基于电力系统自动化风能发电前景分析

我国风能的利用与发展分析摘要：随着世界经济发展地越来越快，研究开发利用清洁和可再生的新能源已在世界发达国家兴起。我国作为世界上的能源使用大国，开发利用风能也显得势在必行。本文阐述了风力发电原理、及其优点及存在的问题，介绍了国内外近年来风能利用现状，并对我国未来风力发电发展前景做出了展望。关键词：新能源风能风力发电电站利用前景发展引言随着世界经济发展地越来越快，传统的石油、煤炭等资源的消耗也越来越快。根据经济学家和科学家的普遍估计，到本世纪中叶，也即2050年左右，石油资源将会开采殆尽，如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球。同时，石油和煤炭的使用也给地球环境带来了严重的污染，面对能源与环境的双重挑战，研究开发利用清洁和可再生的新能源已在世界发达国家兴起。如今，促进新能源和可再生能源的开发和发展己受到世界各国的高度重视，并成为世界各国政府和能源界研究和投资的热点，发展速度非常之快。风能属于其中很具代表性能源之一。风能属于可再生能源。它不会因其本身的转化和人类的利用而减少，它是一种取之不尽用之不竭的清洁无污染的可再生新能源。风力发电同水力发电一样，完全没有污染物排放，许多国家在电力发展规划中，都将风力发电作为常规能源发电的主要替代能源之一。因此，开发利用风力资源是改变我国能源结构的需要，是保护地球环境的需要，更是我国市场经济迅速发展对能源供应的需要。1风力发电的发电原理与优点1.1风力发电原理及其优点风能是地球表面大量空气流动所产生的动能,风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率,与风速的三次方和空气密度成正比关系。风能资源受地形的影响较大,世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带,中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带风能资源很丰富。中国东南沿海及附近岛屿的风能密度可达300W/㎡以上。内陆风能资源最好的区域是沿内蒙古至新疆一带,风能密度也在200～300W/㎡。根据国家气象局估计,全国风力资源的总储量为每年16亿kW,近期可开发的约为1.6亿kW。风能通过风力发电机组转化为电能,具体来说就是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电的利用方式主要有两类,一类是独立运行供电系统,即在电网未通达的偏远地区,用小型风电机为蓄电池充电,在通过逆变器转换成交流电向终端电器供电,解决小的社区用电问题。另一类是作为常规电网电源,联网风力发电是大规模利用风能最经济的方式。风力发电的优点主要有：1、风力资源是取之不尽用之不绝的，利用风力发电可以减少环境污染，节省煤炭、石油等常规能源。2、风力发电技术成熟，在可再生能源中成本相对较低，有着广阔的发展前景。3、风力发电技术可以灵活应用，既可以并网运行，也可以离网独立运行，还可以与其它能源技术组成互补发电系统。4、风电场运营模式可以为国家电网补充电力，小型风电机组可以为边远地区提供生产、生活用电。2世界风力发电的发展2.1世界风能发电的发展自20世纪70年代初第一次世界石油危机以来，能源日趋紧张，各国相继制定法律，以促进利用可再生能源来代替高污染的能源。风力发电在可再生能源发电技术中成本最接近于常规能源，因而成为产业化发展最快的清洁能源技术。进入21世纪，全球可再生能源不断发展，其中风能始终保持最快的增长态势，并成为继石油燃料、化工燃料之后的核心能源，如今在全球的风能发展中，欧洲风能发电的发展速度很快。欧洲风能利用协会将在欧洲的近海岸地区进行风能的开发利用，希望在2020年风能发电能够满足欧洲居民的全部用电需求。同时亚洲的风电也保持较快的发展势头。其中印度政府积极推动风能的发展，鼓励大型企业进行投资发展风电，并实施优惠政策激励风能制造基地，目前印度已经成为世界第五大风电生产国。2.1.1装机容量的增长鉴于八十年代的石油危机，许多欧洲国家开始寻求出路，最积极的是丹麦，自八十年代开始热衷的支持风力发电，德国是自1991年开始立法(规定风电电价为最终用户价格的90％)，随后也有风起云涌的发展。全球的风电发展，在近二十年来，有极快速的进展，2007年年厎全球装机容量为7,422.1万kW。自九十年代以来，全球风电的成长，每年为40％(可与移动电话的成长比美)。单单是德国，在2002年一年内就安装了3,200MW（相当于3座核电厂），超过了其它传统的发电总和。2008年欧洲风电装机占比由69.4％下降至65.4％，美洲和亚太地区占比迅速上升，其中中国和印度是亚洲风电增长的主要地区。全球风电装机容量增长趋势图2.1.2风电的技术及成本发展1891年，世界上第一台风力发电机诞生于丹麦。20世纪80～90年代，在欧洲快速发展，风电技术开始成熟。20世纪80年代初期，单机容量55KW机型为主，20世纪90年代初期发展到100～450KW为主，90年代中期为500-1MW为主。21世纪初，兆瓦级机组走向商业化。2002年全球兆瓦级大型风电机组所占比例，已由1997年的9.7%扩大到62.1%目前2MW以下技术已经成熟，海上风电场兴起，3-5MW风电机组正在大规模开发，德国Repower公司已经能够生产5MW海上风机。世界中大型风力发电机组可靠性已从上世纪80年代的50％提高到目前的90％多，机组寿命可达20年。同时，风电入网技术成熟，大规模并网已经成为现实。在控制系统和保护系统方面广泛使用电子技术和计算机技术。风电的特色在于一次性投资成本较高，但其后的营运成本低，而且不制造任何污染，不耗费任何能源(据称石油缊藏量为80年，煤为200年，天然气为40年)。由于生产开发规模地扩大，以及新技术的应用和机组大型化的发展，风电成本不断下降。根据统计，平均每3年增加一倍的装机容量，风机成本降低15％。从20世纪80年代开始，风力发电成本从平均20美分/度下降到目前的4.5美分/度，过去5年平均以每年4％左右的速率下降。2.1.3风力发电的代表性国家1、丹麦，世界生产并网风机的摇篮。在这个只有500万人口、4.3万平方公里的国土上，风车的数量却高达5,344架；2万从事风电产业的人员，提供了世界上1/2的风机、全国1/4的电力。欧洲人从丹麦看到了绿色能源的希望，把风电誉为“欧洲微软”。风电自20世纪80年代起步，大力发展以风能和生物质能为主的可再生能源。先后投入约20亿美元支持风电技术研发和产业发展，率先制定了鼓励发展风电等其他分布式电源政策，要求电力企业全额收购可再生能源发电量。其风电增长率可与互联网或移动通讯媲美。到2006年底，丹麦风电机装机容量达到310万千瓦，占其发电装机总容量的25%，发电量占21%。同时还形成了维斯塔斯、恩德和包纳斯（现被西门子收购）等一批世界一流的风电企业。丹麦的风电机组主导着全球市场。虽然近年有竞争力的国家不断增加，但全球约有60%的风电机组还是来自丹麦，风电机组制造业成长为丹麦出口的支柱产业。计划到2025年风力发电达到全国电力总量的75％。2、德国，世界发展风电的领军国，世界最大的风电市场。自20世纪90年代以来，德国政府对风力发电的发展就非常重视。据德国风能协会消息，2006年德国境内新增了1,208台风力发电设备，约合2,233MW的新增风力发电装机容量，比2005年增长了425兆瓦，增长率高达23.5%。截至2006年底，德国累计安装风力发电设备18,385台，发电总装机容量20,622MW，继续保持世界第一的位置。德国联邦统计局公布的最新数字显示，风力发电量占德国发电总量的比例从1991年的仅为0.02%猛增到2006年的6%。保守估计，到2010年德国风电装机容量将达到2,300万kW。届时可以提供德国8%的电力需求。最近德国制定了一个新的风电发展长远规划，规定到2025年风电至少供应全国用电量的25%。3、法国和葡萄牙是欧洲市场上风电供应量和增长率较高的国家。截止2006底法国的累计装机容量超过了1500MW，与2005年年底的757MW相比增长了108％。在2006年中，葡萄牙风力发电量比上一年有大幅的增长，全国全年消费的电量中有6%来自于风力发电。2006年，葡萄牙有36处新的风力发电场投入使用，新发电场开始发电使全国风力发电能力大大提高。与2005年相比，葡萄牙2006年的风力发电能力增长了60%，达到151.3万千瓦。4、美国，今近年风力发电发展最迅猛的国家。风力发电在美国刚起步时的发展很慢，1985年时为1,000MW，1999年才达到2,000MW，之后，美国的风力发电能力增长了四倍。全球风能委员会发布的报告指出，2006年美国新安装的风力发电机总发电功率领先世界，为2,454MW。2007年美国风力发电规模将在去年27%增幅的基础上继续强劲增长，涨幅预计为26%，这表明风力发电已成为美国新建发电厂的“主流选择”之一。美国风力发电能力在2006年达到了1万MW，标志着美国风能行业达到一个新的里程。2005、2006年美国风电装机容量连续快速增长了37％、27％，达到11,605MW，目前不到全国总量的1％，但计划在2010年达到5％，2015年上升到7％。5、印度，发展中国家开发风电的先锋，亚洲风电增长最快的市场之一。截止2006年，印度累计风电装机容量为627万kW，比上年增长41.5％，世界排名第4位。印度利用风能生产的电力仅相当于印度总电量的1%。但是，印度的风能发电量已经排在了世界第五名，前四名是德国、西班牙、美国和丹麦。3我国风力潮汐发电的发展3.1我国风力发电的发展3.1.1风资源概况我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。据有关研究成果估计，我国风能仅次于俄罗斯和美国，居世界第三位。根据全国900多个气象站陆地上离地10m高度资料进行估算，全国平均风功率密度为100W/㎡，风能资源总储量约32.26亿kW，可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿kW，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿kW，共计约10亿kW。如果陆上风电年上网电量按等效满负荷2,000h计，每年可提供5,000亿kWh电量；海上风电年上网电量按等效满负荷2,500h计，每年可提供1.8万亿kWh时电量，合计2.3万亿kWh电量。相当于我国06年发电量2.83万亿kW时的81％，风能利用空间非常巨大。我国风能资源丰富的地区主要分布在东南沿海及附近岛屿以及“三北”（东北、华北、西北）地区。另外，内陆也有个别风能丰富点，每年风速在6m/s以上的时间近4000h左右，一些地区年平均风速可达7m/s以上，具有很大的开发利用价值。据中国气象科学研究院估算，全国平均风能密度为100W/㎡，l0m高层的风能资源总储量为32.26亿kW，其中实际可开发利用的陆地风能资源储量为2.53亿kW。3.1.2风力发电的历史我国风力发电始于上世纪80年代，发展相对滞后，但是起点较高，主要经历了三个重要的发展阶段。第一阶段：1985年～1995年利用丹麦、德国、西班牙政府贷款，进行一些小项目的示范。欧洲风电大国利用本国贷款和赠款的条件，将他们的风机在中国市场进行试验运行，积累了大量的经验。同时国家“七·五”“八·五”设立的国产风机攻关项目，取得了初步成果。第二阶段：1995～2003年在第一阶段取得的成果基础上，中国各级政府相继出台了各种优惠的鼓励政策。科技部通过科技攻关和国家863高科技项目促进风电技术的发展，原经贸委、计委分别通过双加工程、国债项目、乘风计划等项目促进风电的持续发展。第三阶段：2003年至今国家发展和改革委员会通过风电特许权经营，下放5万千瓦以下风电项目审批权，要求国内风电项目国产化比例不小于70％等优惠政策，扶持和鼓励国内风电制造业的发展，使国内风电市场的发展进入到一个高速发展的阶段。3.1.3风力发电的现状经过30年的发展，我国的风力发电水平得到了很大的提高，各方面都在不断进步，不断完善，主要体现在以下几个方面：1、小型风力发电。目前,1kW以下的机组技术已成熟并进行大量的推广,形成了年产1万台的生产能力。近10年来,每年国内销售5000～8000台,100余台出口国外。目前可批量