论文部分内容阅读
摘要：能源危机的日趋严重，优化能源结构、发展清洁环保的可再生能源迫在眉睫。风能是一种清洁环保的可再生能源，随着国家政策的支持和风力发电技术的不断发展，风力发电越来越得到人们的重视，并将在新能源发电中扮演重要的角色。本文阐述了我国的风力发电现状，分析了我国的风力发电的发展现状，并对我国的风力发电问题进行了分析探讨。
关键词：风力发电；发展现状；问题分析
中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：
引言
风能作为一种清洁的可再生能源，日益受到青睐。在各类新能源中，风力发电是技术相对成熟、具有大规模商业开发条件、成本相对较低的一种， 因此受到各国的高度重视。 全球风电发展覆盖70多个国家，装机容量每年增长超过 30%。据预测，到2020 年全球的风力发电装机将达到12.31亿kW，是2002年世界风电装机容量的38.4 倍，年安装量达到1.5 亿 kW， 风力发电量将占全球发电总量的12%。
一、我国的风力发电现状
2005年2月，我国国家立法机关通过了《可再生能源法》，明确指出风能、太阳能、水能、生物质能及海洋能等为可再生能源，确立了可再生能源开发利用在能源发展中的优先地位。2009年12月，我国政府向世界承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，把应对气和变化纳入经济社会发展规划，大力发展包括风电在内的可再生能源与核能，争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。随着新能源产业成为国家战略新兴产业规划的出台，风电产业迅猛发展，有望成为我国国民经济增长的一个新亮点。
我国自上世纪80年代中期引进55kW容量等级的风电机投入商业化运行开始，经过二十几年的发展，我国的风电市场已经获得了长足的发展。到2009年底，我国风电总装机容量达到2601万kW，位居世界第二，2009年新增装机容量1300万kW，占世界新增装机容量的36%，居世界首位。可以看出，我国风电产业正步入一个跨越式发展的阶段，预计2010年我国累计装机容量有望突破4000万kW。
从技术发展上来说，我国风电企业经过“引进技术—消化吸收—自主创新”的三步策略也日益发展壮大。随着国内5WM容量等级风电产品的相继下线，以及国内兆瓦级机组在风电市场的普及，标志我国已具备兆瓦级风机的自主研发能力。同时，我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高，国产机组的国内市场份额逐年提高。目前我国风电机组整机制造业和关键零部件配套企业已能已能基本满足国内风电发展需求，但是像变流器、主轴轴承等一些技术要求较高的部件仍需大量进口。因此，我国风电装备制造业必须增强技术上的自主创新，加强风电核心技术攻关，尤其是加强风电关键设备和技术的攻关。
二、我国的风力发电发展现状
1、风电企业的装机容量
现代风力发电技术面临的挑战及发展趋势主要在于如何进一步提高效率、提高可靠性和降低成本。作為提高风能利用率和发电效率的有效途径，风力发电机单机容量不断向大型化发展。从20世纪80年代中期的55kW容量等级的风电机组投入商业化运行开始，至1990年达到250kW，1997年突破1MW，1999年即达到2MW。进入21世纪，兆瓦级风力机逐渐成为国际风电市场上的主流产品。2004年德国Repower即研制出第一台5MW风电机，Enercon开发出第二代直驱式6WM风电机，预计2013年单机容量将突破15MW。从世界范围来看，1.5MW-2MW的机型占世界机组容量的比例，已从2007年的63.7%飞速上升到80.4%；而在我国，2005年风电场新安装的兆瓦级风电机组占当年新装机容量的21.5%，而2009年比例已经上升到86.86%。这表明容量风电机组已经成为我国风电市场上的主流产品。
2、风电企业机组控制技术水平
控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键技术，这是因为：
（1）自然风速的大小和方向随着大气的气压、气温和湿度等的活动和风电场地形地貌等因素的随机性和不可控性，这样风力机所获得的风能也是随机和不可的。
（2）为使风能利用率更高，大型风力发电机组的叶片直径大约在60m~100m之间，因此风轮具有较大的转动惯量。
（3）自动控制在风力发电机组的并网和脱网、输入功率的优化和限制、风轮的主动对风以及运行过程中故障的检测和保护中都应得到很好的利用。
（4）风力资源丰富的地区通常环境较为恶劣，在海岛和边远的地区甚至海上，人们希望分散不均的风力发电机组能够无人值班运行和远程监控。这就对风力发电机组的控制系统可靠性提出了很高的要求。
因此，众多学者都致力于深入研究风力发电的控制技术和控制系统，这些研究工作对于风力发电机组优化运行有极其重要的意义。计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，甚至向智能型控制发展。
定桨距型风力机指桨叶与轮毂的连接是固定的，即桨距角固定不变，当风速变化时，桨叶的迎风角度固定不变。失速型是当风速高于额定风速，利用桨叶翼型本身所具有的失速特性，即气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，将发电机的功率输出限制在一定范围内。失速调节型的优点是简单可靠，当风速变化引起输出功率变化时，只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不做任何控制，使控制系统大为简化。其缺点是叶片重量大，桨叶、轮毂、塔架等部件受力较大，机组的整体效率较低，也使得这些关键部件更容易疲劳磨损。
变速恒频风力发电机组是近年来发展起来的一种新型风力发电系统，其转速不受发电机输出功率的限制，而其输出电压的频率、幅值和相位也不受转子转速的影响。与恒速风电机组相比，它的优越性在于：低风速时能够跟踪风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时利用风轮转速的变化调节风力机桨距角，在保证风电机组安全稳定运行的同时，使输出功率更加平稳。变速恒频风力发电机组通过励磁控制和变桨距调节来实现最佳运行状态。变桨距是根据风速和发电机转速来调整叶片桨距角，从而控制发电机输出功率，由传动齿轮箱、伺服电机和驱动控制单元组成。随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，以得到理想的输出功率。变桨距风力发电机组的优点是：输出功率平稳，在额定点具有较高的风能利用系数，具有更好的起动性能与制动性能，能够确保高风速段的额定功率。
三、我国的风力发电问题分析
1、风能资源探测数据的准确性
风作为一种气候要素，不仅具有日、月、年变化的特点，同时还具有年际变化的特征，一个地区少风年的风能有时是多风年的风能的一半。因此，要估算一个区域的风能潜力，如果仅凭某一年或几年的数据，其结果肯定是不可靠的。
目前，我国风能资源评估主要利用离地10m高的测风资料，但随着风机高度的逐步提高，由过去的几十米达到如今的百米以上，这一数据发生了很大的变化，10m高的测风资料已经不能完全满足风电场的需求。
2、风电上网问题
风电场的建设风风火火，但另一方面，不少建成的风电场却被闲置，利用率较低。风电“发得出，送不出”的情况并非个别现象，粗略估算，全国有1/3 的风电装机并网项目处于空转状态，造成巨额投资闲置。制约风电发展的最主要瓶颈是上网问题。
国家在政策上要求电网企业无条件接纳风电入网，但实际上电网企业表现并不积极。电网企业限制风电上网的一个重要原因认为风电不稳定，时有时无、时强时弱，对电网形成冲击。
风电的间歇性和不稳定性，而且在并入电网后会对电网造成一定的沖击，使电的品质下降，有人甚至将风电戏称为“垃圾电”。为了使风电满足入网条件，使上网的电尽可能稳定，电网运营商需要在风机和电网之间加入调峰电源(调节电力负荷峰谷差的发电机组)，建设500万kW的风电，理论上需1000万kW 调峰电源调峰，而这无疑将增加企业的成本，企业积极性不高也就理所当然了。“上网难”的根本原因还是风电缺乏规划、无序开发。
3、风电企业的不良竞争
中国大力发展风电创造了巨大的市场需求，国内大批企业进驻风电行业。在市场竞争初期，拿到更高的市场份额，将有利于遏制竞争对手，获得更大的市场利益。为了迅速实现生产，很多风电企业到国外去买技术。风力发电机虽是高科技产品，生产却很容易，买来图纸，和风电场签订供货合同后，把四处采购的配件装在一起，就成了一台台能够赚取利润的风力发电机。
大批企业买来图纸后，很短时间就开始大规模生产，并且签下巨额订单，这也导致目前一些国产兆瓦级风机已经出现问题，达不到标准，返修率很高。由于没有掌握核心技术，当风机出现问题自己也无法进行维修，请外国专家来维修，又是一大笔巨额的维修费。
大批风机企业的大规模生产必然导致产能过剩，产能过剩就直接引发了风机行业的价格战，以金风科技为例，风机的毛利润率已经从2007 年的29.46%，下降到2012 年上半年的23.4%。价格方面，一年前，金风科技单机容量1.5 MW 的GW77-1500机型，价格是6400 元·kW-1，同样的产品，在2012 年5 月价格却变成了5400元·kW-1，下跌了将近16%。这也是风机制造商今年利润大幅降低的主要原因。
4、风机质量问题
已投入运营的风机质量问题将在今后5年凸显出来，对未来风力发电的发展带来困扰。风力发电在最近几年发展过快，国外成熟市场中一台风机从研发、实验到实际进入市场开始发电需要5~10 年的时间。而中国市场最近5 年风力发电市场的急速发展导致众多风机从研发到实际运行的时间缩短为1~3 年。风机在运行中的不稳定和研发时期的准备不足导致的一系列问题将在今后几年中暴露出来，成为风电发展的主要障碍。
5、风电上网电价较高，纯风电远距离外送不具备经济可行性
在纯风电远距离外送方式下，由于风电上网电价较高，且因输电通道利用率很低，致使输电成本较高，导致纯风电输送到达受端电网的落地电价很高，因纯风电外送落地电价比受端标杆价格高很多，所以纯风电外送不具备经济可行性。我国制定了相应的风电价格和税收政策，对风电实行招标电价制度和增值税率减半征收。但由于企业竞争激烈，竞相压价，造成风电项目基本上是微利运行、甚至亏损，不能起到激励产业发展的目的；虽然对风电减半征收增值税，但因风能为无成本能源，风电项目的增值税基本没有进项税额可抵扣，所缴纳税款均为应税税款，所以税收负担仍然较重，我国的风电成本仍较高。
结束语
从能源、环境和可持续发展的角度出发，发展风力发电势在必行。大力发展电力，能给风电行业带来契机，同时会伴随而来许多的问题，我国需要完善体制，建立风电技术研究基地，善于应用国家调控，风电发电一定会朝着更好更强的方向不断发展。总之，风电以丰富的资源、良好的环境效益等特点，必将成为21 世纪中国重要的电源。
参考文献：
[1]中国可再生能源学会风能专业委员会(CWEA).2010年中国风电装机容量统计[J]. 风能，2011，6(03):34-40.
[2] 孟卫东，李平，司林波.我国风电设备整机制造业的现状及对策分析[J].燕山大学学报(哲学社会科学版)，2010，11(2):51-54.
[3]谭忠富，邓强，龙海.我国风力发电存在的问题分析[J].华北电力大学学报，2009，15(6): 8-10.
[4]任丽荣.我国风力发电现状及其技术发展[J].科技经济市场，2011（04）.
[5]徐盼，何强.我国风电产业问题及对策分析[J].现代商贸工业，2010（06）
关键词：风力发电；发展现状；问题分析
中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：
引言
风能作为一种清洁的可再生能源，日益受到青睐。在各类新能源中，风力发电是技术相对成熟、具有大规模商业开发条件、成本相对较低的一种， 因此受到各国的高度重视。 全球风电发展覆盖70多个国家，装机容量每年增长超过 30%。据预测，到2020 年全球的风力发电装机将达到12.31亿kW，是2002年世界风电装机容量的38.4 倍，年安装量达到1.5 亿 kW， 风力发电量将占全球发电总量的12%。
一、我国的风力发电现状
2005年2月，我国国家立法机关通过了《可再生能源法》，明确指出风能、太阳能、水能、生物质能及海洋能等为可再生能源，确立了可再生能源开发利用在能源发展中的优先地位。2009年12月，我国政府向世界承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，把应对气和变化纳入经济社会发展规划，大力发展包括风电在内的可再生能源与核能，争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。随着新能源产业成为国家战略新兴产业规划的出台，风电产业迅猛发展，有望成为我国国民经济增长的一个新亮点。
我国自上世纪80年代中期引进55kW容量等级的风电机投入商业化运行开始，经过二十几年的发展，我国的风电市场已经获得了长足的发展。到2009年底，我国风电总装机容量达到2601万kW，位居世界第二，2009年新增装机容量1300万kW，占世界新增装机容量的36%，居世界首位。可以看出，我国风电产业正步入一个跨越式发展的阶段，预计2010年我国累计装机容量有望突破4000万kW。
从技术发展上来说，我国风电企业经过“引进技术—消化吸收—自主创新”的三步策略也日益发展壮大。随着国内5WM容量等级风电产品的相继下线，以及国内兆瓦级机组在风电市场的普及，标志我国已具备兆瓦级风机的自主研发能力。同时，我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高，国产机组的国内市场份额逐年提高。目前我国风电机组整机制造业和关键零部件配套企业已能已能基本满足国内风电发展需求，但是像变流器、主轴轴承等一些技术要求较高的部件仍需大量进口。因此，我国风电装备制造业必须增强技术上的自主创新，加强风电核心技术攻关，尤其是加强风电关键设备和技术的攻关。
二、我国的风力发电发展现状
1、风电企业的装机容量
现代风力发电技术面临的挑战及发展趋势主要在于如何进一步提高效率、提高可靠性和降低成本。作為提高风能利用率和发电效率的有效途径，风力发电机单机容量不断向大型化发展。从20世纪80年代中期的55kW容量等级的风电机组投入商业化运行开始，至1990年达到250kW，1997年突破1MW，1999年即达到2MW。进入21世纪，兆瓦级风力机逐渐成为国际风电市场上的主流产品。2004年德国Repower即研制出第一台5MW风电机，Enercon开发出第二代直驱式6WM风电机，预计2013年单机容量将突破15MW。从世界范围来看，1.5MW-2MW的机型占世界机组容量的比例，已从2007年的63.7%飞速上升到80.4%；而在我国，2005年风电场新安装的兆瓦级风电机组占当年新装机容量的21.5%，而2009年比例已经上升到86.86%。这表明容量风电机组已经成为我国风电市场上的主流产品。
2、风电企业机组控制技术水平
控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键技术，这是因为：
（1）自然风速的大小和方向随着大气的气压、气温和湿度等的活动和风电场地形地貌等因素的随机性和不可控性，这样风力机所获得的风能也是随机和不可的。
（2）为使风能利用率更高，大型风力发电机组的叶片直径大约在60m~100m之间，因此风轮具有较大的转动惯量。
（3）自动控制在风力发电机组的并网和脱网、输入功率的优化和限制、风轮的主动对风以及运行过程中故障的检测和保护中都应得到很好的利用。
（4）风力资源丰富的地区通常环境较为恶劣，在海岛和边远的地区甚至海上，人们希望分散不均的风力发电机组能够无人值班运行和远程监控。这就对风力发电机组的控制系统可靠性提出了很高的要求。
因此，众多学者都致力于深入研究风力发电的控制技术和控制系统，这些研究工作对于风力发电机组优化运行有极其重要的意义。计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，甚至向智能型控制发展。
定桨距型风力机指桨叶与轮毂的连接是固定的，即桨距角固定不变，当风速变化时，桨叶的迎风角度固定不变。失速型是当风速高于额定风速，利用桨叶翼型本身所具有的失速特性，即气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，将发电机的功率输出限制在一定范围内。失速调节型的优点是简单可靠，当风速变化引起输出功率变化时，只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不做任何控制，使控制系统大为简化。其缺点是叶片重量大，桨叶、轮毂、塔架等部件受力较大，机组的整体效率较低，也使得这些关键部件更容易疲劳磨损。
变速恒频风力发电机组是近年来发展起来的一种新型风力发电系统，其转速不受发电机输出功率的限制，而其输出电压的频率、幅值和相位也不受转子转速的影响。与恒速风电机组相比，它的优越性在于：低风速时能够跟踪风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时利用风轮转速的变化调节风力机桨距角，在保证风电机组安全稳定运行的同时，使输出功率更加平稳。变速恒频风力发电机组通过励磁控制和变桨距调节来实现最佳运行状态。变桨距是根据风速和发电机转速来调整叶片桨距角，从而控制发电机输出功率，由传动齿轮箱、伺服电机和驱动控制单元组成。随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，以得到理想的输出功率。变桨距风力发电机组的优点是：输出功率平稳，在额定点具有较高的风能利用系数，具有更好的起动性能与制动性能，能够确保高风速段的额定功率。
三、我国的风力发电问题分析
1、风能资源探测数据的准确性
风作为一种气候要素，不仅具有日、月、年变化的特点，同时还具有年际变化的特征，一个地区少风年的风能有时是多风年的风能的一半。因此，要估算一个区域的风能潜力，如果仅凭某一年或几年的数据，其结果肯定是不可靠的。
目前，我国风能资源评估主要利用离地10m高的测风资料，但随着风机高度的逐步提高，由过去的几十米达到如今的百米以上，这一数据发生了很大的变化，10m高的测风资料已经不能完全满足风电场的需求。
2、风电上网问题
风电场的建设风风火火，但另一方面，不少建成的风电场却被闲置，利用率较低。风电“发得出，送不出”的情况并非个别现象，粗略估算，全国有1/3 的风电装机并网项目处于空转状态，造成巨额投资闲置。制约风电发展的最主要瓶颈是上网问题。
国家在政策上要求电网企业无条件接纳风电入网，但实际上电网企业表现并不积极。电网企业限制风电上网的一个重要原因认为风电不稳定，时有时无、时强时弱，对电网形成冲击。
风电的间歇性和不稳定性，而且在并入电网后会对电网造成一定的沖击，使电的品质下降，有人甚至将风电戏称为“垃圾电”。为了使风电满足入网条件，使上网的电尽可能稳定，电网运营商需要在风机和电网之间加入调峰电源(调节电力负荷峰谷差的发电机组)，建设500万kW的风电，理论上需1000万kW 调峰电源调峰，而这无疑将增加企业的成本，企业积极性不高也就理所当然了。“上网难”的根本原因还是风电缺乏规划、无序开发。
3、风电企业的不良竞争
中国大力发展风电创造了巨大的市场需求，国内大批企业进驻风电行业。在市场竞争初期，拿到更高的市场份额，将有利于遏制竞争对手，获得更大的市场利益。为了迅速实现生产，很多风电企业到国外去买技术。风力发电机虽是高科技产品，生产却很容易，买来图纸，和风电场签订供货合同后，把四处采购的配件装在一起，就成了一台台能够赚取利润的风力发电机。
大批企业买来图纸后，很短时间就开始大规模生产，并且签下巨额订单，这也导致目前一些国产兆瓦级风机已经出现问题，达不到标准，返修率很高。由于没有掌握核心技术，当风机出现问题自己也无法进行维修，请外国专家来维修，又是一大笔巨额的维修费。
大批风机企业的大规模生产必然导致产能过剩，产能过剩就直接引发了风机行业的价格战，以金风科技为例，风机的毛利润率已经从2007 年的29.46%，下降到2012 年上半年的23.4%。价格方面，一年前，金风科技单机容量1.5 MW 的GW77-1500机型，价格是6400 元·kW-1，同样的产品，在2012 年5 月价格却变成了5400元·kW-1，下跌了将近16%。这也是风机制造商今年利润大幅降低的主要原因。
4、风机质量问题
已投入运营的风机质量问题将在今后5年凸显出来，对未来风力发电的发展带来困扰。风力发电在最近几年发展过快，国外成熟市场中一台风机从研发、实验到实际进入市场开始发电需要5~10 年的时间。而中国市场最近5 年风力发电市场的急速发展导致众多风机从研发到实际运行的时间缩短为1~3 年。风机在运行中的不稳定和研发时期的准备不足导致的一系列问题将在今后几年中暴露出来，成为风电发展的主要障碍。
5、风电上网电价较高，纯风电远距离外送不具备经济可行性
在纯风电远距离外送方式下，由于风电上网电价较高，且因输电通道利用率很低，致使输电成本较高，导致纯风电输送到达受端电网的落地电价很高，因纯风电外送落地电价比受端标杆价格高很多，所以纯风电外送不具备经济可行性。我国制定了相应的风电价格和税收政策，对风电实行招标电价制度和增值税率减半征收。但由于企业竞争激烈，竞相压价，造成风电项目基本上是微利运行、甚至亏损，不能起到激励产业发展的目的；虽然对风电减半征收增值税，但因风能为无成本能源，风电项目的增值税基本没有进项税额可抵扣，所缴纳税款均为应税税款，所以税收负担仍然较重，我国的风电成本仍较高。
结束语
从能源、环境和可持续发展的角度出发，发展风力发电势在必行。大力发展电力，能给风电行业带来契机，同时会伴随而来许多的问题，我国需要完善体制，建立风电技术研究基地，善于应用国家调控，风电发电一定会朝着更好更强的方向不断发展。总之，风电以丰富的资源、良好的环境效益等特点，必将成为21 世纪中国重要的电源。
参考文献：
[1]中国可再生能源学会风能专业委员会(CWEA).2010年中国风电装机容量统计[J]. 风能，2011，6(03):34-40.
[2] 孟卫东，李平，司林波.我国风电设备整机制造业的现状及对策分析[J].燕山大学学报(哲学社会科学版)，2010，11(2):51-54.
[3]谭忠富，邓强，龙海.我国风力发电存在的问题分析[J].华北电力大学学报，2009，15(6): 8-10.
[4]任丽荣.我国风力发电现状及其技术发展[J].科技经济市场，2011（04）.
[5]徐盼，何强.我国风电产业问题及对策分析[J].现代商贸工业，2010（06）