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中国风力发电与国外存在的关距有多少?

文章来源:云南电力报 | 发布日期:2009-01-20 | 作者:未知 | 点击次数:

    中国风电产业的发展在开发规模、开发水平、技术创新和设备制造等方面与发达国家相比存在着哪些差距?如何缩短这些差距?只有找出差距,才能明确未来的发展方向……

    风力发电是目前可再生能源各种技术中发展最快、技术最为成熟、最具大规模开发和商业化前景的产业,是最有可能成为主流电源的可再生能源技术之一。其所具有的取之不尽、用之不竭、不污染环境、不破坏生态的特点决定了在保证未来人类社会永续发展中必然扮演重要角色。积极促进风电的开发利用,是优化能源结构,保障能源安全,缓解能源利用造成的环境污染,促进能源与经济、能源与环境协调发展的重要的选择,是建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要途径。但是,与发达国家相比,我国风电产业的发展在开发规模、开发水平、技术创新和设备制造等方面都存在一定差距。只有找出差距所在,才能明确未来的发展方向。

    全球风电发展进入一个高速发展的时期

    近十多年来,全球风电产业一直处于持续增长态势,1995~2006年,全球累计装机容量平均增长28.3%,2006年新增装机容量1519.7万kW。其中,美国、德国、印度、西班牙和中国是新增装机容量前5位的国家,分别达到245.4万kW、219.4万kW、184.0万kW、158.7万kW和133.7万kW。2006年底,全球风电累计装机容量为7422.3万kW。在全球风电产业持续快速发展过程中,欧洲风电一直处于领跑地位。按照欧洲几年前制定的发展规划,风电装机容量在2010年要达到4000万kW,而到2005年底,欧洲实际装机容量就已经达到4090.4万kW,已提前5年实现了2010年装机目标。根据欧洲风能协会预测,世界风电装机2010年为2亿kW,2020年为12亿kW,2030年为27亿kW。届时风电将分别占世界总量的2.26%、12%和21%,风电将逐渐成为主要的替代能源。

    中国风电发展呈现良好的势头

    1986年4月,我国第一个风电场在山东荣城并网发电。到2005年底,共有61个风电场建成(不包括台湾的9个风电场)。全国风电装机容量达到126.6万kW,风电机组1864台,分布在15个省(市、自治区、特别行政区)。与2004年累计总装机容量76.4万kW相比,2005年累计装机增长65.6%。风电装机容量约占全国总装机容量的0.25%,风电电量约占全国总电量的0.12%。累计装机容量前3位的省(自治区)是新疆(18.1万kW)、内蒙古(16.6万kW)、广东(14.1万kW)。累计装机容量前3位的风电场是宁夏贺兰山风电场(11.22万kW)、新疆达坂城风电场(8.28万kW)、内蒙古辉腾锡勒风电厂(6.85万kW)。特别是2006年,全年新增装机容量高达133.7万kW,从而使我国总装机容量达到260万kW,与2005年相比,增长了105%。据不完全统计,全国范围内计划在2007年投产的风电装机容量高达300万kW。在过去5年中,单个风电场项目的开发建设规模已从1万kW左右发展到30万kW,高于国外单个项目开发规模。根据刚刚颁布的发展规划,我国风电装机容量到2010年将达到500万kW,2015年达到1500万kW,2020年达到3000万kW。

    全球风力发电机组制造出现新的发展趋势

    首先,风电机组单机容量持续增大。安装大容量机组能够降低风电场运行维护成本,降低整个风力发电成本,从而提高风电的市场竞争力。同时,随着现代风电技术的日趋成熟,风力发电机组技术朝着提高单机容量,减轻单位kW重量,提高转换效率的方向发展。例如,在上世纪90年代,600kW风机占据风机市场的主流。到2001年,新装机的风电场,基本上以MW级以上的风机为主。2000年新装单机容量平均为800kW,2002年平均单机容量达到1400kW,2004年增大到1715kW。在2005年,MW级以上单机装机容量约占当年整个装机容量的75%,其中包括2MW级和3MW级的机组。2004年9月,在德国安装了当时为世界上最大单机容量的风电机组,这就是由德国Repower公司生产的5MW风电机组。其叶轮直径124m,安装在高度为120m的塔架上,额定风速为13m/s。预计到2010年,还将开发出10MW的风电机组。

    其次,变桨距功率可调节型机组发展迅速。由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全、高效等优点,近年来在风电机组特别是大型风电机组上得到了广泛应用。大多数风电机组开发制造厂商,包括传统失速型风电机组制造厂商,都开发制造了变桨距风电机组。在德国2004年上半年所安装的风电机组中,就有91.2%的风电机组采用的是变桨距调节方式。2MW以上的风电机组大多采用三个独立的电控调桨机构,通过三组变速电机和减速箱对桨叶分别进行闭环控制。

    第三,变速恒频技术得到快速推广。随着风电技术以及电力电子技术的进步,大多风电机组开发制造厂商开始使用变速恒频技术,并结合变桨距技术的应用,开发出了变桨变速风电机组,并在市场上快速推广和应用。2004年和2005年,全球所安装的风电机组中,有92%的风电机组采用了变速恒频技术,而且这个比例还在逐渐提高。[NextPage]

    第四,无齿轮箱风电机组的市场份额迅速扩大。无齿轮箱的直驱方式能有效减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障,可有效提高系统运行的可靠性和寿命,可大大减少维护成本,受到了市场的推崇。德国2004年上半年安装的风电机组中,采用无齿轮箱系统的机组占了40.9%。

    第五,全功率变流技术兴起。近年来,欧洲ENERCON、WINWIND等公司都发展和应用了全功率变流的并网技术,使风轮和发电机的调速范围可从0到150%的额定转速,提高了风能的利用范围,改善了向电网供电的电能质量。ENERCON公司还将原来对每个风电机组功率因数的分散控制加以集中,由并网变电站来统一调控,实现了电网的有源功率因素校正和谐波补偿。全功率变流技术成为今后大型风电场建设的一种新模式。

    中国风电机组制造技术与国外先进技术水平的差距明显

    我国1996年以前建成的风电场单机容量基本上是150~300kW,2000年以后以600kW、750kW为主流机型。2001年开始引进4台1.3MW风机安装在辽宁营口仙人岛风电场,2003年在山东即墨风电场安装12台1.3MW单机容量的风电机组。2005年又安装了69台1.5MW风电机组,风轮直径达到70~77m,塔架高65~70m。2005年以来,新疆金风公司、华锐风电、东汽集团等公司通过联合设计或技术引进的方式,陆续推出了各自的国产化率70%以上的MW级风电机组。我国早期生产的600kW及750kW级风电机组一般采用定桨等传统技术,但新近开发的MW级机组都采用了变桨变速技术以提高风电机组的发电效率。国内目前只有新疆金风公司使用无齿轮箱技术开发MW级风电机组,该公司通过与德国Vensys公司的技术合作,研制了1.2MW直驱式风电机组,样机已于2005年5月在新疆达坂城风电场试运行。

    我国与国外先进水平的差距集中表现在大功率风电机组制造技术方面。大功率机组研制面临的主要困难是自然界风速风向变化的极端复杂性,机组要在不规律的交变和冲击载荷下能够正常运行20年。此外,由于风的能量密度低,要求机组必须增大风轮直径捕获能量。当前最大的机组风轮直径和塔架高度都超过110m,机舱重量超过400t,对材料和结构的要求越来越高。上述方面决定了大功率风电机组制造技术不是一朝一夕就能够达到,必须经过长期艰苦的努力。

    以丹麦和德国为例。这两个国家在1970年开始用现代技术研发风电机组,而且采取了许多政策措施培育国内市场,从大量野外工作中积累了丰富经验,形成了非常成熟的技术并制定了完善的检测认证体系。相比来说,国内风电场建设刚起步,在自主研发能力、公共技术平台(如大型叶片试验、传动系统试验、整机测试场等)建设、检测认证体系等方面与国际先进技术水平的差距都在10年以上。

    中国风力发电技术与国外发展差距的成因分析

    归纳起来,造成我国在风力发电技术上差距的原因有以下方面:

    首先,国产风力发电机组技术起步较晚,自主创新能力薄弱。1998年以前,我国基本上以进口风机为主,1998年以后国产化机组才有所增加,由1998年占总装机容量的1.2%到2005年增加到26.4%。但是,我国国产风电机组能够批量生产的是定桨距的600kW、750kW的机组,该风电机组是国外10年前的主流技术的产品。而同期国际上风电机组单机容量的更新速度加快,几乎每两年就有新机型问世。在短短几年中就出现了1.2、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0MW机型,大都为变速恒频风电机组和直接驱动永磁式风电机组。我国目前引进国外1.0MW、1.2MW和1.5MW机组的有20多家公司,但是MW级风电机组的总体设计技术和重要部件的关键技术还没有掌握,特别是自主创新能力薄弱,具有自主知识产权的风电技术缺乏,关键技术受制于人。自主开发的MW级机组只有新疆金风科技公司的1.2MW直驱式风电机组有超过1年的运行经验,其他多只是刚刚竖立样机。

    其次,尚未形成完整的风电产业链。纵观风电产业高度发达的欧洲国家,无不拥有明确有效的风电产业发展链。风电产业发展链需要在风能资源调查、风电规划、风电场项目评估、风电机组设备研发与检测认证、风电场运行维护、风电场性能评估、甚至风电场的建设与转让等方面都建立合格的工作团队,并允许其均衡发展。国内在2003年才将风电场风能资源评估和规划、可行性研究等前期工作逐步规范,并根据一系列前期技术规定,规范了风电开发的前期管理。但整个中国风电产业仍面临缺乏有效的机组检测认证、运行评估与安全鉴定等一系列问题,并在一定程度上构成了风电发展的瓶颈。

    第三,缺乏持续稳定的市场需求。造成市场容量小的原因,一是风电电价较低。从2003~2005年三次招标的电价来看,无论是最低的0.382元/kWh,还是最高的0.519元/ kWh,几乎全都是以最低电价中标,与目前成本对照,这些项目将面临亏损的风险,相对低的投资回报率不仅影响项目工程质量,也影响潜在投资者的积极性,更影响了地方经济和整个风电产业的健康发展。二是电网的制约。《可再生能源法》虽明确规定可再生能源发电就近上网,电网公司全额收购。但在风力资源好的地区,电力输送难度大,电网不配套,不能装机建设。有的装机建设完成后,但配套电网工程滞后,不能按计划发电。

    提高中国风电技术水平的措施建议

    首先,政府应制定阶段性的发展目标。在2010年,应在消化引进的基础上,争取能够自主设计和研发1~2MW的齿轮箱增速驱动和直接驱动机组,并采取措施实现商品化。2015年前后,应能够自主设计和研发2MW以上的齿轮箱增速驱动、直接驱动的机组和半直接驱动的机组。2020年前后,在关键技术方面应能够达到当时的世界先进水平。

    第二,尽快增强核心技术方面的研究力量。包括:MW级风电机组的总体设计技术,能量转换效率高的叶片设计技术,高可靠性齿轮箱研制技术,永磁多级低速发电机研制技术,整机控制系统设计技术等。

    第三,完善相应的法规。尽管国家已经出台了包括可再生能源价格分摊管理办法在内的许多措施,但从完善政策体系角度考虑,还远未达到"封顶"状态,下一步应积极推动相关管理办法的落实。应进一步落实运用财政、税收政策来促进风电开发利用,采取设立专项基金支持研发和推广应用活动;对开发商或制造商应提供优惠贷款,地方政府应对本地风电场提供补贴;税收政策包括对风电场、风电设备制造企业的增值税和所得税给予适当优惠,对MW级风电机组制定专项进口税收政策,对国内生产企业为开发、制造这些装备而进口的部分关键配套部件和原材料,免征进口关税或实行先征后返,进口环节增值税实行先征后返。同时,取消相应整机的进口免税政策。

    第四,建立国家级风电机组技术公共试验平台和完善相应的认证体系。由国家建立风电机组整机试验场、传动系统试验平台等公共测试手段。尽快建立国内的风电机组整机和零部件的认证体系。

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