我国风力发电的现状与发展思考 ■、才?一 刖S 我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一，这种消费结构给环境造 成的巨大压力是不言而喻的。逐步优化能源结构、提高能源效率、发展可再生能 源已成为我国可持续发展战略屮不可缺少的重要组成部分。可再生能源包括水 能、生物质能、风能、太阳能、地热能和海洋能等，资源潜力大，环境污染低， 可永续利用，是有利于人与自然和谐发展的重要能源。从FI前可再生能源的资源 状况和技术发展水平看，今后发展较快的可再生能源除水能外，主要是生物质能、 风能和太阳能。风力发电技术已基本成熟，经济性己接近常规能源，在今后相当 长时间内将会保持较快发展。 我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。根据最新风能资源评价, 我国陆地可利用风能资源3亿千瓦，加上近岸海域可利用的风能资源，共计约10 亿千瓦。主要分布在两大风带：一是“三北地区”（东北、华北北部和西北地区）; 二是东部沿海陆地、岛屿及近岸海域。另外，内陆地区还有-些局部风能资源丰 富区。 风电包括离网运行的小型风力发电机组和大型并网风力发电机红I,技术 已基木成熟。到2006年底，全国已建成约90个风电场，已经建成并网发电的风 场主要分布在新疆、内蒙、广东、浙江、河北、辽宁等16个省区，装机总容量达 到约260万千瓦。但与国际先进水平相比，国产风电机组单机容量较小，关键技 术依赖进口，零部件的质量还有待提高。本文对我国风力发电的现状进行阐述， 并根据FI前存在的问题，给出了相关建议。 1我国风力发电的现状 1.1发展迅速，建设规模不断扩大 我国的风力发电始于20世纪50年代后期，在吉林、辽宁、新疆等省建立了单 台容量在10kW以下的小型风力发电场，但其后就处于停滞状态。到了20世纪70 年代屮期以后，在世界能源危机的影响下，特别是在农村、牧区、海岛等地方对 电力迫切需求的推动下，我国的一些地区和部门对风力发电的研究、试点和推广 应用又给予了重视与支持，但在这一?阶段，其风电设备都是独立运行的。直到1986 年，在山东荣城建成了我国第一座并网运行的风电场后，从此并网运行的风电场 建设进入了探索和示范阶段，但其特点是规模和单机容量均较小。到1990年己建 成4座并网型风电场，总袈机容量为4.215MW,其最大单机容量为200kWo在此基 础上，风力发电从1991年起开始步入了逐步推广阶段，到1995年，全国共建成了 5座并网型风电场，装机总容量为36. 1MW,最人单机容量为500kWo 1996年后，风 力发电进入了扩大建设规模的阶段，其特点是风电场规模和装机容量均较大，最 大单机容量为1500kW。据屮国风能协会最新统计，2007年屮国除台湾省外新增风 电机组3, 144台。与2006年相比，2007年出年新增装机增长率为145.8%,累计 装机增长率为126.6%。2007年屮国除台湾省外累计风电机组6, 458台，装机容量 5, 890MWo 1.2国家及政府有关部门重视和支持风力发电 为了支持风力发电，原电力部制定了《风力发电场运行规程》电力行业标准, 明确了风屯上网及屯价确定的原则，允许风屯就近上网，风电价格要在发电成本 加还本付息的基础上，允许有合理的利润，超出电网电价部分由全电网平摊，有 力地支持了风电的发展。电力工业发展的政策是：以火力发电为主，大力发展水 电和核电，同吋要积极发展新能源和可再生能源发电，风力发电是电力丁业发展 的一支方面军。 《电力法》明确规定“国家鼓励和支持利用可再生能源和洁净能源发电”。 八届人人四次会议批准的我国经济和社会发展“九五”计划和2010年远景ri标纲 要屮也提出“积极发展风能、海洋能、地热能等新能源发电”。国家计委实施“光 明工程”和“乘风计划o 1996年3月，国家计委交PG电子模拟器 PG电子网站能司、科技司、机电轻纺司在 北京召开了大型风力发电机组国产化工作座谈会，对大型机组国产化提出许多建 议。不久，国家计委提出两个计划，一个是“光明工程”，一个是“乘风计划”, 前者是支持国内微小型风力发屯机组的发展。后者就是支持国内风电场建设和人 型机组国产化。 国家经贸委在“双加工程”（即对重点行业、重点企业加大技改力度， 加快改革步伐）屮，把大型风力发电机组列入大型技改项FI，在“九五”期间投 资18亿元，支持风力发电的发展。国家科委在大屮型风力发电机组研制方面做了 大量工作，在“六五”至“九五”期间，都有关于风力发电的科技攻关项戸。对 55 1训、200kW国产机组的研制，投入了大量资金，取得了一些经验。“九五”期 间，科委乂立了一个“加强项投资300万元，由浙江机电设计研究院风力发 电研究所承担，对“八五200RW国产机组进行技术改进，再生产2台200kW机组, 期望实现200kW机组国产化。 1.3专业队伍和国产化水平逐渐提高 自20世纪70年代屮、后期开始，我国真正进入了现代风力发电技术的研究和 开发阶段。在这一阶段，我国的风力发电技术无论在科学研究方面，还是在设计 制造方面均有了不小的进步和提高，同吋也取得了明显的社会效益和经济效益， 主要解决了边远无电地区的农、牧、渔民的用电问题。但其风电机组的单机容量 仅为几百瓦到10kW,均展独立运行的风电机组。为了发挥风力发电的优势，降低 成本，风力发电机组大型化，单机装机功率的提高，是所有风力发电研究、设计 和制造商的不断追求。最近儿年进展很大，不断有新型大型风机出现，并很快得 到推广。现代风力发电机在不断改变其翼型，增加其塔高，改善其运行特性。此 外，现代微机控制技术、并网技术、电子电力技术以及储能技术的不断提高和广 泛应用，也使风力发电机组系统越来越可靠实用。 经过多年的实践，培养了一批专业的风电设计、开发建设和运行管理队 伍，为今后大规模发展风电创造了良好的条件。大型风电机组的制造技术我国已 基本常握，主要零部件国内都能自行制造，如发电机、齿轮箱和叶片等（国际知 名的叶片制造商丹麦LM公司独资在天津设厂生产），600 kw机组的木地化率可 以达到90%。随着人型风电设备产业的形成，船舶工业的主要认证机构屮国船级 社开始筹建小国风电机组产品的认证体系。 2风力发电存在的问题 2.1对风能资源勘察不够全面 通常风力发电的有效风速为3?25m/s,风电场选址的首要条件是风能资源丰 富，因而一般以风资源丰富区和较丰富区为选址对象，具体风电场内风机的选址 还应根据测出的年有效风速累计小吋数（累计时数越高，投产后风机发电量越大） 和有效风能密度确定，在风电场内不同位置的这些数据存在较大差片。所以合理 选择场址对提高风力发电的经济效益至关重要。而我国现有的风资源分布图很 粗，无法满足现在风电场选址的要求，迫切需要进一步细化。 2.2风电设备和制造技术落后 风电机组制造技术，这是风电发展的核心。H前我国风电建设远远落后于世 界发展，其主要原因是，没有加大力度依靠国内雄厚的机电制造业基础，吸收引 进国外先进技术对风电成套设备进行自主开发。随着世界风力发电设备制造水平 提高，更大的单机容量已经是全球风能技术发展的趋势。据了解，国外风电机组 忖前己达到兆瓦级，如美国主流1?5兆瓦，丹麦主流2.0?3.0兆乩，在2004年的 汉诺威工业博会上4. 5兆瓦的风电机组也已面世。而迄今为止，我国在这一-技术 上处于落后位置，尚不具备自行开发制造大型风电机组的能力，且在机组总体设 计技术，特别是桨叶和控制系统及总装等关键性技术上落后于欧美发达国家，H 机组质量普遍不高，易岀现故障。据调查，2004年国产机组只占18%, 2005年也 只有28%,每年的风电设备进口总额高达60亿元，尤其大型风机设备儿乎被丹麦、 意大利、德国等发达国家全部垄断。国内整体的风电制造水平比国外发达国家至 少晚10年，而且技术差距还在拉大，这就使国产设备的竞争力面临严峻的考验。 2.3风电成本高 风力发电的成本主要是固定资产投资成本，约占总投资的85%以上。按照我 国增值税抵扣政策，I古I定资产投资的增值税不能抵扣。风力发电执行17%的增值 税税率，因为没有购买燃料等方面的抵扣，因此风力发电实际税负明显高于火力 发电。另外，国内已经建成的微不足道的风电容量几乎全部为进口的成套设备， 导致风电场投资高、电价高，与火电、水电比，缺乏市场竞争能力。国产的风电 设备可以显著地降低风电成本，但由于现在国内设备制造水平较低，应用规模小, 国产设备的价格并不低于进口设备。 2.4政策扶持力度不够 风电开发前期投入巨大，而国内的风电项H缺乏正常的投融资渠道。国内商 业银行对风电项H的贷款期限远短于火电和水电项H的贷款期限，偿还期限人多 为5?8年，利息也没有优惠，使风电只能上一些小规模项导致风电难以普 及，电价下降缓慢。对风电投入的科研经费不足，则制约着风电技术向高端发展, 并会导致科技人才的稀缺。 尽管政府于2003年实施了风电特许权示范项戸，并于2006年正式实施了 《可再生能源法》以促进风电发展，但由于长期给予风电的实际关注力度不够， 缺少对风电扶持的长期具体措施，与国外政府的扶持政策和取得的成效相比，存 在着很大的差距。 3风力发电前景的建议 3. 1做好风能资源的勘察 风资源的测定是发挥风电作用的前提基础，因此将来应该在这方面增大投 入，对我国实际的风资源在总体上有细致准确的了解，为政府和风电的决策者合 理地规划风电提供正确的指导。为进-步摸清风能资源状况，必须加快开展风能 资源的普查工作。这方面，不仅需要有关部门筹集一定资金用于加人风力资源勘 测工作的投入，各地也要自筹资金开展本地区风力资源的勘察，认真调査确定可 开发风电场的分布和规模。 3. 2提咼风电机组的制造技术 要提高我国风力发电应用的技术水平，需要不断增进与发达国家的交流，学 习其先进技术，只有清楚彼此差距，才能不断提升我国的风电技术水平。我国提 出，到2010年风电装机要有80%的国产化率，必须在技术上占领竞争制高点。《可 再生能源法》规定：“国家将可再生能源开发利用的科学技术研究和产业化发展 列为科技发展与高技术产业发展的优先领域，纳入国家科技发展规划和高技术产 业发展规划，并安排资金支持可再生能源开发利用的科学技术研究、应用示范和 产业化发展，促进可再牛能源开发利用的技术进步”。这一-规定为风电技术进步 创造了良好的契机。提高风电技术也是降低风电成本和上网电价的关键所在。 3.3依托政策发展风电 2006年国家正式实施了《可再生能源法》，通过减免税收、鼓励发电并网、 优惠上网价格、贴息贷款和财政补贴等激励性政策来激励发电企业和消费者积极 参与可再生能源发电。体现了政府对风电等可再牛能源的重视，更重要的是给了 了风电在法律上的保护，为风电提供良好的发展空间。 2008年，国家发改委印发了《可再生能源发展“十一五”规划》。《规划》 提出，有关部门要做好可再生能源发电并网、丄网电价及费用分摊有关规定、财 政补贴和税收优惠等政策的完善和落实工作。国家有关部门将提出可冉牛能源发 展右项资金的管理办法和使用指南，安排必要的财政资金，支持可再生能源技术 研发、试点项IT建设、农村可再生能源开发利用、资源评价、标准制定和设备国 产化等工作。国家对可再生能源开发利用、技术研发和设备生产等给予税收优惠 支持。 这些政策法规的出台为风力发电的发展提供了制度上的支持，在具体的 措施和规则上还要细化、规范、便于操作，使风电的发展稳步，快速的发展起来。 4结束语 屮国的风电发展迄今己经有30多年，取得了显著进步。但由于基础薄弱，风 电发展的过程屮面临的技术落后、政策扶持不够及上网电价高等诸多困难。随着 政府和民众对风电的逐步认识、《可再生能源法》正式实施和《可再牛能源发展 “十一五”规划》的出台，以及风电设备的设计、制造技术方面不断提高，风能 利用必将为我国的环保事业、能源结构的调整做出巨大的贡献。风电产业和相关 的科研机构应该抓住这一契机，为风电的全面发展作-个系统可行的规划，逐步 解决风电发展屮的困难，完善风电机制，在提高风电战略地位的同吋，早日使风 电普及惠民。 屮小型风力发电及风光互补新能源产业发展历程 1.过去 在1980年，国家领导人视察我国的西北部地区后，向科技部提出了要解决偏 远地区农牧民用电问题的批示。科技部组织专家对这些地区进行考察后，提出了 发展小型风力发电机解决偏远地区农牧民供电问题的方案，并列入了国家“六五” 科技攻关计划。 当吋，南京航空学院、哈尔滨工业大学、沈阳工学院、清华大学、长沙铁道 学院等一批院校和航空部602所、机械部呼和浩特牧机所、屮科院屯工所、北京 农机化研究院、浙江机电研究院、屮国气象科学院等一?批院所以及屮国船舶工业 总公司884厂、441厂、内蒙古动力机厂、包头电机厂、商都牧机厂、北京联合收 割机厂、北京电机总厂、浙江电力修造厂等企业都参与了小型风力发电机的设计、 研制。 八十年代屮后期，我国的小型风力发电机形成了规模化生产的能力，在内蒙 古等偏远地区推广屮小型风力发电机近二十万台，到1990年在丹东召开全国风力 机械行业协会成立大会时，会员单位有近I?多家。但由于没有适吋建立产品质量 检测体系和市场监督机制，致使大批低质量低价的屮小型风力发电机涌入市场， 导致产品的成本与市场价格错位，提供优质产品的企业失去了市场，也丧失了产 站更新换代和进一步研发的能力。加上产甜的售后服务体系没建立，屮小型风力 发电机产品大而积出现质量问题，用户对屮小风机产品失去了信心，市场急剧萎 缩，从而使整个小型风力发电机制造行业全面萎缩。 按全国风力机械行业协会2000年对全国小型风力发电机产品销售量的统计， 全国共销售小型风力发电机产品12670台套,其中300w以下的产品12000台套, 并以低质量低价的产詁为主，工业产值不足2000万元，不及一?个屮小企业的年产 值。 造成这种局面的主要原因有如下儿点。 1.1对小型风力发电机的技术难度认识不足 1992年美国宇航局曾发表过一篇文章，说明美国宇航局和波音公司由于对屮 小型风力发屯机的技术难度估计不足，而导致为军方研制的便携式小型风力发电 机失败，文章屮主要提到屮小型风力发电机研制上的困难在于： 屮小型风力发电机所面对的口然环境极为恶劣，由于风受地面粗糙度和障碍 物的影响很大，离地面高度越高，风速越稳定。而屮小型风机受安装高度限制， 而且不能远离用电者居住的地方，所以屮小型风机是工作在风的紊流区域，风速 风向的无规则频繁变化对风机的破坏性很大。 屮小型风力发电机所能提供的能源有限，考虑到单位功率成本的因素，好的 材料和先进的控制技术无法采用，可选择的材料和技术手段有限。长期以来，我 国的小风机研制缺乏对小风机使用环境的研究，比较注重风机的性能测试数据， 缺乏对风机在不同环境下进行运行考核的要求。 1?2产晶的技术要求不合理，配套系统产业各自分离 虽然我国的小型风力发电机技术标准做了调整和修改，但在对小风机的产品 要求上还是按八十年代所订的风机标准来要求，-?个最显著的特点就是要求风机 的额定风速在6?8m/s,这是极不合理的。因为小型风力发电机受技术手段的限 制，只能采用定浆距叶片，当风速人于额定风速时，风机的限速机构必须开始动 作，否则就可能会烧毁发电机。风机限速后，输出功率急速下降，从而大大缩小 了风机的有效工作风速范囤。 以年平均风速4?5m/s的地区为例（这也是我国西北部偏远地区较普遍的风 资源条件），下图为该地区全年风速的吋表分布图和风能密度分布图。 相对于国际上通行的做法（将风机的额定风速定在10?13m/s的范围以 体现对风能利用最大化的原则），我国的小风机额定风速定得低，主要是希望风 机的有效T作吋间长，较长吋间满足用户的用电需求。这种考虑是有局限性的。 风能和太阳能一样，是随机性很强的能源，而且能量密度低，希望风力发电机在 任何条件下都能满足用户的用电要求是不现实的，要尽可能满足用户的用电要 求，最好的办法是采用风光互补发电系统，而不是降低风机的额定风速。 屮小型风机的额定风速定得低，主要有以下几方面问题：1）降低了风机的 利用率：风力发电机的效率本来就不高，如果我们再把风能的有效利用区域限得 很窄，不利于对风能的充分利用。2）增加了风机的成木和技术难度：风能是随 风速的三次方成正比的，额定风速定得低，同等功率下风机的成本要高很多（我 国小风机的重量是国外同功率产品的3?5倍）。风机处于限PG电子模拟器 PG电子网站速状态的机率大，时 间长，相应的产生故障的机会大，产品生产的技术难度大。3）与国际丄同类产 品的技术要求不接轨，丧失了国际市场上进行产品竞争的能力：太阳能热水器、 太阳能光伏都是按较高的光照强度来考核的，为什么屮小型风机一定要按低风速 來考核？这显然是不合理的，这对屮小型风机产业的发展不利。 此外，无论风力发电系统还是风光互补系统，都由控制系统和储能系统组成 等配套产业组成，发电系统、控制系统、储能系统各分家，是整合后系统稳定 性差的根本原因，也是H前改行业的技术壁垒。使最终用户衡量考察屮小型风力 发电及风光互补新能源发电技术产牛误差。独立各个系统都是合格的，在各种恶 劣的自然环境下一整合系统就是劣质的，不是控制系统不当就是储能系统和发电 系统配比不适合等，体现在用户而前的不仅仅是单…发电系统的发电效率、低风 速启动、低风速储能、抗大风保护等，还涉及到控制系统的智能控制、低电压升 压、充放电控制等，储能系统的选择、配比、等等一系列衍生的产业问题。 1.3价值和价格的严重背离限制了行业的发展 长期以來,我国小风机的定位是面向偏远贫困地区的农牧民，要他们买得起, 所以价格要低。这种指导思想严重制约了行业的发展。 实际上风机的价格只有太阳能电池的1/4?1/5 （按单位输出功率测算），但 现在国家实施“送电到乡”工程，大量采用光伏电站，而不是风力发电机，原因 是太阳能电池可靠，而风机可靠性太差。屮小风机行业实际上是以牺牲可靠性去 迎合市场的低价格，结果使行业走入了死胡同。 太阳能热水器、太阳能光伏都是先走高价位，随着产业的规模扩大、生产成 本降低、技术进步，才大幅度降价的。屮小风机一开始就定在低价位，产品没有 利润，企业没有发展后劲。而国家的资金支持- ?直在向大风电和科研倾斜而没有 鼓励屮小风机及风光互补产业的发展，屮小风机及风光互补产业甚至处于--个被 遗忘的角落，致使屮国的屮小风机产业滑落到现在的状况。这两年随着“绿色照 明”、“节能、减排”政策出台才给行业带来了新的生机。 1.4缺乏市场监管机制 我们的屮小型风力发电机产品有较完整的国家标准，包括产品性能标准和安 全标准，但市场上销售的产詁绝人部分没有经过国家检测机构的检测和认证，劣 质产品充斥市场，风机伤人事件时有发生。大量的用户买了产品不出三个月就没 有了使用价值，都尢处投诉，整个行业就没有形成有效的市场机制。所以，生产 企业也不考虑产品的售后服务和质量跟踪，致使屮小风机产品失去了用户的信 任，失去了市场。 2?现在 屮小型风力发电机的可靠性问题是制约产业发展的核心问题。当风神风电科 技有限公司在2003年决定进入小型风力发电机制造业时就调查研究过各方面的 问题，我们对国际上各种小型风力发电机进行了认真的解剖和分析，确定了产品 设计和制造的基本思路：确定了放弃单机械限速机构，通过机械制动和电磁限速 相结合的方式对风力机进行限速保护的思路；参照国际上通行的做法，把风力机 的额定风速定在12m/s的风速状态；采用风力机的全部零部件模具化制造的生产 工艺，确保部件的高效率和产晶的一致性。 根据这个基本思路，我们花了近三年的吋间，经过四代产品的更新换代，到 2006年才把FS系列风力机进行了产品定型并投放市场，使产品实现了产业化。 如果使小型风力机形成产业，我们认识到以前把市场定位在偏远农牧民的思路是 不正确的。偏远地区的农牧民最需耍电，但他们没有购买力，这种购买力不仅仅 在经济能力上，还表现在心理丄。他们希望能和城里人一样用电交电费，他们有 这个能力，只是国家不能给他们送电，他们是最贫困的人却要买最贵的电，这不 合理。有需求而没有购买力则不能形成市场，小型电力机的

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