风能利用与发展趋势论文

在简单回顾人类对风能的认识及风能开发史的基础上，重点介绍了当前世界上风能资源开发利用 的现状、风电业发展特点及趋势，以及国际上一些主要风能开发国家的风能开发利用政策、实施特点及启示；最后基于当前世界风能开发业发展形势，认为风能将是21世纪人类理想的替代能源。 关键词：风能；开发现状；开发政策 � 1风能及其特点 风是一种自然现象。由于不同地表(如海洋、森林、田野、山岳和沙漠等)在白天受太阳照射以及晚上吸放热的特性不同，对空气加热(或放热)的差异，造成了空气的流动，通常人们将垂直上下的流动称为“气流”，将水平流动称为“风”。由于空气是有一定质量的，因而其流动时必然具有一定能量，这就是风能。它可通过如下公式加以测算：�� E＝1/2g ρAV3（kg·m／s)�� 式中：A——空气流动面积(m�2）；V——风速(m/s)；ρ——空气密度(kg/m�3)；g——重力加速度(m/s2)。� 上式如按kW计量只需乘以转换系数1102即可。� 据理论测算，全球大气中总的能量是1017kW，而且是可再生的，据估计大约有×1012kW的蕴藏风能可以被开发利用，这个价值至少比世界上可利用的水能大10倍〔1〕。� 风能作为一种天然能源，与其他能源尤其是矿物能源相比，它有如下几个特点：� (1) 蕴藏量丰富。大家都知道与常规能源相比，水能巨大，殊不知风能是全球水能的10倍多，我国仅陆地上就有风能资源大约×109kW。[1]�� (2) 可以再生，永不枯竭。风能是太阳能的变异，只要太阳和地球存在，就有风能，它取之不尽，用之不竭，是可再生的。� (3) 清洁无污染，随处都可开发利用。煤、石油、天然气的大量消耗，核电站的广泛建设，均会给人类生活环境造成极大污染和破坏，危害人类健康，而风能开发就没有这样的弊病，而且风能开发利用越多，空气中的漂尘和降尘会越少。另外，风能的开发也不存在开采和运输问题，无论何地(海边、平原亦或山区)都可建立风电站，就地开发，就地利用。即使要远程运输也是通过电网，相对要简便且不会造成污染和环境问题。� (4) 随机统计性。风能从微观短时间上来看是随机的，忽大忽小，忽左忽右，这就决定了风能的不可控特性；然而，从宏观长时间上来看，风能还是具有一定的统计规律特性的，在一定程度上又是可以预测和利用的

中国风力发电潜力巨大中科院专家提出：风能、太阳能、潮汐能的开发可以有效缓解中国的能源供应困局，其中产业化条件最为成熟的首推风力发电。中国风力发电已经历20年漫长的“试验期”，而风力发电的产业化举步维艰，大大小小的风电场遍布全国，几乎各省都有，却并不成气候。据统计，到去年年底，全国共有43个风电场，分布在14个省（区、市），总装机容量万千瓦。刘应宽说，按照目前的发展势头，到今年年底，全国风电装机容量将肯定超过100万千瓦。而早在1995年，原国家电力部就提出，到2000年中国风机规模要达到100万千瓦，这一时间表整整推迟了5年。随着近年煤炭、石油等常规能源的全面紧张，清洁环保的可再生能源驶入发展的快车道。《京都议定书》的签订和《可再生能源法》的出台，为风电迅速成长注入蓬勃动力。在各种可再生能源中，风能因资源丰富、成本相对较低而最具商业化、产业化前景。政策的驱动，以及利益的诱惑，吸引着嗅觉敏锐的企业纷纷投资风电。据不完全统计，包括五大发电集团在内的全国30多家企业已争相涉足这一领域，总投资超过100亿元。按照国内目前的行业平均水平，每千瓦风电装机容量的成本为8000－10000元，与造价约4000元／千瓦的煤炭、石油等常规能源电厂相比，风电场的造价大约高出1倍。目前，每度风电的成本约为－元。研究表明，风力发电能力每增加一倍，成本就会下降15%。由于近年世界风电增长一直保持在30%以上，风电成本快速下降，国外已日趋接近燃煤发电成本。此外，风电外部成本几乎为零，甚至低于核电成本，因此经济效益凸现。随着中国风电设备国产化和发电的规模化，风电可望比燃煤发电更具成本和价格优势。在风电场急速增长的带动下，风电设备制造正呈现出巨大的市场空间。按照中国远期规划（2020年风电装机2000万千瓦）和每千瓦8000－10000元的造价，每年风电设备市场容量约为97亿－122亿元。即使考虑国产化程度提高而导致的价格下降，平均每年的市场容量也应保持在70亿元以上。在可预期的巨大市场空间面前，中国风电设备制造企业将迎来难得的发展机遇。同样看到这个巨大市场的，还有来自欧洲的跨国风电设备制造企业。由于起步早，技术先进，欧洲企业占据着全球风电设备市场的绝大部分市场份额，中国市场也不例外。由于看到中国市场的巨大需求，欧洲各大风电设备制造企业纷纷提高产品售价，并严格控制技术转让。有资料显示，过去3年间，进口风电设备的价格上涨了20%以上。面对风电的商机与困惑，有关专家提出，已具产业化条件的中国风力发电迟迟不能迈出关键一步，最重要的原因在于：由于电价、关税、贷款、税收等优惠政策与扶持措施不到位，风电产业化从市场这个“源头”被束缚住了。中国的风力发电产业化，只能从做大风电市场破题。应该促进可再生能源立法，打破电力市场的地区分割，解决风电在全国摊销的关键难题，同时辅以信贷、税收、消费等方面的鼓励政策，从而引导更多的投资进入风电产业，进而借鉴彩电、汽车等行业的国产化方式，以市场来推进风力发电设备制造、研发的国产化。

我国东南沿海地区风能资源较丰富，年平均风速为4m/s。这些地区乡镇工业发展迅速，用电量较大，常规能源贫乏，部分电网通达的地方缺电也较严重。为满足农田灌溉、水产养殖和盐场制盐等低扬程大流量提水作业的需要，当地用户已在使用一些低扬程风力提水装置。如福建省莆田地区利用风力提水制盐，天津市郊区利用风能排咸和育苗，山东省新泰市的风力—空气泵农田灌溉等，都取得了一定的经济效益。在上述地区推广应用风力提水机组，对农业、渔业和副业生产的发展具有重要的意义。另一方面，我国内陆风能资源较好的区域，如内蒙古北部、甘肃和青海等地的年平均风速为4~6 m/s，3~20 m/s的风速累计4000~5000h/年。这里是广大的草原特区，人口分散，难通电网。利用深井风力提水机组为牧民和牲畜提供饮水或进行小面积草场灌溉，对于改善当地牧民的生活、生产条件具有明显的社会效益。此外，甘肃、新疆北部及松花江下游也属于风能丰富区，适合发展风力提水。我国从20世纪80年代初就把小型风力发电作为实现农村电气化的措施之一，主要研制、开发和示范应用小型充电用风力发电机，供农民一家一户使用。目前，1 kW以下的机组技术已经成熟并进行大量的推广，形成了年产1万台的生产能力。近10年来，每年国内销售5000~8000台，100余台出口国外。目前可批量生产100、150、200、300和500W及1、2、5和10 kW的小型风力发电机，年生产能力为3万台以上，销售量最大的是100~300W的产品。在电网不能通达的偏远地区，约60万居民利用风能实现电气化。截至1999年，我国累计生产小型风力发电机组18 .57万台，居世界第一。我国大型风力发电机组的研究制造工作正在加快发展。中国一拖集团有限公司与西班牙电力公司美德（MADE）再生能源公司成立的一拖—美德（MADE）风电设备有限公司，西安航空发动机公司与德国恩德（NORDEX）公司成立的西安维德风电设备有限公司分别生产了1台660 kW600 kW的主发电机组，并已经安装在辽宁营口风电场并网发电运行。这两台机组的国产化率达到40%。另外，浙江运达风力发电设备厂在生产200 kW风力发电机组的基础上又生产出了4台250 kW风力发电机组，安装在广东南澳风场运行，这是我国具有自主知识产权、运行状况最好的机组。风力发电场继续增多，装机容量继续增加。从我国风电场的建设历史来看，1986年4月由航空部和山东省计委拨款建设的第一个风电场在山东荣城发电后，全国各地陆续引进机组建设风电场，装机容量逐年增加。1990年累计装机4000 kW，最大的机组单机容量为200 kW；1993年累计装机万kW，单机最大为500 kW；1995年累计装机3 .75kW；到1997年底全国风电场装机433台，容量达到16 .67万kW，单机最大为600 kW；1998年总装机容量达到万kW；1999年达到万kW。风力发电机组单机容量逐年加大。风电场内安装的国产机组主要有两种：一种是科技攻关的样机或后续生产的几台机组，由于技术和质量问题，需要继续改进；另一种是与国外厂商合作生产的，有些部件用国产的替代基本上能够正常运行。进口机组多是较成熟的商品机组，可靠性高，这种机组主要有变桨距调节型和定桨距失速调节型两种，单机容量在1996年以前是150~300 kW，后来安装的主要是600 kW级机组。