风电在中国

综述风电在中国陈宗器郝红珍摘要在节能减排声中,风电是最优绿色能源之一,本文概述了我国风电在全球中的地位,发展里程、风电行业的崛起(国产化率已达到79%)以及今后发展亟应解决的问题关键词:绿色能源;风力机;风电专业1世界风电行业形势表1世界主要风电国家装机容量(单位:万kW)份丹麦哥本哈根召开。本届会议由192个国家的环境别、/2001010041000年递增2009年12月719日,联合国气候变化大会在部长和其他官员们参加;商讨(京都议定书}期 593217400(9412 12079 5790 249516016851735629.5承诺到期后的后续方案,就未来应对气候变化的全德国1843206222252390257715.5球行动签署《哥本哈根协议》,为发达国家实行强制西班牙28410016214716511减排和发展中国家采取自主减缓行动作出了安排,丹麦2343231430416316并就全球长期目标、资金和技术支持、透明度等焦965109216260607[12212581542点问题达成广泛共识。对温室气体,美国作出承诺6亿600亿巴西20年减排31%39%:日度表示200年不明湖/令在190年础上到2020年减排17%,到2050年减利“|z2|2121203排80%以上;欧盟表示2020年可减排20%-30%;荷兰46239单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降因为依靠政府政策引导以及立法支持。如丹麦通过20%-25%;:我国温家宝总理表态2020年单位国内征收碳排放税,对绿色电源实行国家财政补贴,包生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%45%括电价补贴、投资补贴、科研经费补贴,对风电规众所周知,所谓温室气体主要是CO2、甲烷、定电网必须收购量。德国则通过《可再生能源法》,N2O、HFC、PFC、和SF66种,前3种主要是煤电对发展可再生能源实行各种补贴,致使1997-2007厂和天然气电厂排放的,排放量最大。所以目前世年德国风电超越美国而位居全球首位。风电始祖丹界上鼓励“低碳经济”、“碳零排放”、“绿色电麦由于国土较小,风电已经饱和而退位,然而其发源”主要指的是水电、风电、核电和光伏发电。电量占全国总发电量的22%,比例之高居全球首位。1973年以来,由于石油危机的频频出现,人们电技术是一项综合性的高技术。它涉及空气动不得不把眼光落在环境污染少、技术成熟的风力发力学、结构动力学、材料科学、声学、机械L程、动电上。表1列出2000-2009年世界主要风电国家装力工程、电气工程、控制技术、气象学、环境科学等机容量。多个学科和多种领域,并相互交叉。凡是风电装机容从表1看出我国在世界风电的排位,由2000年量居前的国家,都有本国著名的风电设备制造商作为的第9位,到2005年的第8位,2006年的第6位,技术支撑。由于风电市场竞争激烈,个别知名厂商被2007年的第5位,2008年的第4位,直到2009年并购,一些大的跨国公司开始介入风电行业。目前世的第3位,几乎每年升一级,真可谓进步不小,中界著名的风电厂商有丹麦 vestas,美国 GE wind、中国风电活力无穷。国华锐、德国 Enercon、中国金风、西班牙 Gamesa、欧洲风电发展最为耀眼,其风电装机占世界风中国中国煤化工ns、德国 Repower电装机的60%以上。之所以发展如此之快,主要是等CNMHG额列于表2中。2010年第12期电气技术1综述表22009年世界10大风电制造商的市场份额(单位:%)Vestas GE Wind华锐 Enercon金风Gmes东汽 Suzlon Siemens Repower其他最近欧洲趋向发展海上风电市场,因其风速比声影响面小。但海上安装复杂,要抗台风、防盐雾陆地高20%,发电量可增加70%,机组利用率可以潮气,代价较高。表3列出了2000至2008年9月提高到30%40%;同时占地比陆上容易,景观及噪欧洲已造海上风电场概况表3全球已建近海风电场概况(2000年至2008年9月)建成年离岸km水深佃m□丿商台数装机Mw丹 Midde Landen2000BonasB76202040丹 Horns Rer00214~206~12v80-20803520Bmus8:423_103丹丹丹丹近岸浅水001近岸浅水32423Vestas丹FreB82423丹 Frederiksharm20035~9.5B82423l65.6英Byh2003Vestas66-2.0英 Scorby Sands234~8stasV80-20Kentish Flatsv90-3.0英721~23veas英荷荷v80-2.06000000000瑞典 Utgranden20007-10 Enron Wind Enron1,4257瑞典 Yhre stengrunden2016-10 NEGMicon NM72-20德 Wilhelmshafen2004近岸3Enercon EI12-45德 Breitling爱尔兰 rklow Bank03102~3GEGE10436另有资料表明,截止2008年底,欧洲已造24在海上风电场的开发中,风机价格占到总投资的处海上风电场,装机容量1423MW,在建18处,装30%~50%:基础设施占15%~25%:并网成本占机容量2406MW,到2020年总规划装机700001%6~30%,安装费占成本的30%单机容量10MW海上风电机正在研制中。2我国风电为什么这样火最新资料表明,至2009年全球海上风电发展最我国风电行业之所以能快速发展,主要基于下猛的国家累计装机容量英国为894MW,丹麦为列原因6259MW,荷兰为2468MW,瑞典为163.3MW(1)风电是典型的资源节约型和环境友好型的Repower公司为德国 Alpha Ventas海上风电场提供发电方式。它是一种清洁的永久持续能源,与传统了10台6MW海上风力机,该机的机舱和叶轮组件能源相比,不依赖化石燃料,没有燃料供求和价格总重达450,并采用了高压双馈感应发电机及配套风险,不排放温室气体和污染环境,能源回报率高;变流器,叶片长615m。该风电场离岸约40km,造与水电相比,不淹没土地,不产生移民问题;与核价巨大,每千瓦造价超过35万元人民币电相比,不产生难以处理的核废料以及一旦出事造200年,在新增海上风力机装机容量方面,西成的灾难性事件:与生物质能发电方式相比,不产门子以703%的市场份额位居第一, Vestas以192%生中国煤化工要庞大的物料收集的市场份额位居第二。在累计海上装机方面,西门系子50.3%的市场份额高于 Vestas39%的市场份额。HCNMHG对低廉,且占地相↓竹式费用及问题比较2电呵术2010年第12期综述表4各种发电方式比较发电方式/投资费燃料费用运背费用上网电价能源回报率元/kw)元MWh)A元MWb)A元MWh)/(产能/用能难点问题8~34并网、储能4000150~40025~53温室气体排放核能100000核废料15014~16核泄漏物质能10000250~6507030燃料收集困难水能800-000小水电27030水库式250~250移民(2)我国幅员辽阔,风能资源丰富。根据我国达总电力供应量的64%气象局公布的我国首次风能资源详细评价取得的发根据表4,我国风电上网电价为0.55元,虽然展和阶段性成果表明,我国陆上离地面50m高度达比不上水电,但与煤电相比,价格尚嫌过高,但如到3级以上风速的风能资源潜在开发量为23.8亿果煤电要考虑建设煤矿、运煤铁路和公路,建设火kW,其中技术可开发量级为6亿kW。此外,我国电机组的脱硫脱硝装置,实施碳排放税,其电价甚东部沿海水深5~-25m的海域,50m高风能资源经济至就可能会超过风电电价可开发量级为2亿kW。风能资源总量远超我国水能另外,风电建设周期短,整机及其配套零部件资源,完全可期望在2050年达到数亿kW容量,成全系工厂化生产,安装调试单机仅需3个月,一座为水力发电后又一种大规模可再生能源发电方式。而30MW的风电场也只需17个月就可以建成且我国风电资源丰富地区主要在新疆、甘肃、内蒙、东北高原或草原地带以及沿海丘陵、岛屿或滩涂地3中国风电发展的基本历程带。那里地瘠民穷,人口稀少。虽然由于风能资源密中国首座风电场是山东荣城风电场,1986年5度低,建设一座10MW的风电场,至少需用地2km2,月安装3台丹麦esas5W风电机,此后发展缓建设大型风电场需要占用大片土地但它并不影响当慢,199年才达57MW,2000年风电装机才排名地放牧或水产养殖,不扰民,且为民谋福利全球第9位。进入新世纪以后并网风电场有较大发(3)我国风电行业已经初具规模。2003年以展,从20020年,并网风电场数顺次为25、32来,国家采取政府支持和市场机制相结合的方式,40、43、59、68、158、199423处,到20090年风连续组织了七期风电特许权招标项目,有力地推动电装机已排名世界第3位。概括说来,我国并网风了风电规模化发展。通过许可证转让、技术引进、电发展大致可分为3个阶段联合和自主设计等方式,特别是众多资深电机和机(1)初期示范阶段(1986-1993年)械制造商以及所有发电集团参与风电开发,进步突此阶段主要是利用国外赠款及贷款,建设小型飞猛进,已形成风电行业的产业链。表5列出我国示范风电场,政府的扶值主要是在资金方面,如投风力机市场的国产化率资风电场项目及风力机的研制。认识上囿于风电只表5我国风力机市场的国产化率(单位:%)能小打小闹,成不了气候,同时入网也困难,进展年份20042005200120072008200十分缓慢。国内产品18227448559n279(2)产业化建立阶段(1994-2003年)国外产品827735524412820.91994年规定电网管理部门允许风电场就近上(4)风电技术日趋成熟,成本越米越低,在国网,电价按发电成本加还本付息,合理利润的原则外已接近煤电成本。根据美国最新资料,2009年美确定,高出电网平均电价部分,其差价采取均摊方国风电总装机量35159MW,其发电量占总发电量式,由全网共同担负,电网公司统一收购处理。投24%。当年投入风电投资210亿美元,增加风电容资者保障,贷款建设风电场开始发展。其量9gMW,每个风电场平均规模约为90MW,造后国中国煤化工限延长到15年,价每千瓦2000美元,平均单机容量为174MW,风增值CNMHG体制向竞争性市电成本已达到每千瓦时6美分,预计2030年风电可场改革,风电由于成本高,发展缓慢。2010年第12期电气技术3综述(3)规模化及国产化阶段(2003年迄今)截止到2009年底,我国已累计安装风电机2043台,为了大规模商业化开发风电,国家发改委从总容量达21066MW,拥有员工约3000人。西班牙2003年起推行风电特许权项目,每年一期,通过招 Gamesa2006年起在天津设厂,提供850kW中型风标选择投资商和开发商,目前已经进行了七期。通力机,截止到2008年底,在华装机已超过500MW过特许权项目招标的实践,可以看出这是国家发展2010年在白城建厂生产2MW机组。美国GE电的重要举措,它明确了风电不参与电力市场竞Wind2007年起沈阳工厂投产,在中国市场主要销售争,对规定的上网电量承诺固定电价;电网公司投1.5MW机组,目前累计销售895台,其中已运行688资建设连接风电场的输变电设施:降低上网电价,台,2009年安装53台,2010年将安装154台。印度打破电力部门办电网的垄断,吸引国内外投资者, Suzlon2006年起生产15MW风力机,从2007年到提出对机组国产化率的要求等。促进了近几年风电2008年末已在华安装200台机组。德 Repower在华的大发展,可见表6所示。建立合资厂瑞能北方风电公司可生产MM82型低温表62003-2009年中国风电装机增长型2MW机组,已在广东陆丰甲湖安装24台,山东份20032004200520062007200东营河口安装25台,机组配有先进的控制系统,具新增容1974981342|3425618113600有低压穿越、无功补偿等功能,平均可用率达98%量MW比上年2123476521063131510514此前还为浙江运达及金风提供过750kW生产许可增幅证,为东汽提供2MW生产许可证。另外西门子公司各地为了贯彻胡锦涛总书记的科学发展观,认2009年在上海临港建叶片和机舱厂,生产23MW和真落实温家宝总理在哥本哈根会议作出的节能减排36MW叶片,生产能力年500MW. Nordex在银川的许诺,纷纷发展风电,特别是贫瘠的三北地带,建5MW机组装配厂,在东营建立叶片厂。西班牙它也是一种扶贫的举措,可以带动当地就业。表7 Acciona在南通建合资风力机厂。上述厂商它们在列出了我国电装机排名前8名省市。MW级风力机,特别是海上风力机拥有相当实力。表7我国风电装机排名前8名省市4我国风电行业的崛起风电装机容量/kW序号省区209年年年近4年来,我国风电场建设进程突飞猛进,表现新增比例%出强劲的发展态势。从表6能看出4年连续的装机翻内蒙古2303637675210090数)辽宁番,到200年全国已拥有423座风电场,单台风机平l1892北|629ll016均容量已从2001年的681kW,跃升到2009年的龙江42758351503)1360kW,而欧洲为2000美国为174W,林47691579全球平均为1599kW。众所周知,随着单台容量的提6江苏31.6高,风电场投资可大幅度下降,风电成本也随之下降甘肃「298376新疆63.51截止到2009年底我国已安装风电机2581万kW,并风电达2268万kW,累计发电量516亿kW,规根据国家《新能源产业振兴规划》,2020年我划要求到2015达到9000W,2020年达到1.5亿国风电总装机容量将达1.5亿kW,规划中将打造7kW,表8列出到200年底我国风电市场分配表,可个千万千瓦级风电基地,其中甘肃酒泉规划3565万充分说明我国风电行业已达到相当水平新疆哈密2000万kW,内蒙古东部3000万kW,目前我国已有风电整机厂82家,国内企业大致江苏1000万kW包括近海700万kw,吉林西部2300可以分为三个梯队,第一梯队为华锐、金风、东汽万kW,主要在松原市和白城市三家已占国内市场555%;第二梯队为明阳、国电在前几期风电特许权项目中,有国产化率70%联合动力、运达、上海电气、常州新誉、湘电、南的要求,迫使外商输出技术或在中国合资和独资建车时代、北重等企业:第二梯队则为其余的整机厂厂,图谋在中国庞大的风电市场中分得一杯羹。例如第,上型卦阳市长的147%,当然在中国煤化工丹麦 Vestas2006年在天津建有风电机、机舱、叶片秀。但是有关当局机械厂和控制系统厂,后又在徐州和呼和浩特建厂。认CNMHG发展,风电制造业的生产能力急速扩张,大批兆瓦级新型机组产品匆4电气蔹术2010年第12期综述表82009年止我国风电市场分配表定桨距失速型和变速变桨距型对变速变桨距型发电业名称累计装机MW市场份额%机组,从风轮到发电机的驱动方式可分为3种:第华锐种是通过多级增速箱驱动双馈异步发电机,简称双馈东汽3328.512.9式。第二种是风轮直接驱动多极同步发电机,简称为明阳直驱式(或无齿轮箱式)。直驱式发电机具有传动链国电联合动力能量损失小,维护费用低,可靠性高等优点,在市场5402.520.9上正在占有越来越大的份额。第三种是单级增速装其他8445加多极同步发电机技术,简称混合式,混合式设计旨258053在融合双馈式和直驱式机组的优点而避免其缺点忙投入规模化生产和野外运行,随之而来的是产品般风力机具有机械、液压、控制、电气、偏质量问题越来越突出,风电机组可利用率达不到航及制动六大系统。其部件则有叶片、轮毂、风轮、95%的要求,加大了风电项目的技术和经济风险。塔架、齿轮箱、发电机、机舱底座等。我国制造的国家能源局将准备提出《行业准入标准》要求准入“软肋”主要在主轴承、控制系统、变流器3个方企业能生产大于等于2MW整机,生产能力年达面。对我国气候特征,应考虑耐低温、耐沙尘暴、100万kW以上,改扩建不小于50万kW,并且要耐飓风、耐盐雾、耐雷暴、高原等特殊要求。求有5年以上的从业经历。这些条款可能会抑制住目前业界意见对风电发展亟需解决的问题是并风电制造厂的盲目发展。下面介绍国内风电巨头。网、储能和有序发展三个主要问题。华锐风电科技集团股份有限公司,2006年从大连(1)国内外进行的一些研究表明,当电网电压重工脱颖而出,其技术最初来自奥地利 Windtec和跌落到一定数值时,如果不采取任何技术措施,双Fuhrlander,现已有完全自主知识产权1MW、3MW馈感应发电机风力发电系统就将会被电网切除。这双馈式变桨变速型风力机。拥有大连、盐城、包头、酒种情况在风电比例不高的电力系统中是可以接受泉四个基地,职2000,2000年营业额超过130亿的,但对主要风电机组组成的电力系统就会造成电元。其中产品通过德国劳埃德船级社认证,截止200。网电压和频率崩溃,给工业生产带来巨大损失。直年运行风机2000,可利用率达96%。2010年1月成驱多极同步发电机发电后,通过交直交变换后并立海上风电技术装备研发中心,其3Mw海上风电机入电网,已被证实在低电压运行特性方面拥有出色34台,已安装在上海东海大桥,200年6月8日已并的性能。电网公司已对并网付出了很大努力,200网运行。2009年曾出口印度10台15MW风力机。年全国总安装容量为2581万kW,而并网风力机达新疆金风科技股份有限公司1998年成立,是风电228万kW,并网率达88%。然而电网公司对强大行业的元老,它已收购德国 Vensys公司,200年营电风基地和当地弱势电网感到非常棘手业额107亿元,利润达20亿元,拥有北京亦庄、乌鲁(2)风电具有的随机性、间歇性和不可持续性,木齐、包头、酒泉、西安、大丰、德国 Neunkirchen曾一度被电力界称为“垃圾电”,欧洲有关人士曾七个制造基地,职员2527人,拥有制造、投资、服务、说过,风电总量不可能超过电网总量的22%,否则零部件公司200年生产1.MW机组1391台,70W对整个电能质量有较大影响。然而目前丹麦风电量机组782台。截止到2000年9月30日完成安装4691已占全国电量的22%仍然安全运行。原因是丹麦属台。2009年曾出口美国3台15MW风力机。于北欧电网一部分,当风电富余时,挪威的抽水薔东方汽轮机厂1974年投产,主要生产电站用汽能电站就可将风电储存起来。但是目前国内筹建的轮机,2004年引进德国 Repower技术生产L5MW、酒泉、哈密、蒙东、蒙西、河北、江苏和吉西7个2MW、1.0MW风电机其配套件国产化率达80%。千万千瓦级风电基地,如何送出是一个大问题,鉴拥有德阳和天津两个生产基地。2009年1月至9月于后5个基地附近都有大电网可以消纳,只有酒泉共生产风力机15015万kW,截上200年共生产风及哈密如何消纳风电,是值得关注的问题,其附近电机4387万kW属缺5我国风电发展亟待解决的问题人曾HH中国煤化工能电站。因此有CNMHG或者建立火电群,前我国安装的基本都是水平轴风力机,主要有(下转第9贝)2010年第12期电气技术5研究与开发5结论对三相电压型逆变器采用低功耗电压空间矢量调制技术进行控制,通过合理选择开关频率和零矢量放05050505105150520.5250530535置,降低开关损耗,减少谐波。双重傅里叶级数定量(a)逆变器输出线电压波形和频谱分析,可得出输出线电压中不含采样频率整数Fundamenta (0Hz)2806, THD 65.793倍次谐波:不含3次及3的倍次谐波以及不含偶次基带谐波;谐波大部分分布在外部边带和第二个载波组的边带上,减少了内部边带谐波。低功耗 SVPWM技术与SPWM技术相比从总体上减小了开关输出波形的总谐波畸变率,且直流电压利用得到了提高。考文献[1] Trzynadlowski A M, Kirlin R L, Legowski S F. Spaceb)输出线电压的谱图vector PWM technique with minimum switching losses图5M=1时SPwM频谱分析and a variable pulse rate[J]. IEEE Trans on IndustrialFFT. 2 df 50 cycles of selected sinaElectronics,199944(20):173-18l[2]袁泽剑钟彦儒杨耕等.基于空间电压矢量的最小开关损耗PwM技术电力电子技术1993332-153]杨贵杰孙力崔乃政等.空间矢量脉宽调制方法的研050.5050510.5150520550530535究门中国电机工程学报2001,21(5):7982(a)逆变器输出线电压波形4]王立乔林平张仲超.最小开关损耗空间矢量调制的ndwm)·348,TD4%谐波分析[电力系统自动化200327(21):30-345]陈伯时.电力拖动自动控制系统—运动控制系统[M],北京:机械工业出版社200696]刘风君.现代逆变技术及应用M]北京:电子工业出版社,20069.LIL[周克亮译电力电子变换器PwM技术原理与实践[M],北京:人民邮电出版社,20102(b)输出线电压的频谱图图6M=1时 SVPWM频谱分析由图5与图6对比可以看出,当调制度M1时,作者简介SVPWM控制相对于SPWM控制的直流电压利用率张红嫣(1974-),女,山西新绛人,研究方向:交流调速及节能控从0.866提高到1,提高了15%,谐波总畸变率从制技术6679%降为5242%且 SVPWM控制方式下低次谐波含量较小,谐波幅值也大大降低(上接第5页)将火电与风电打捆后送出。在美国发展出一种插电的,但是风电制造业确实有些过多,有些盲目发展式电动车分布式储能装置在夜间充电,与风电高度有些不具资质的企业,投入巨额的投资,一旦将来发电时段正好吻合。但笔者认为这还是一种小容量揽不到业务而破产,对整个国家来讲也是一个巨大的储能装置,对千万千瓦级风电群起不了多大作用。的损(3)风电有序发展问题。目前有舆论声称我国入标YHa中国煤化工《风电制造业准CNMHG遏制作用风电发展有些发疯了。其实风电对我国还是很需要2010年第12期电气技术9