60%是设备投资,因此未来成本的控制主要将在于设备采购成本的控制及维护费用的控制。随着技术的进步、行业竞争激烈,长期来看整机价格下降是必然的。

  对于电网公司而言,补贴机制明确,电网并入风电的积极性依然存在。风电上网电价高出当地燃煤机组标杆上网电价的部分,通过全国征收的可再生能源电价附加分摊解决。目前可再生能源附加电价余额为2厘钱/度电,按照2008年全国发电量34334亿度电来计算,2008年提取的可再生能源发展专项资金约为68亿元,考虑其中50%用于风电补贴,每度风电补贴元,则可以补贴170亿度并网风电,而2008年风电并网发电量为128亿度,补贴资金完全可以覆盖。因此我们认为,购电成本问题已经不是电网公司进行风电并网的担忧,可再生能源接入电网的技术问题的解决才是关键,考虑到国家政策的不断推动,这一问题将会逐步解决。

  中国风力发电所面临的第一座“挡风墙”可能便是不堪重负的电网。 

  “在当前的电网状况下,一旦千万千瓦的风电场齐发电,当地电网将立即瘫痪。”张秀芝告诉《科学新闻》,中国风能资源丰富的地区主要分布在“三北”(西北、东北、华北)地区和东南沿海。而“三北”地域广漠,适合于发展大型风电场,目前在“三北”规划了6个千万千瓦风电基地,但这些地方又是电网最弱的地区,因此中国风力发电将面临着电网不堪重负的问题。“在欧洲几个国家的电网是联网的,他们有较完善的风电量预测,风力发电很容易被消纳,并且他们没有这样大的风电场,所以在这个问题上没有经验可借鉴。合理规划、精心设计、电网跟进、风电量预测将是大型风电场开发的关注点和研发链,值得我们投入。而东部沿海是我国经济发达地区,电力负荷集中,能源资源相对贫乏,需要外电送入,因此开发近海风电列入了国家风电开发的日程。” 。。

第四节  核能
第四节  核能

  与水电一样,核电是安全、环保、经济的清洁能源,是目前现实有效、可大规模替
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