中国风电发展和应用课件

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1、第二讲 中国风电发展和应用概况栗文义 风是空气流动的现象，风又是一种自然能源，风是一种用之不尽的清洁可再生能源。随着工业的发展，地球上不可再生能源（化石燃料）消耗加剧，其产生的废气、废水和废渣等造成环境污染、生态失衡。利用风能可以节约化石燃料，同时可以减少环境污染。因此，清洁可再生的风能为世人所瞩目，21世纪将出现太阳能和风能时代，它可以作为技术上、经济上日趋理想的常规能源的替补，与生物质能、海洋能、地热能等可再生新能源集群一起发展。 风电起源于20世纪70年代，风电技术成熟于八十年代。自90年代以来，风电进入大发展阶段，单机容量兆瓦级风电机设备已投入商业化运行。风力发电是近年来世界各国普遍关

2、注的可再生能源开发项目，发展速度非常快。1997-2004年，全球风电装机年平均增长率达26.1%。目前全球风电装机容量已达到5000万千瓦左右，相当于47座标准核电站。1.1 中国风电利用特点 中国风能资源丰富，根据全国900多个气象站的观测资料估计，我国陆地风能资源总储量约32.26亿千瓦，其中可开发利用的风能资源总量为2.53亿千瓦，居世界首位；中国近海（水深小于15米）风能资源，估计为陆上的三倍，即近海的风能储量约为7.5亿千瓦。这样，陆上和近海10米高处技术可开发风能资源总量，总计约为10亿千瓦。 现代大型风力发电机组高度已超过50米，50米处的风能密度为10米高处的2倍，这样，中国

3、技术可开发的风能资源总量，即可高达20亿千瓦。 我国东南沿海和山东、辽宁沿海及其岛屿，内蒙古北部，甘肃、新疆北部以及松花江下游等地区均属风能资源丰富区，年平均风速大于等于6m/s，有效风能密度大于等于200W/m2，有很好的开发利用条件。这些地区中很多地方常规能源贫乏，无电或严重缺电，尤其是新疆、内蒙古的大部分草原牧区及沿海几千个岛屿，人口分散，电网难以通达，或无电力供应，或采用很贵的柴油发电。在上述地区，利用风力发电，以节约能源，改善环境，缓解电力供应紧张状况，具有重要意义。 另一方面，这几年我国的交通条件得到很大的改善，电网覆盖程度有了很大的提高，不少风能资源丰富地区已置于电网覆盖之下，这

4、也为建设大型风电场提供了有利条件。 上述情况决定了我国发展风电的特点是：在风能资源丰富或较丰富的边远无电、缺电地区，以发展小型或中型独立运行的风电系统（包括风力/柴油联合发电和风/光联合发电等）为主，利用风力发电解决边远地区的生活用电和部分生产用电；在风力资源丰富、电网通达的地区，风力发电则作为一种清洁的可再生能源，补充和逐步代替部分常规能源，缓解电力供应紧张的矛盾，提高当地的环境质量，所以应以发展大型风电场为主1。 利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，而且发展速度最快。风力发电通常有三种方式。一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用

5、蓄电池储能，以保证无风时的用电。二是风力发电与其他发电方式（如柴油发电机、太阳能光伏系统）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电。三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力；常常是一处风场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要方向2。前面两种风力发电形式又称离网型风力发电。 由于风能具有随机性，利用风能必须考虑储能或与其它能源相互配合，才能获得稳定的能源供应，这就增加了技术上的复杂性。独立运行的风力发电机组是把风力发电机组输出的电能经储能装置（如蓄电池等）储能，再供应用户使用。为保证独立运行的离网型风力发电机组能连续可靠地供电，解决风力发电受自然条件限制的影响，风力发电机组

6、经常与其它动力源（如柴油机等）联合使用，互为补充3。1.2我国离网型风电的发展与现状栗文义 尽管中国在1800多年前就有了帆船、风车等利用风能的记录，但现代风电产业的发展始于20世纪70年代初。从80年代初开始，国家科委和国家计委将新能源利用列入国家科技公关计划，其中包括风力发电的科技公关项目，全国先后共研制出从50W到200kW机型40多种。 根据我国的具体情况，为解决地处边远、居住分散、电网难以到达地区的农牧民群众的用电问题，重点推广了户用微型风力发电机。即从离网式小风机的研发推广开始，经过初期发展、单机分散研制、示范应用、重点攻关、实用推广、系列化和标准化几个阶段的发展，无论在科学研究、

7、设计制造，还有试验、示范、应用推广等方面均有了长足的进步和很大的提高，并取得了明显的经济效益和社会效益。 特别是在解决常规电网外无电地区农、牧、渔民用电方面走在世界前列，生产能力、保有量和年产量都居世界第一。目前中国远离电网的偏僻地区，有三千万人用不上电，在常规电网外，推广独立供电的风力发电系统，对解决农、牧、鱼民看电视、听收音机、照明和用电动鼓风机做饭等生活用电问题，对改善和提高当地经济，促进地区社会文化事业发展，加强民族团结，巩固国防建设有着重大的意义。 离网型风力发电机组的开发利用成效显著，特别是小型风力发电机组发展迅速。离网型小风机对解决边远地区农、牧和鱼民基本生活用点发挥了重大作用。

8、我国边远的农村、牧区及鱼区的沿海岛屿、自然村落、边防哨所、电视差转台站、通讯塔台、森林防火了望台、旅游景点等，由于用户分散、用电量小，因此，常规电网难以达到。在过去的30年里，大力推广应用国产小型风力发电机组、风-光互补供电系统、风-柴互补供电系统，较好地解决了这些地区无电、缺电的困难，并已取得重大成效。 在这方面内蒙古自治区走在全国的前列。截至2004年底，全国累计生产各类小风机28.9117万台，总装机容量5.32万千瓦，预计年发电量约13302万千瓦时。单机额定功率0.05-10千瓦。目前，我国小型风力发电机的年产量、产值和保有量均列世界之首。中国西部地区已有20多万户农牧民安装了小型风

9、力发电机，为接近100万户农牧民提供电力，为无电区农牧民送去了光明，并培育了世界上最大的小风机产业和市场。 目前，在大电网难以到达的边远或孤立地区，如边防连队、哨所、森林中的海岛驻军、渔民、地处野外高山的微波站、电视差转台、气象站、公共铁路无电小站、了望台、石油天然气输油管道及滩涂养殖业（全国有7000多公里的海岸线）等多数地方，通常的办法是采用柴油发电机组来提供必要的生活和生产用电。由于柴油价格高，加之运输方面的困难，造成发电成本相当高，并且由于交通不便和燃料供应紧张，往往不能保证电力的可靠供应。 而这些边远地区特别是海岛大部分有较丰富的风能资源，随着风电技术的日趋成熟，其电能的生产成本已经

10、底于柴油发电成本。因此，采用风力发电机组和柴油发电机组联合运行，为电网达不到的地区提供稳定可靠的、符合电能质量（电压、频率）标准的电力，最大限度地节约柴油并减少对环境的污染，是世界各国在风能利用与开发研究中颇受瞩目的方向之一。特别是对发展中国家，由于电网尚不够普及，更具有广阔的应用前景。 通过采用“风力发电机/柴（汽）油联合发电系统”互补形式供电，可以既保证全天24小时供电，又节约了燃料和资金，同时还减少了对环境的污染，可谓一举三得，有着十分显著的经济效益和社会效益。 根据我国风能资源开发利用的现状，进入“九五”以后，我国风力发电机组逐步从小型向中型发展；从单机独立运行向多机联合组成机群方向发

11、展；从单纯以柴（汽）油发电机发电，向以风力机/柴油发电机、风力机/太阳电池发电机等多能互补性供电系统方向发展。今后小型风电发展趋势为：由一户一机，推广到多机联网供电；由单一风力发电机组供电发展到多能互补，即：“风-光”互补、“风-光-柴”互补、“风-柴”互补。 风力-柴油混合型发电系统虽然类型不少，但一般来说均不外乎由风力发电机组、柴油发电机组、储能装置和控制系统等几部分组成，其系统构成框图如图2-1所示1,4。 图 2-1 风力-柴油混合发电系统构成框图1.3 我国并网型风力发电发展和现状栗文义 我国风力发电的另一重要方面，是在风能资源丰富、电网通达的地区发展并网型中大型风力发电场。风力发电

12、场的建设是使风能成为真正的补充替代能源，缓解电力紧张的矛盾，提高当地的环境质量和发挥规模效益的主要方式。80年代中期，我国开始进行并网型风力发电技术的试验和示范。经过十多年的努力，逐步走向规模开发。 1994年，原电力部发布了风力发电上网有关规定之后，并网风力发电技术的发展越来越受到重视。风力发电产业从新疆、内蒙古和东南沿海部分起步开始大发展。近十多年来，中国政府一直关注和支持风能的开发和利用，制定了一系列的政策，经过20多年的发展，风力发电从无到有，从小到大，经历了曲折和坎坷的道路，迎来了并网风电场发展的春天。 风力发电场是将多台并网型风力发电机安装在风力资源好的场地，按照地形和主风向排成阵

13、列，组成机群向电网供电，简称风电场。风电场是大规模利用风电的有效方式，于20世纪80年代在美国兴起。截止2004年底，我国共建设43个风电场，分布在14个省（市、区），累计安装风电机组1291台，并网风电装机容量为764MW， 风电装机容量仅占全国装机容量的0.17%，其中2004年新投入运行的风机容量为19.7万千瓦,年增长率达到34%，装机容量居世界第十位，亚洲第三位。计划到2010年，并网风电装机达到500万千瓦。目前，我国的风电装机容量还不到全国总装机容量（4.5亿千瓦）的0.5%，根据我国能源发展规划，我国风电具有大规模发展的前景和市场需求。 1.4 内蒙古风电发展情况栗文义内蒙古拥

14、有得天独厚的风力资源，是我国北部的风能富集区。国家气象科学研究院根据国内100个气象台站，30年内的观测资料测算出，在内蒙古118万平方公里的土地上，内蒙古自治区风能总功率为10.1亿千瓦，其中可以利用的风能总功率为1.01亿千瓦，占全国风能储量的40，居全国之首。理论发电量相当于三个三峡，发展的空间非常大。 据专家介绍，内蒙古的风能分布范围广、面积大，且具有稳定性高、连续性好、无破坏性风速等优良品位。经测定，10米高度年平均风速在6米秒以上，年可利用小时约44007800小时，开发条件十分优越，比美国加利弗尼亚的条件还要好。 位于中国北部的内蒙古自治区，拥有广袤的大草原，到处可见蓝天白云和成

15、群的牛羊。但是由于游牧和居住分散，电网无法到达，许多家庭过去生活在无电的原始状态下。20世纪70年代开始尝试利用这里的丰富资源。 80年代的大量小型户用风力发电机组的推广应用，解决了大多数农牧民家庭的用电问题，使他们的生活方式发生了质的变化，用上了电灯，看上了电视，还有各式各样的家用电器，使他们过上了现代生活，尝到了利用风能的甜头。目前保有量已达17万台，解决了边远和游牧地区17万多个农牧民家庭的生活用电问题。 内蒙古不仅发展小型户用风力发电机组，而且从1990年开始发展并网风电。近年来，内蒙古自治区确立了“风火并举”发展战略，以并网风力发电厂建设为标志的内蒙古风力发电产业得到长足发展。199

16、5年以来，在辉腾锡勒风电厂实施了国家技改“双加”专项工程，以建设速度快、质量高、造价低、管理好等优点，被评为“九五”国家技改优秀项目。 自治区还结合扶贫共富工程和实现农牧区通电目标，从产业政策上给予优惠和支持。到2004年底，内蒙古风电场有朱日和、商都、锡林浩特、灰腾锡勒和达里，风电装机容量为13.5万千瓦。每年可利用风能发出3亿多千瓦时的风电电量，并将其送入电网。 在锡林郭勒大草原的朱日和，在乌兰察布的黄花岗，在贡格尔的达里诺尔湖等地，搏击风云、向长空揽光明的草原风力田，已成为内蒙古大草原一道道亮丽的旅游风景线。1.5 我国风电未来发展规划栗文义 风力发电能够成为中国电源结构的重要组成部分，

17、发展风电有利于调整能源结构。目前中国的电源结构中75%是煤电，排放污染严重，增加风电等清洁电源比重刻不容缓。尤其在减少二氧化碳等温室气体排放，缓解全球气候变暖方面，风电是有效措施之一。从长远看，中国常规能源资源人均拥有量相对较少，为保持经济和社会的可持续发展，必须采 取 措 施 解 决 能 源 供 应 。 中国风能资源丰富，如果能够充分开发，按目前估计的技术可开发储量计算，风电年发电量可达几万亿千瓦时。据官方和专家的推算，中国2020年需要10亿千瓦的发电装机，4万亿千瓦时的发电量，之后如果按照人均2千瓦，达到中等发达国家生活水平的基本要求，在2050年中国需要大约30亿千瓦的发电装机和12万

18、亿千瓦时的发电量。庞大的装机和发电量需求，给风力发电的发展提供了足够的空间。 由中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会主持、绿色和平和欧洲风能协会共同资助的报告指出，中国有能力在2020年实现3000-4000万千瓦的风电装机容量，年发电量将达800亿千瓦时，可满足8000万人的用电需求，同时每年可减少4800万吨的二氧化碳排放量。 专家们预测，我国风电发展可能将分为3个阶段进行：首先在2010年之前完成起步阶段，风电装机达400-500万千瓦，初步奠定风电产业基础；第二阶段是2020年达到3000万4000万千瓦，实现快速发展，在全部发电装机中占有一定比例；第三阶段是在2020年之后超过核

19、电成为第三大发电电源，并在2050年前后达到或超过4亿千瓦，超过水电，成 为 第 二 大 主 力 发 电 电 源5。 目前发改委已经对全国风力资源做了普查规划，并确定了风力发电的主要目标。大体思路就是在东北、华北北部、西北、东南沿海一带风力资源丰富的地区建一批10万千瓦以上的大型电厂，在风力资源比较集中的河北张家口、坝上、江苏沿海、甘肃、河西走廊地区建百万千瓦以上的大型电厂。而在具体执行过程中，政府将会出台相关政策对风电投资实行倾斜。 参考文献1、中国电工技术学会编, 电工新技术丛书第二分册. 北京, 机械工业出版社, 20002、黄素逸编著，能源与节能技术，北京，中国电力出版社，2004 3、王长贵 崔容强 周篁主编，新能源发电技术，北京，中国电力出版社，2003 4、王承煦 张源主编，风力发电，中国电力出版社，20025、李俊峰主编，风力12在中国，北京，化学工业出版社，2005