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风能的优缺点及发展前景

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发布日期:2018-04-16 浏览次数:67
核心提示:本文主要介绍了风能的优缺点、经济前景、我国目前现状等内容。随着环境污染问题的突出,各国均开始大力发展可再生能源,对于风力发电的应用越来越受到各国的重视,我国已在酒泉市建立了中国第一个千万千瓦级超大型风电基地。

风能是空气流动所产生的动能,风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量,属于可再生能源。近年来各国为持续发展可再生能源,对于风能的使用技术越来越纯属,风能可用作风力发电

优缺点

优点

风能为洁净的能量来源。

风能设施日趋进步,大量生产降低成本,在适当地点,风力发电成本已低于其它发电机。

风能设施多为不立体化设施,可保护陆地和生态。

风力发电可再生能源,很环保,很洁净。

风力发电节能环保。

缺点

风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类,如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失。目前的解决方案是离岸发电,离岸发电价格较高但效率也高。

在一些地区、风力发电的经济性不足:许多地区的风力有间歇性,更糟糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时间;必须等待压缩空气等储能技术发展。

风力发电需要大量土地兴建风力发电场,才可以生产比较多的能源。

进行风力发电时,风力发电机会发出庞大的噪音,所以要找一些空旷的地方来兴建。

现在的风力发电还未成熟,还有相当发展空间。

限制及弊端

风能利用存在一些限制及弊端

1)风速不稳定,产生的能量大小不稳定;

2)风能利用受地理位置限制严重;

3)风能的转换效率低;

4)风能是新型能源,相应的使用设备也不是很成熟。

5)在地势比较开阔,障碍物较少的地方或地势较高的地方适合用风力发电

经济前景

经济价值

利用风来产生电力所需的成本已经降低许多,即使不含其他外在的成本,在许多适当地点使用风力发电的成本已低于燃油的内燃机发电了。风力发电年增率在2002 年时约25%,现在则是以38%的比例快速成长。2003年美国的风力发电成长就超过了所有发电机的平均成长率。自2004 年起,风力发电更成为在所有新式能源中已是最便宜的了。在2005 年风力能源的成本已降到1990年代时的五分之一,而且随着大瓦数发电机的使用,下降趋势还会持续。

西班牙

位于西班牙东北方Aragon的La Muela,总面积为143.5平方公里。1980年起,新任市长看好充沛的东北风资源而极力推动风力发电。近20年来,已陆续建造450座风机(额定容量为237MW),为地方带来丰富的利益。当地政府并借此规划完善的市镇福利,吸引了许多人移居至此,短短5年内,居民已由4,000人增加到12,000人。La Muela已由不知名的荒野小镇变成众所皆知的观光休闲好去处。

法国

另法国西北方的Bouin原本以临海所产之蚵及海盐著名,2004年7月1日起,8座风力发电机组正式运转,这8座风机与蚵、海盐三项,同时成为此镇之观光特色,吸引大批游客从各地涌进参观,带来丰沛的观光收入。

台湾

台湾的苗栗县后龙镇好望角因位处滨海山丘制高点,早年就是眺望台湾海峡的好去处,近几年外商在邻近区域,设置了21座高100米的风力发电机,形成美不胜收的景致。该公司在2003年,看中苗栗沿海冬天强劲东北季风,着手在后龙、竹南等地设立风力发电机,其中后龙成立了大鹏风力发电场,建置21座风机,发电总装置容量达4.2万瓩,是目前全台容量最大的风场,2006年6月竣工启用后,俨然成为观光新景点,吸引不少人前往探访。好望角位在半天寮顶端居高临下,向北可看到4、5座风机,往南也可望见3、4座风机,加上海线铁路从山下行经,面临宽阔的台湾海峡,风景相当引人入胜,也成为欣赏风力发电机最佳景点之一。

主要技术

①水平轴风电机组技术。因为水平轴风电机组具有风能转换效率高、转轴较短在大型风电机组上更突显了经济性等优点,使它成为世界风电发展的主流机型,并占有95%以上的市场份额。同期发展的垂直轴风电机组,因为转轴过长、风能转换效率不高,启动、停机和变桨困难等问题,目前市场份额很小、应用数量有限,但由于它的全风向对风和变速装置及发电机可以置于风轮下方(或地面)等优点,近年来,国际上的相关研究和开发也在不断进行并取得一定进展。

②风电机组单机容量持续增大,利用效率不断提高。近年来,世界风电市场上风电机组的单机容量持续增大,世界主流机型已经从2000年的500~1000千瓦增加到2004年的2~3兆瓦,目前世界上运行的最大风电机组单机容量为5兆瓦,并已开始10兆瓦级风机的设计与研发。

③海上风电技术成为发展方向。目前建设海上风电场的造价师陆地风电场的1.7~2倍,而发电量则是路上风电场的1.4倍,所以其经济性仍不如陆地风电场,随着技术的不断发展,海上风电的成本会不断降低,其经济性也会逐渐凸显。

④变桨变速、功率调节技术得到广泛采用。由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全和高效等优点,今年来在大型风电机组上得到了广泛采用。

⑤直驱式、全功率变流技术得到迅速发展。无齿轮箱的直取方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障,可有效提高系统的运行可靠性和寿命,减少维护成本,因而得到了市场的青睐,市场份额不断扩大。

⑥新型垂直轴风力发电机。它采取了完全不同的设计理念,并采用了新型结构和材料,达到微风启动、无噪声、抗12级以上台风、不受风向影响等优良性能,可以大量用于别墅、多层及高层建筑、路灯等中小型应用场合。以它为主建立的风光互补发电系统,具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点,也解决了太阳能发展中对电网的冲击等影响。 

各国鼓励政策

风力发电自80年代开始受到欧美各国重视以来,至今全球风电发电量以每年30%的惊人速度快速成长。世界各国的再生能源推动制度,主要可分为:

固定电价系统(fixed-price systems):由政府制订再生能源优惠收购电价,由市场决定数量。其主要之方式包括:

1.设备补助(investment subsidies):丹麦、德国及西班牙等在风力发电发展初期,皆采行设备补助的方式

2.固定收购价格(fixed feed-in tariffs):德国、丹麦及西班牙

3.固定补贴价格(fixed-premium systems)

4.税赋抵减(tax credits):美国

固定电量系统(fixed quantity systems ):又称再生能源配比系统(renewable-quota system ,美国称为 Renewable Portfolio Standard),由政府规定再生能源发电量,由市场决定价格。其主要之方式包括:

1.竞比系统(tendering systems):英国、爱尔兰及法国

2.可交易绿色凭证系统(tradable green certificate systems):英国、瑞典、比利时、意大利及日本

两种推动制度之用意为形成保护市场,透过政府的力量让再生能源于电力市场上更具投资效益,而其最终目的为提升技术与降低成本,以确保再生能源未来能于自由市场中与传统能源竞争。

各国增长态势

德意志银行最新发布的研究报告预计,全球风电发展正在进入一个迅速扩张的阶段,风能产业将保持每年20%的增速,到2015年时,该行业总产值将增至目前水平的5倍。

从目前的技术成熟度和经济可行性来看,风能最具竞争力。从中期来看,全球风能产业的前景相当乐观,各国政府不断出台的可再生能源鼓励政策,将为该产业未来几年的迅速发展提供巨大动力。

根据预计,未来几年亚洲和美洲将成为最具增长潜力的地区。中国的风电装机容量将实现每年30%的高速增长,印度风能也将保持每年23%的增长速度。印度鼓励大型企业进行投资发展风电,并实施优惠政策激励风能制造基地,目前印度已经成为世界第5大风电生产国。而在美国,随着新能源政策的出台,风能产业每年将实现25%的超常发展。在欧洲,德国的风电发展处于领先地位,其中风电设备制造业已经取代汽车制造业和造船业。在近期德国制定的风电发展长远规划中指出,到2025年风电要实现占电力总用量的25%,到2050年实现占总用量50%的目标。

而一直以来在风能领域处于领先地位的欧洲国家增长速度将放慢,预计在2015年前将保持每年15%的增长速度。其中最早发展风能的国家如德国、丹麦等陆上风电场建设基本趋于饱和,下一步主要发展方向是海上风电场和设备更新。英国、法国等国仍有较大潜力,增长速度将高于15%的平均水平。

目前,德国仍然是全球风电技术最为先进的国家。德国风电装机容量占全球的28%,而德国风电设备生产总额占到全球市场的37%。在国内市场逐渐饱和的情况下,出口已成为德国风电设备公司的主要增长点。

德国政府将通过价格补贴等手段支持该行业通过技术创新保持领头羊地位。今年,德国将再次修订《可再生能源法》,将海上风电场入网补贴价格从每千瓦时9.1欧分提高到14欧分。

在中国,2006年国家发改委会、科技部、财政部等8部门联合出台了《“十一五”十大重点节能工程实施意见》。依据十项节能重点工程的标准以及政府支持环保节能产业的政策导向,未来工业设备节能更新改造、建筑节能、节油及石油替代以及可再生能源这几大节能领域将获得快速发展。

目前,根据行业杂志《风能世界》载录,中国市场最热的可再生能源,比如风能、太阳能等产业。风能资源则更具有可再生、永不枯竭、无污染等特点,综合社会效益高。而且,风电技术开发最成熟、成本最低廉。根据“十一五”国家风电发展规划,2010年全国风电装机容量达到500万千瓦,2020年全国风电装机容量达到3000万千瓦。而2006年底,全国已建成和在建的约91个风电场,装机总容量仅260万千瓦。可见,风机市场前景诱人,发展空间广阔。

我国现状

储量与分布

我国位于亚洲大陆东部,濒临太平洋,季风强盛,内陆还有许多山系,地形复杂,加之青藏高原耸立我国西部,改变了海陆影响所引起的气压分布和大气环流,增加了我国季风的复杂性。冬季风来自西伯利亚和蒙古等中高纬度的内陆,那里空气十分严寒干燥冷空气积累到一定程度,在有利高空环流引导下,就会爆发南下俗称寒潮,在此频频南下的强冷空气控制和影响下,形成寒冷干燥的西北风侵袭我国北方各省(直辖市、自治区)。每年冬季总有多次大幅度降温的强冷空气南下,主要影响我国西北、东北和华北,直到次年春夏之交才消失。 夏季风是来自太平洋的东南风、印度洋和南海的西南风,东南季风影响遍及我国东半壁,西南季风则影响西南各省和南部沿海,但风速远不及东南季风大。热带风暴是太平洋西部和南海热带海洋上形成的空气涡漩,是破坏力极大的海洋风暴,每年夏秋两季频繁侵袭我国,登陆我国南海之滨和东南沿海,热带风暴也能在上海以北登陆,但次数很少。 

酒泉市现已建起中国第一个千万千瓦级超大型风电基地,为中国最重要的风电基地。

青藏高原地势高亢开阔,冬季东南部盛行偏南风,东北部多为东北风,其他地区一般为偏西风,夏季大约以唐古拉山为界,以南盛行东南风,以北为东至东北风。 我国幅员辽阔,陆疆总长达2万多公里,还有18000多公里的海岸线,边缘海中有岛屿5000多个,风能资源丰富。我国现有风电场场址的年平均风速均达到 6米/秒以上。一般认为,可将风电场风况分为三类:年平均风速6米/秒以上时为较好;7米/秒以上为好;8米/秒以上为很好。可按风速频率曲线和机组功率曲线,估算国际标准大气状态下该机组的年发电量。我国相当于 6米/秒以上的地区,在全国范围内仅仅限于较少数几个地带。就内陆而言,大约仅占全国总面积的 1/100,主要分布在长江到南澳岛之间的东南沿海及其岛屿,这些地区是我国最大的风能资源区以及风能资源丰富区,包括山东、辽东半岛、黄海之滨,南澳岛以西的南海沿海、海南岛和南海诸岛,内蒙古从阴山山脉以北到大兴安岭以北, 新疆达板城,阿拉山口,河西走廊,松花江下游,张家口北部等地区以及分布各地的高山山口和山顶。

太阳辐射的能量到地球表面约有2%转化为风能风能是地球上自然能源的一部分,我国风能潜力的估算如下: 风能理论可开发总量(R),全国为32.26亿千瓦,实际可开发利用量(R’),按总量的 l/ 10估计,并考虑到风轮实际扫掠面积为计算气流正方形面积的 0.785倍〔1米直径风轮面积为 0.5²×π= 0.785(平方米)〕,故实际可开发量为: R’=0.785R÷10=2.53(亿千瓦)。

中国属于能源进口大国,利用可再生能源是当务之急,特别是在中国风资源丰富的广大的农村地区,中国政府应加大对风电设备的购买补贴,包括太阳能电池板屋顶的补贴,如果全国农村家用电能做到一半自给,能可以节约电能每年20亿度以上 。希望国家加大这方面运作力度。

开发潜能

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/㎡的等值线平行于海岸线;沿海岛屿有效风能密度在300W/㎡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。

酒泉市、新疆北部、内蒙古也是中国风能资源丰富地区,有效风能密度为200~300W/㎡,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/㎡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/㎡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(除酒泉市)、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/㎡以下,全年中风速大于和等于3m/s的时数在2000h以下,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。

风能作为可再生能源,在各国都得到了推广与使用,这是大自然的馈赠,风力发电可为我们节省出数目惊人的电量,我国作为能源丰富的国度,未来应该大力发展风力发电行业。

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