风力发电现状及趋势

胡天森

国电重庆风电开发有限公司，重庆市石柱县409100

摘要：当今时代在不断的发展和进步，能源问题是各个国家发展需要进行迫切解决的问题。随着我国环境不断恶化，利用煤炭的火力发电等方式已经不被人们推崇，现代人们更多地希望利用风力发电、水能发电或者是太阳能光伏发电来获取更加环保、清洁的能源。本文对风力发电国内外发展现状及发展趋势展开研究与探讨。

关键字：风力；发电；现状；发展趋势。

一概述

风力的产生的原因主要有两种一种是由于地球上不同地方获得的太阳辐射多少不同，获得太阳辐射多的地方，空气受热膨胀上升，地面成了低压，高空成了高压；而获得太阳辐射少的地方，地面成了高压，高空成了低压。由于流体中压强传递的原理，由高压可以产生一个指向低压的水平气压剃度力。还有一种为由于地球的自转，地球上水平运动的物体在北半球向右偏，南半球向左偏，这样气流的运动方向就要发生变化。对于风力的应用来说，我国古代就已经出现了大量实例，风车抽水、磨面等都有效地提升了原有的工作效率，这也就说明，风能是可以作为主要能源来使用的。对于本文所讨论的风力发电过程来说，其本质就是首先将风力的动能转化为机械能，然后将机械能转化为动能的过程。

二风力发电的现状

2.1我国风能资源特点

我国的风能资源有两个明显特点。一是风能资源分布在偏远地带，远离负荷中心。目前大多数风能资源丰富地区远离负荷中心，比如云南、贵州等陆上风电；东北、西北、华北地区风能资源丰富，但是大多处于偏远的电网末梢，电力负荷较小，电网薄弱，大规模风电功率外送困难。二是风能资源季节特点明显。我国风能资源丰富，但季节分布不均匀，一般呈现冬季大、夏季小的特点。三海上风电资源丰富，但施工困难、对风机质量和可靠性要求高。

2.2我国风电现状

根据渤海证券数据统计清洁能源装机容量和发电量占比增长迅速，风电投资额占比30%以上。从装机容量来看，2007年，清洁能源装机容量仅占7.5%，到2017年份额已经到了19%；从发电量来看，2007年清洁能源发电量占比约5.2%，到2017年清洁能源发电量份额已经达到12.1%。从投资额角度看，2017年，全球风电投资总额约为1070亿美元，占全球清洁能源投资总额的比例约为32%。从风电投资额变化来看，全球风电投资额从2005年的280亿美元增长到2017年的1070亿美元，12年年均复合增速约为11.8%。2017年，全球累计风电装机容量约539GW，根据GWEC的预测，2018年全球风电新增装机规模与2017年相差不大，大约为52.9GW。2019年开始增长，达到约57.5GW。

图一2010年至2017年龙源电力集团股份有限公司发电量

龙源电力集团股份有限公司是目前装机容量世界第一，并且风力发电为其主要发展业务，各项水平均处于国内前列。根据龙源电力集团股份有限公司交易所公告年发电量如图一所示。

风电机组单机容量逐年增长，风电装机功率呈现大型化趋势。2017年，中国新增装机的风电机组平均功率2.1MW，同比增长8%；截至2017年底，累计装机的风电机组平均功率为1.7MW，同比增长2.6%。从近十年中国风电机组新增装机容量变化来看，单机容量为2.0MW以下机组的新增装机占比逐年下降。2.0MW以下风电机组装机容量从2008年的91%下降到2017年的7%。2017年，全国风电新增装机主要集中在2.0MW系列机组，2.0MW至3.0MW（不包括3.0MW）新增装机占比超过85%。目前可再生能源已成为我国新增电力的主力，清洁能源替代作用日益突显。

截至今年6月底，我国可再生能源发电装机达到6.8亿千瓦，同比增长13%。具体到风电领域来说，今年上半年我国风电新增并网容量达到794万千瓦，同比增长约32%。

在风电平均利用小时数方面，数据显示，上半年，我国风电平均利用小时数达到1143小时，同比增加159小时。其中，云南省达到1592小时，稳居全国第一。辽宁紧随其后，达到1335小时。福建、河北和四川以1302小时、1297小时和1296小时分别位列全国第三、第四和第五位。

从风轮直径和轮毂高度来看，风电机组的风轮直径也在不断增大。截至2017年底，风轮直径最大为171m，较2016年增加11m。110m及以上的风电机组的装机容量占比逐年提升，由2012年的3%提升到2017年的76%。从轮毂高度来看，2017年，全国新增装机的平均轮毂高度达到85m，轮毂最高高度为140m，比2016年的最高高度增加了20m。从2017年新增装机来看，80m高的轮毂装机容量占比最大，达到38.8%，其次是90m的轮毂高度，占比达到29.3%。

2017年，中国风电新增装机容量和累计装机容量均居世界首位。2017年，中国累计风电装机容量约188GW，在全球风电装机中份额约为35%。其中2017年新增装机容量约为19.5GW，占2017年全球新增装机容量的份额为37%。2017年，中国风电累计并网装机容量占全部发电装机容量的9.2%。发电量方面，2017年风电年发电量3057亿千瓦时，占全部发电量的4.8%。

风电面临的主要问题有以下五个：1)、风电发展缺乏统一规划，风电建设规模与电网消纳能力矛盾突出；2)、风电大规模并网带来的系统调峰矛盾凸显；3)、风电大规模并网给电网的安全运行带来新挑战；4)、技术标准不完善，风机认证与并网检测环节缺失；5)、风电发展相关政策需要进一步完善。

目前国内主要机型为双馈风力发电机采用三叶片上风向水平轴设计，主要有远景、联合动力、上海电气、海装、华锐等厂家。另外，还有采用永磁同步发电机的金风科技。以上两种机型是目前国内的主流机型，二者主要区别在于前者采用齿轮箱增速，后者通过改变极对数达到同步转速。永磁同步发电机优点主要在于减少齿轮箱、没有碳刷等易耗品，同时，庞大的发电机也为永磁同步发电机增加单机容量带了困难。

2.3我国风电发展趋势

“十三五”期间风电新增装机空间有限，风电装机爆发式增长概率较小。根据《风电发展“十三五”规划》内容，到2020年底，风电累计并网装机容量确保达到210GW以上，其中海上风电并网装机容量达到5GW以上；风电年发电量确保达到4200亿千瓦时，约占全国总发电量的6%。截至2018年6月底，中国风电累计装机并网容量已经达到171.2GW。如果按规划的2020年底风电装机201GW简单测算，从2018年下半年到2020年底合计两年半的时间，风电新增装机空间约40GW。我个人认为，未来三年风电新增装机出现爆发式增长的概率较小。主要原因有以下几点：

1）、三北地区弃风率仍然维持高位，风电消纳仍是主要目标，如果需解决该问题，需要在电能储存中有所突破或者新建高压直流输电线路；

2）、陆上风电风资源基本已被占有，剩余风资源越趋于饱和尤其以云南、贵州、重庆、四川等陆上风电，需等待开发出更加低速型风电机组；

3）、我国风电发展起步较晚，大都处于正常运行阶段，超龄需要退役的风电机组较少。

海上风电将会成为未来发展的必然趋势。随着陆上风电资源占有越趋饱和，加上风电机组基础重复使用难题尚未解决，并且陆上风电远离负荷中心，发展海上风电不但可以由陆上风电单机的小容量变为大容量而且可以就地消纳，降低弃风率等问题。根据国家能源局的规划，海上风电到2020年末的目标是开工建设规模达到10GW，累计装机容量达到5GW以上。重点推动江苏、浙江、福建、广东等省的海上风电建设，装机规模分别达到3GW、0.3GW、0.9GW、0.3GW。2017年，我国海上风电新增装机达到1.16GW，同比增长97%，累计装机达到了2.79GW。截至2017年底，国家电网调度范围海上风电装机容量2.02GW，较上年同期增长0.53GW。国家电网覆盖范围内，海上风电全部位于江苏、上海、福建三省，装机容量分别为1.63GW、0.31GW、0.09GW。2017年，我国海上风电取得突破进展，新增装机319台，新增装机容量达到116万千瓦，同比增长96.5%。累计装机达到279万千瓦。2017年，共有8家制造企业有新增装机，其中上海电气装机最多，共计147台，容量为58.8万千瓦，新增装机容量占比达到50.5%。

风电技术发展也呈现出新的发展趋势。“生态之翼”项目使用新技术研发的双叶片风力发电机为高温超导发电机，与传统发电机有明显区别。传统风力发电机是在一组铜线圈（定子）里内置旋转磁铁（转子），旋转的磁场切割定子线圈从而生成电流。“生态之翼”项目组研发的超导发电机抛弃传统发电机中的磁铁，取而代之的是由陶瓷带与金属带组合成的线圈，该线圈在极寒条件下具有超导性能。为了达到极寒条件，项目组将线圈内置于真空鼓中，然后使用少量的冷却能量将真空鼓冷却,使得在-240°C的温度条件下，电流通过线圈时几乎没有电阻，因而电流的传导密度比常规线圈高100倍。同时，其耗费的原材料更少（特别是稀土材料），重量更轻（至少减轻了40%），运输和安装也更方便。该系统能效比更高，单台机组可以产生超过3兆瓦的电力，足以供应1000户人家的电能。

三结束语

随着世界经济的迅猛发展，全球变暖问题也逐渐在加剧。众所周知，使用不可再生能源或一些有污染性的能源是造成全球变暖的主要原因。因此，世界各国正在加大对清洁能源和可再生能源的研究。而风能正是一种高效便利的清洁能源。如今，风力发电技术已经获得了很大的发展成果。随着陆上风电可用资源逐渐减少，海上风电发展趋势将会越加明显。同时，陆上风电机组性能优化也会成为风力发电技术趋向之一。

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作者简介：

胡天森（1989-），男（汉族），重庆市，国电重庆风电开发有限公司，在职研究生。