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我国风力发电健康发展策略  

2016-10-19 16:49:08|  分类: 生产工艺 |  标签: |举报 |字号 订阅

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能源是现代经济的重要支撑,是人类社会生存和发展的重要基础。能源兴,则经济强;经济强,则国家兴。随着科技的飞速发展,以煤炭、石油、天然气为代表的常规能源的过度消耗,使得能源短缺和环境污染成为限制各国发展的主要问题。相比而言,我国是一个“富煤贫油少气”的国家,独特的能源结构决定我国除了寻求煤炭的清洁化利用之外,开发清洁可再生的新能源是国家能源战略的核心组成部分。

  一、我国风力发电存在的问题及原因

  1.风电规划、基础配套设施建设制约风电产业发展

  我国现有的风电场大部分位于我国西北、华北和东北等地区的草原和戈壁。虽然风能资源十分丰富,但这些地区距离负荷中心较远,电网结构也比较薄弱,制约了风能资源的开发和利用。并且随着风电场规模在短期内不断扩大,这一挑战愈发严峻。同时,风电产业的规划严重滞后于发展,主要集中在基础配套设施建设滞后、缺乏足够的资源评价基础和科学预见性、国家与地方规划缺乏相互衔接等。因此,局部地区出现了严重的弃风限电的现象。

  从自然禀赋的角度看,在这些风电资源比较丰富的三北边远地区进行基础设施建设的难度比较大,并且单纯从能源输送的角度来看,投入产出比并不高。应该从高耗能产业转移的角度对基础设施的建设规模和力度重新评价。此外,电网建设不可能无限制地膨胀,风力发电的输送也不能简单依赖电网的无休止建设。风力发电未来发展的出路主要在于技术创新,如风电制氢、储能技术、智能微网和能源互联网等,这些举措都给风电的输送和消纳提供了新的解决方案。

  2.风力发电依赖于政府补贴政策

  我国建立了完善的风电补贴机制和保障性收购政策,通过财政补贴大力扶持风力发电产业发展,使得这两年我国成为全球风力发电增速和装机量最高的地区。目前我国的风电补贴部分占比相对较高,尤其是火电标杆上网电价低的地区,如新疆的哈密地区,2015年底已并网的风电电价为0.51元/千瓦时,火电标杆电价为0.25元/千瓦时,补贴占比高达51%。然而,从欧洲走过的路来看,巨额财政补贴不仅催生了行业发展过热、产能过剩等负面效应,而且对财政造成了巨大压力。为此,从2011年开始,欧洲多个国家对新能源补贴机制作了调整,陆续推出一系列削减或停止新能源上网电价补贴的政策。从实际效果看,政府的长期巨额补贴存在诸多负面效应,注定是不可持续的。[2]

  3.风机制造商依靠国外技术支撑

  我国大部分风机制造商通过购买国外的核心技术实现量产,核心技术缺乏、关键设备及材料依赖进口问题比较突出。这一方面加大了风电机组的生产成本,使得目前风机单位千瓦造价维持在4000元水平;同时导致技术更新换代较慢,风机关键核心技术的改良升级仍然需要依靠国外提供支撑;再加上风机厂商稂莠不齐,风机稳定性较差、故障率较高、有效利用率较低、维修养护不到位、备品备件不能及时供应等因素,导致发电小时数受到风电场自身技术制约较大,度电成本降低阻力较大。

  4.风机单机额定功率较小,浪费风力资源和土地资源

  风机是风力发电的重要组成部分,其发电效率直接影响到整个风电行业的发展。目前由于技术原因和风电场存在的建设施工难度等问题,通常使用额定功率较小的风电机组,造成了风力资源和土地资源的浪费,影响到风力发电的可持续发展。[3]因此,风力发电技术应结合市场的发展趋势以及人们的用电需求等及时改进,向着高单机额定功率的方向发展。

  二、我国风力发电健康发展的策略选择

  1.合理做好风电整体发展规划

  为了合理有效地利用风能资源,同时确保电网安全可靠运行,国家要根据能源发展规划,本着有序、合理的原则,确定风力发电总量规划和财政补贴总体规划,进行风力发电地理分布规划、电网建设规划和政策扶持规划。应当高度关注涉及风力发电建设的各个职能部门和工作单位的有序合作,由国家能源局牵头,在国家层面成立由多部委职能机构组成的风电产业发展的协调机构,保证各项规划和政策之间不矛盾、不冲突。

  2.合理做好电网建设规划

  我国的西北、东北、华北以及东部沿海地区的风力资源比较丰富,其中西北、东北、华北大部分区域远离负荷中心,整体处于西电东输、北电南输的局面,电网建设的滞后造成了电能的巨大浪费。

  加强电网建设、完善电网规划是今后一项长期性的工作。电网配套设施要与建设大型百万千瓦级风电场的要求进行统一规划,利用地理信息系统、电网分布资料,结合经济评价分析,进行风能资源评价和地质条件勘探,合理布局电网送出通道。尤其是在我国西北地区还是要继续建设特高压外送线路,以及在特高压主干线附近建设区域性的环形线路,这样才能充分利用好我国西北地区充沛的风力资源。同时鼓励高耗能行业往西北等风能资源禀赋充足的地方转移,以减少对电网建设的依赖程度。此外,西部地区和北方地区的风力发电建设项目应当尽量靠近或置于国家输电干线,最大限度缓解弃风限电。

  3.加快推进资源整合形成行业良性发展格局,降低风电成本

  近年来,我国风电行业历经了高速、粗放的发展阶段,已经进入行业结构优化调整期。随着市场调控与整合进程的加快,国内风电场、整机行业的集中度逐渐提高,这将促进零部件行业的加速整合。

  2015年,中国风电有新增装机的整机制造商为26家,大部分新增装机容量集中在少数的几家风机制造商。这26家整机制造商中,核心技术大部分通过买断国外技术来实现。但市场上风机制造商依然良莠不齐,部分厂家的风机出现了风机叶片断裂、风机主机烧毁、故障率较高等问题。为了减少此类现象,建立完善的风电产业秩序,国家应该鼓励风机制造商之间进行合作,对风机平台技术整合,通过共享平台制造优质稳定的风机,减少由于过度竞争导致的资源浪费,加快推进整机零配件通用化、国产化进程,降低研发和制造成本,最终达到降低风机成本和度电成本的目的。目前主流的兆瓦级风力发电机组整机采用1.5MW、2MW、3MW、5MW、6MW平台,从政策层面上积极参与国际风电标准的制定,推动风机配件的通用化,是我国风机制造发展的重要策略。

  4.加快风力发电技术,研发陆地大功率、低风速风力发电机组

  风电机组单机容量增大有利于提高风能利用效率,扩大风电场的规模效应,减少风电场的占地面积,降低单位成本。2005年以前,750kW以下如600kW机组是主流机型,2005至2008年750kW机组开始成为主机流型,期间1.5MW机组已经开始研制并推向市场。2008至2014年,1.5MW机组开始引领市场。2015年至今,2MW至3MW风机逐渐成为陆上风机主流机型。

  随着风电机组单机容量的不断增大,其尺寸和重量也相应加大,为了便于运输和安装,要求机组在结构设计上做到紧凑、柔性和轻盈化。在推进风力发电技术的过程中,应当充分利用高新复合材料加长风机叶片、合理设计调向系统,加快大功率、低风速风力发电机组的研发,为我国未来低风速地区风电产业的发展做足技术储备。[4]

  从政策层面上,国家应制定相关鼓励措施研究大功率、整机一体化、轻量化风机技术;建立健全以企业为主导的风电创新机制,在学习世界先进技术的同时,激发企业创新内生动力,培育一批具有国际竞争力的风电技术创新领军企业,推动企业成为风电技术与产业紧密结合的重要创新平台。

  5.加快推进海上风电发展

  海上风电场的开发进一步加速了大容量风电机组的研发。目前我国单机容量为5MW、6MW的风电机组已经进入商业化运营。美国已经研制成功7MW风电机组,并正在研发10MW机组;英国10MW机组也正在设计进行中,挪威正在研制14MW的机组,欧盟则正在考虑研制20MW的风电机组。可见,全球各主要风电机组制造厂商都在为未来更大规模的海上风电场建设做前期开发准备。

  我国的海上风电资源比较丰富,根据中国气象局详查的初步结果,在我国5-25m水深的海域内,50m高度风电可装机容量约2亿千瓦;5-50m水深、70m高度风电可装机容量约5亿千瓦。由此可见,大力发展海上风力发电市场,有效利用我国海上风能资源是发展我国风力发电产业的重要布局。[5]

  6.加快推进风力发电储能技术的发展

  应用于风力发电系统的储能技术应当满足循环使用寿命长、储能密度高、耐高压冲击、适用温度范围广、无污染等特点。目前,能够适用于风力发电系统的储能技术主要有电池储能、飞轮储能、抽水储能、超导、压缩空气储能以及电容器储能等。其中电池储能需要解决电池组寿命低,无法适应剧烈的环境温度变化等问题;飞轮储能需要进一步降低储能成本;抽水储能、压缩空气储能等技术高度依赖电站所处的地理环境,因此适用范围有限;电容器储能需提高储能密度具加大关键储能材料的研发。因此,未来需要加大风电储能技术及其关键材料的研发,以适应大功率风力发电机组的应用需求。

  7.加强专业人才培养体系建设

  我国风力发电产业尚未构建从设计、制造、营销、系统安装、调试及运营管理的人才培养体系,风力发电技术研发和管理人才严重不足,复合型人才更是紧缺。加强人才培养体系建设势在必行。在人才培养体系中,大学、科研院所、风电企业应承担不同的职责。如,高等职业技术学院侧重于培养风力发电企业生产制造、系统安装及调试人才;普通本科院校侧重于培养营销及运营管理人才;研究型大学和科研院所侧重于培养风电技术研发与设计人才;风电企业与大学联合培养负荷型人才和高级企业经营管理人才。

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