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风能资源开发利用的形势与前景
在全球可再生能源的发展中,风能资源的开发利用是近年来发展最快的。哈佛大学针对中国的风能资源应用做了比较系统的研究,即对自然环境条件下的风能资源进行评估,也从经济政策和技术水平角度分析了风能资源可利用的潜力,对中国未来的风能资源利用及风电发展做出了乐观展望。这些研究工作比国内已经开展的同类工作(如:中国气象局开展的全国风能资源评估)要更加深入,与风能资源利用的实际结合更加紧密,研究成果和研究方法对进一步制定中国风能资源开发规划、风电新技术应用、风能发展的经济政策等有可参考借鉴价值(以下摘要主要的研究成果)。
(一)全球风能资源开发利用的形势
随着风力发电技术的日益成熟,风能成为世界上增长最快的电力能源之一。在过去十年内,全球风能装机容量保持着每年增长约30%的迅猛势头,2012年全球风能发电装机总量达到了2.8亿千瓦。
美国是世界上风电开发较早的国家之一。20世纪70年代石油输出国组织成员国家减少石油产量,实行石油禁运,导致原油价格迅速上涨,造成世界范围内的能源危机。以此为契机,美国政府采取了积极的政策措施,鼓励包括风电技术在内的可再生能源技术的研发,使得美国在世界风电产业中处于绝对领先地位。进入20世纪80年代中期,随着原油和天然气价格的回落,美国风能发展开始降温,并在90年代一度出现停滞现象。但与此同时,全球的风电行业持续增长,德国取代美国成世界风电行业的主导者,世界风能开发中心也由美国转向欧洲。到20世纪90年代末,风电机组技术和发电能力在欧美发达国家得到长足发展,风电成本也大大下降。进入21世纪,随着气候变化问题受到人们越来越多的认同和关注,可再生能源更加受到关注,风能再次成为发展的热点,并呈现空前的繁荣局面。
(二)中国的风能资源可开发利用潜力与风电发展形势
哈佛大学利用全球气象数据和卫星遥感数据对全球的风能资源进行评估显示,风能资源可开发潜力巨大,其潜在可开采量要高出目前实际电力需求的很多倍。表1给出了目前全球CO2排放前十位国家的陆地和近海风能资源潜力。中国风能资源可发电潜力为43.6万亿千瓦时,相当于2010年总发电量(2.8万亿千瓦时)的16倍;美国的风能资源更为丰富,风能可发电潜力为88万亿千瓦时,风电资源可利用量相当于其2010年实际消耗电量(3.9万亿千瓦时)的约23倍。由此可见,对中美两个能源消费和CO2排放大国而言,以风电替代化石能源减排CO2的潜力巨大。
在风电的实际开发利用方面,目前风电装机最多的五个国家分别是中国、美国、德国、西班牙和印度。中国于2010年超过美国,成为风电装机容量世界第一的国家,2012年,中国的风电装机7550万千瓦,比美国多1550万千瓦。从风能发电情况看,2011年全球年风力发电总量为4600亿千瓦时,其中美国风能发电量为1205亿千瓦时,占全球总风能发电量的26%,为世界第一;中国的风能发电量886亿千瓦时,占全球的19%,位居世界第二。中国的风电装机总量世界第一,但风电利用效率低于美国。受风电技术和政策双重影响,风电并网难,大量弃风使风电场的效率难以保障。
提高风电利用效率面临着技术发展的挑战。一是实施电网整合,发展大电网,实现风电全网调度是未来风电发展的技术趋势之一。目前,欧洲一些风能资源丰富的国家(丹麦、西班牙与葡萄牙),合作建设跨国的电网系统,实施风电的跨国调度和资源利用。中国风能资源布局空间极不均衡,建设大电网对风电的资源利用、保障风电可持续发展十分重要。二是发展储能技术。目前,可利用的储能技术有电池储能、抽水蓄能、电能蓄热。其中,相对抽水储能,压缩空气储能可以不受北方地区水资源不足的制约,是一种适合中国风能分布区域特征的储能技术。目前,美国、德国的压缩空气储能电站已经成功运营二、三十年,正在朝着大型化、自动化的方向发展。
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