风能展望

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  继油电提价后,水利部宣布,水价也即将上涨,“能源”当之无愧地成为2008年的年度热词。传统的化石能源不但储量越来越少,其环境危害也为人诟病。在《南方周末》开展的一项有关能源的调查中,有49.6%的人认为,中国应优先发展无害环境的新能源。
  然而,所谓的绿色新能源并不尽人意。批评声浪最高的是生物质能源,主要集中在美国的玉米乙醇。生产一油箱的玉米乙醇要消耗掉超过这些乙醇所能提供的能量;更重要的是,将能源与农产品价格挂钩,也就间接推动了粮食食品价格的上涨。联合国食品权利特派记者让·齐格勒的言辞更为激烈,在他看来:把粮食高产农田用于生物燃料生产是一项反人类罪行。
  在可再生能源中,太阳能的潜力可以说是最为巨大的了。但是目前太阳能的两种直接集中发电方式:太阳能光电和太阳能热电,都只适合用于沙漠附近而不适用于工农业用地。另外太阳能电池的生产中如果为了缩减成本,放弃对有害物质的回收处理,也会对环境带来不小的影响。大型水电项目则有可能会对当地生态系统构成威胁,有造成地质灾害的潜在可能,建设时有可能需要搬迁移民造成社会问题。
  德意志银行的一份报告称,在各类可再生能源中,从目前的技术成熟度和经济可行性来看,风能最具竞争力。
  
  风能的环境影响
  
  风能是指地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同,因而引起各地气压的差异,在水平方向高压空气向低压地区流动,即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。
  风能的优点显而易见它可再生、无污染而且储量巨大。据估算,全世界的风能总量约1300亿千瓦,中国的风能总量约16亿千瓦。 一台单机容量为1兆瓦的风电装机与同容量火电装机相比,每年可减排2000吨二氧化碳、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。目前,世界上约有一百多万台风力提水机在运转。澳大利亚的许多牧场,都设有这种风力提水机。在很多风力资源丰富的国家,科学家们还利用风力发动机铡草、磨面和加工饲料等。利用风力发电,丹麦应用最早,而且使用较普遍。丹麦只有500多万人口,却是世界风能发电大国和发电风轮生产大国,有“风车之国”的美誉。
  在英国,迎风缓缓转动叶片的微型风能电机正在成为一种新景观。家庭安装微型风能发电设备,不但可以为生活提供电力,节约开支,还有利于环境保护。英国著名环保组织“地球之友”的发起人马蒂·威廉历时5年建造了一座住宅,有世界“最环保住宅”的美誉。这座住宅的迎风院墙前就矗立着一个扇状涡轮发电机,随着叶片的转动,不时将风能转化为电能。
  对风能的批评主要集中在噪音和占地面积上。通常风机的叶片在转动时会产生大约50分贝左右的周期性噪音(嗡嗡声)。但是由于大部分风电场都远离居民区,在环境较为恶劣的多风地带,而且现在改进的技术已经使风叶转动的噪音接近背景噪音,不仔细听也听不到,所以这一点已经基本不成问题了。另外关于风机对鸟类的影响、海上风机塔基对于鱼类影响的研究也都证明没有环境危害。目前风电发展的趋势是大功率风机和海上风电,如果功率扩大到已经投产的5MW风机,那么土地的使用量就会缩减到原来的2/5。更重要的是,风电场大多数是建立在自然条件恶劣的荒野之中,而未来的趋势也是要将风电场建在风力资源更丰富的海上,所以就更不会对工农业用地构成明显影响。另外,即使在适宜耕作的土地上建立风电场,在完成建设之后,风机之间的空地还可以用于耕作,实际损失的农田面积要远远小于风电场占用的面积。
  
  生产这些风机是否会对环境造成影响呢?这主要是看生产风机所使用的电能是否来自可再生能源以及生产风机的材料是否可回收再利用。制造风机的主要材料钢铁是可回收利用的,其他高分子材料部分也可以进入能源回收流程。伴随着可再生能源利用规模的扩大,对传统能源的依赖越来越小,制造风机过程中由使用传统能源而造成的环境影响如二氧化碳排放也会不断下降。 必须强调,风机的生产虽然会耗费能源和钢铁,但是相对于传统化石能源来说,风能的环境影响是非常之小的。
  
  风能产业的发展与限制
  
  世界风能在未来20年持续高速增长几乎是肯定的,对其发展最重要的影响因素是政府政策导向和技术的成熟度。世界观察研究所(World Watch Institute)在一份关于2007年世界风能发展的总结报告中说:世界风能总发电装机在2007年底达到了94100兆瓦,比上年增长了27%,之后在2008年4月达到100000兆瓦的顶峰。2007年内新装的大约20000兆瓦比2006年的总装机量超出了31%。在美国,作为新电能来源的风能,装机容量仅次于天然气,而在欧盟,风能则处于新能源的领头羊地位。
  中国风能资源丰富,根据中国气象科学研究院绘制的全国平均风功率密度分布图,我国陆地10米高度层的风能总储量为32.26亿kW。这个储量称作“理论可开发总量”,实际可开发的风能资源储量为2.53亿kW,近海风场的可开发风能资源是陆上的3倍,据此,我国可开发的风能资源约为10亿kW。
  我国的风力发电始于上世纪90年代,直到2005年通过了《可再生能源法》后,才以几乎每年翻一番的速度,真正大规模地发展起来。2005年,前能源部部长黄毅诚、前电力部部长史大桢、前核工业部部长蒋心雄、中国工程院院士范维唐以及前三峡工程副总指挥秦中一等我国能源界元老,在参加完中国风电发展战略研讨会后,向温家宝总理提交了一份建议,在10到20年内将我国风力发电装机容量扩大到总装机容量的2%到10%。建议侧重提出在发展风能产业过程中,政府应给予适当的政策支持,包括电价倾斜、企业税收以及进口设备适当的税收优惠,还包括在立项、融投资等方面给予适当倾斜。这份建议可以说是我国风能产业进入高速发展时期的一个推动力。
  经过两年的高速发展,到2007年,中国风能发电的装机量为3449兆瓦,已经超出了政府2010年的目标(中国2010年的风电装机规划为5000兆瓦)。2008年又有4000兆瓦等待安装。基于目前的增长速度,中国的可再生能源工业协会可再生能源专业委员会 (CREIA)预测中国的风电总装机会在2015年超过50000兆瓦。世界观察研究所因此在报告中说:(2007年世界风能发展)最大的惊喜来自中国。三年前中国在世界风电行业还默默无闻,2007年的装机量却站在了美国和西班牙的后面,而总装机量也排到了世界第五。
  急剧的增长带来了风机严重短缺的矛盾。一个风机大概需要8000个部件,这其中许多部件的供应商需要数年的时间来提升产能。美国受到部件短缺的影响尤其严重,诸多的项目都因此而陷于停顿。结果,一些资金充裕并且有眼光于制定新行业规则的欧洲公司开始全额收购小公司与机构,以此在美国的巨大市场上获得立足点。制造商们目前在调节配置以增加齿轮箱、叶片和其他部件的生产,希望这可以在2009年的某个时候消除风机供应不足。
  
  相比之下,中国的风机制造业还比较落后。达坂城风力发电厂作为中国规模开发风能最早的实验场,一直被冠以亚洲第一大风力发电厂的美誉,但这个项目始终没有向规模化、商业化逐步挺进。主要原因在于,和德国等具有成熟风能产业的国家相比,中国在近20年的时间内并没有投入足够精力进行核心技术的研发,风机的获得至今仍主要依赖进口。目前,国内的风机生产商只有新疆金风能够在市场上分得一杯羹,而这完全得益于其九年前引进了相关的德国技术。
  在过去的15年里,风力发电的成本已经减少了50美分/千瓦,与此同时效率、可靠性和功率都经历了显著的进步。但是近几年发电成本由于风机的短缺、材料成本的上涨和制造商利润的提交而增加。尽管如此,与高成本相反,风能和新的天然气电厂相比仍有竞争力,而且传统的电厂也都在经历建造成本的上涨。伴随着越来越多的国家对煤炭的加价,风能将会变得更加有竞争力。
  欧盟承诺要在2020年使用可再生能源提供20%的初级能源,也就是说在这一地区,可再生能源要在12年后提供35%的电力,比2007年增长15%,风能被认为会是增长的主要部分。其他如美国、中国以及很多国家也有极大的潜力。
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