风力机原理(风力发电工程技术丛书)
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1.1 风电的发展现状

1.1.1 世界风电的发展现状

1973年石油危机暴发后,美国以及西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源投入了大量经费,组织了空气动力学、结构力学和材料科学等领域学者,利用新技术来研制现代风力发电机组,开创了风能开发的新时代。

经过数十年的努力,风电的发展取得了相当大的成就。在20世纪末,世界范围内的风电装机总容量每隔三年翻一番,发电成本降低到80年代早期的1/6左右。进入21世纪后,全球风电依然保持着快速增长的势头。其主要表现在三个方面。

首先,从新增装机容量来看。如图1-1所示,2014年,全球风电产业新装机容量高达51477MW,同比增长44%。2012年,全球风电新增装机容量排名前十位的国家分别是中国、德国、美国、巴西、印度、意大利、英国、瑞典、法国、土耳其,新增装机容量分别为23351MW、5279MW、4854MW、2472MW、2515MW、1871MW、1736MW、1050MW、1042MW、804MW,占全球风电新增装机容量的市场份额分别为45.2%、10.2%、9.4%、4.8%、4.5%、3.6%、3.4%、2%、2%、1.6%。

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图1-1 全球1997—2014年新增装机容量(数据来源:全球风能理事会)

其次,从累计装机容量看。如图1-2所示,2012年,全球风电产业累计装机容量高达283068MW,同比增加18.7%。从主要国家来看,中国、美国、德国、西班牙、印度、英国、意大利、法国、加拿大、葡萄牙等国家的累计装机容量位居全球前十位,2014年,累计装机容量分别为114763MW、65879MW、39165MW、22987MW、22466MW、12440MW、9694MW、9285MW、8663MW、5939MW,占全球风电累计装机容量的市场份额依次为31%、17.8%、10.6%、6.2%、6.1%、3.4%、2.6%、2.5%、2.3%、1.6%。

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图1-2 1997—2014年全球风电累计装机容量(数据来源:全球风能理事会)

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图1-3 世界各国海上风电装机容量(数据来源:全球风能理事会)

最后,从海上风电装机容量看。如图1-3所示,2014年全球海上风电累计装机容量高达8771MW,同比增长24%;新增装机容量1724MW。其中,英国、丹麦、德国、比利时、中国、荷兰、瑞典、日本、芬兰、爱尔兰、韩国、西班牙等国家海上风电累计装机容量位居全球前列,累计装机容量分别为4494.3MW、1271MW、1049.2MW、712.5MW、670MW、246.8MW、211.7MW、49.7MW、26.3MW、25.2MW、5MW、5MW。从海上风电新增装机容量看,2014年英国、德国、中国、比利时海上风电新增装机容量分别为813.4MW、529MW、241MW、141MW。

根据2004年“Wind Force 12(风能12)”发表的2005—2020年世界风电和电力需求增长的预测报告,按照风电目前的发展趋势,2005—2007年期间的平均当年装机容量增长率为25%,2008—2012年期间降为20%,预测到2015年降为15%,2017—2020年期间降为10%。根据2015年全球理事会发表的全球风电发展年报预测2015年新增的装机容量将再次达到50GW,到2018年将达到60GW。

当然,世界风电的飞速发展,与各国积极地采取各种激励政策密不可分。鼓励风能开发利用的政策有多种,如长期保护性电价、配额制、可再生能源效益基金和招投标等政策。从应用实践来看,保护性电价政策是一种更为有效刺激风电发展的措施,欧洲14个国家采用了这一政策。20世纪90年代以来,德国、丹麦、西班牙等国风电迅速增长,主要归功于保护性电价政策措施的实施。

1.1.2 中国风电的发展现状

据中国气象局研究结果,风能资源可开发量为7亿~12亿kW,具有巨大的潜力,表明中国风能资源非常丰富。我国风电发展历经了以下三个阶段。

第一阶段为1986—1990年,为我国并网风电项目的探索和示范阶段。特点是项目规模小,单机容量小。在此期间共建立了4个风电场,安装了32台风力发电机组,最大单机容量为200kW,总装机容量为4.215MW,平均年新增装机容量仅为0.843MW。

第二阶段为1991—1995年,为示范项目取得成效并逐步推广阶段。共建立了5个风电场,安装风力发电机组131台,装机容量为33.285MW,最大单机容量为500kW,平均年新增装机容量为6.097MW。

第三阶段为1996年以后,为扩大建设规模阶段。特点是项目规模和装机容量较大,发展速度较快,平均年新增装机容量为61.8MW,最大单机容量达1.3MW。2005年《中华人民共和国可再生能源法案》颁布后,我国风能事业进入了一个新的时期。如图1-4所示,根据风能协会数据,从2005年开始,我国每年风电总装机容量成倍增长。到2008年,我国新增风电装机容量6154MW,累计总装机容量已经达到12002MW,我国超过印度成为继美国、德国和西班牙之后的第四风电大国。2012年,我国累计风电装机容量已经超过美国,全球排名第一,且2013年和2014年持续引领增长势头,如图1-5所示。

2002年年底,我国先后建起了32个风电场,全国风电总装机容量达到46.62万kW,此外还有我国台湾的云林、新竹和澎湖等三个风电场,装机容量为8.5MW。如图1-6所示,根据风能协会数据,我国风电发展在各地区呈现不均衡的态势,主要集中在华北、东北、西北以及华东地区。其中,辽宁、新疆、广东和内蒙古是我国风电发展最快的4个省(自治区),占全国风电装机容量的75%。装机容量居前三位的风电场依次为新疆达坂城二场、广东南澳风电场和内蒙古辉腾锡勒风电场,其装机容量占全国总装机容量的37.3%。

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图1-4 2004—2014年中国新增及累计风电机组装机容量

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图1-5 2012年全球累计风电装机容量前10位国家

我国风电的发展也顺应世界风电的发展趋势。除陆上风电以外,我国也在积极地发展海上风电,根据风能协会数据,截至2014年年底,我国已经建成的海上风电项目共计657.88MW,如图1-7所示,是除英国、丹麦以外海上风电装机最多的国家。我国第一个、也是亚洲第一个海上风电场为上海东海大桥海上风电场。上海东海大桥海上风电场一期项目于2008年5月5日由国家发改委核准,作为海上风电示范项目建设,位于东海大桥东侧1.0km以外,北端距陆地岸线8km,南端距陆地岸线13km,场址范围海域面积14km2,由34台国产3MW离岸型风电机组组成,总装机容量为10.2万kW。项目投资21.22亿元。风电场通过35kV海底电缆接入岸上110kV风电场升压变电站,接入上海市电网。

国内风电建设的热潮达到了白热化的程度。目前,国家拟建7个千万千瓦级风电基地:甘肃酒泉地区为1100万kW,新疆哈密地区为2000万kW,吉林西部为2000万kW,内蒙古(包含蒙东和蒙西两个地区)为5000万kW,河北沿海和北部地区为1000万kW,江苏沿海和近海地区为1000万kW。

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图1-6 2006—2012年我国各地区累计风电装机容量

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图1-7 2014年年底中国海上风电装机容量