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1资源分布及发展现状
中国幅员辽阔,风能资源丰富,风能资源的技术可开发总量为 28.6 亿 kW,考虑到实际可利用 的土地面积等因素,可利用的陆地上风能储量约 80GW (8 亿 kW),近海可利用的风能储量有 15GW, 共计约 95GW。如果陆上风电年上网电量按等效满负荷 2,000 小时/年计,则每年可提供 1.6 万亿 kWh 的电量,近海风电年上网电量按等效满负荷 2,500 小时/年计,每年可提供 3750 亿 kWh 的电量,合 计约 2 万亿 kWh 的电量,相当于 2004 年全国的用电量。但从资源分布方面分析,我国风能资源分 布较广,且不均匀,其中较丰富的地区主要集中以下地区(中国气象局,2006):1) 三北(东北、华北、西北)地区丰富带,风能功率密度在 200~300 瓦/m2以上,有的可以 达到 500 瓦/m2以上。2) 沿海及其岛屿地区丰富带,有效风能功率密度在 200 瓦/m2以上,台山、平潭、东山等沿海 岛屿风能功率密度在 500 瓦/m2以上。3) 内陆风能丰富地区,风能功率密度一般在 100 瓦/m2以下,但部分地区由于湖泊和特殊地形 的影响,风能资源也较丰富,但只限于很小的范围之内。
由此可见,我国风能资源多集中在人口稀少、经济发展欠发达地区,这些地区的电力负荷通常 要远远小于东南沿海地区。因此,尽管我国风能资源丰富,但其开发利用、上网及与电力负荷的匹 配之间仍存在很大不匹配性,这为我国风能资源的大规模开发利用带来了障碍。
自 1986 年建设山东荣成第一个示范风电场至今,经过近 25 年的努力,中国的风电场装机规模 不断扩大。自 2005 年 2 月《可再生能源法》颁布之后,风电开始迅猛发展,特别是“十五”和“十 一五”期间,中国风电发展提速,总装机容量从 2005 年的 126 万 kW 增长到 2008 年底的 1217 万 kW,年增长率超过 100%(中国能源网,2009)。据初步计算,2009 年中国风电仍然保持快速发展 状态,年内新增装机超过 13GW,连续 4 年实现增速 100%(图 1.3)。
2技术发展
提高效率、降低成本一直是风电技术发展的努力方向。目前,提高风电成本效益的技术手段可 从以下两方面入手:①向大规模风机升级;②改善设计方法,使其适应当地的风能运行环境,例如 改善电机、减速箱、叶片设计和叶片材料、控制系统,促进整体性能等。风电技术的发展主要体现 在以下几方面:
风机规模——在过去 20 年中,风机单机的规模基本呈现线性增长趋势,目前已达到 5~6MW(见 图 1.4),风机转子直径达到 126 米,风电技术快速发展(IEA,2008)。通过改进叶片材料(利用环 氧树脂基和玻璃纤维来减轻风机重量,同时提高负荷强度)、采用低速直趋发电机(在大规模风机中 采用直趋技术是指在低速发电机中应用单阶驱动技术,从而降低发电机的直径尺寸;另外分布式驱 动系统也可有效降低重量和尺寸)、对驱动和转子负荷实施反馈控制等技术,未来风机的规模仍有上 升的空间(R. Thresher, A. Laxson, 2006)。但是值得注意的是交通工具对大型风机运输安装的限 制将随着风机规模的增大而愈加突出。
1996 年以来,我国新增风电机组的单机容量基本上以 750~850kW 为主,从 2007 年开始,新 增风电机组转为以兆瓦级为主。目前,国产风电机组单机容量已达到 1.5MW、2MW 甚至更高(蒋 丽萍,2008)。代表技术发展方向的兆瓦级直驱式变速恒频风电机组和兆瓦级双馈式变速恒频风电机 组已实现批量生产,其轴承、变流器及控制系统等核心技术仍然依靠国外厂家。
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