有关风能的可持续发展的概述

李晶晶

(沈阳师范大学,辽宁,沈阳,110034)

有关风能的可持续发展的概述

李晶晶

(沈阳师范大学,辽宁,沈阳,110034)

随着风电机组技术水平的不断提升,风电机组发展趋势为:单机容量不断提高、风电机组型式多元化、风电机组关键部件技术不断发展、风电机组设计技术趋向成熟、风电机组制造技术智能化、风电机组可利用率不断提高。

风电;风能应用;可持续发展;风电技术

风能技术进步是风能持续发展的基础,为了实现我国风能发展的战略目标,根据我国国情,我国风能发展的基本路线是:风能发展以发电为主,重点发展陆地风电,积极推进海上风电,在主要发展并网风电的同时,还要发展离网风电和分布式发电系统。

1 对风能资源的评估

对风能资源的评估是风能开发利用的关键环节。目前,风能资源评估的方法有统计方法和数值方法两类,其中数值方法得到越来越广泛的使用。统计分析方法可分为两种:基于气象站历史观测资料和基于测风塔观测资料的统计方法。国际上用于风能资源评估的数值方法主要有两类:一类主要用于评估一个较大区域范围内的风能资源量。通常这类数值方法由中尺度气象模式和小尺度模式组合而成。另一类主要用于评估一个小区域范围内的风速分布特征,水平分辨率可以达到 10m量级。我国地理环境复杂,气候多变,下垫面种类多样,近海海域滩涂地区有潮上带、潮间带和潮下带。风能资源评估区域化、精细化和工程化是努力的方向。区域化就是要通过统计方法和数值模拟方法相结合,对各省 (区)在不同高度层的风能资源进一步详查,除了给出风能资源储量和技术可开发量外,还要给出经济可开发量和实际风能利用区域。精细化就是要结合我国风能资源丰富区域的地形、地貌特征,通过对数值模拟方法的改进,包括复杂地形的数值化、地貌条件的模型化、湍流模式的选择、边界条件的处理等来提高数值模拟的精度。工程化就是要通过对评估方法的不断改进与国家风能资源数据库的建立和使用来缩短风能资源评估的周期。

2 海上风电技术

海上风电主要是指近海风电。与陆地风电相比,它具有不占用土地、海上风速高、湍流强度小、风电机组发电量多、可以忽略噪声和视觉的影响等优点。因此,海上风电已成为国际风电发展的一个新的方向。海上风电从20世纪 90年代开始进入小规模示范阶段,到 21世纪初才进入规模化开发阶段。陆地风电技术是海上风电技术开发的基础,即便如此,目前海上风电技术仍没有完全成熟。随着海上风电机组容量的增加,风电机组部件出现超长、超重和超载。我国东部沿海省区有丰富的风能资源,在近海海域发展海上风电是风能开发利用的一个重要途径。但是,考虑到我国风能资源总体是陆地大于海上,我国陆地风电场还刚开始进入规模化发展,相关技术与产业尚不成熟,另外,海上风电开发还需要5～10年较长时间的前期准备工作。因此,近期内,我国风电开发的重点仍在陆地。海上风电可以先在海上风能资源丰富,而陆地风能资源开发受到其他因素制约的省区,如江苏省进行小规模的示范和针对海上风电的关键技术开展预研工作。同时开展近海风能资源以及海洋水文、海洋地质和生态环境等相关领域的调查工作。

3 风能应用技术

风电的缺点是不可控性和间隙性。因此,为了改善风电对电网的影响和扩大风能的应用,将风能与其他能源组成互补系统是一种解决的技术途径。目前,除在技术上已较成熟的风电 /光伏发电互补系统、风电 /柴油发电互补系统外,近年来又提出了风电/水电互补系统和风电/燃气轮机发电互补系统等。互补系统不仅可以并网应用,也可以组成分布式电源系统,独立运行,有较好的应用前景。风电的不稳定性和不连续性还可以使用大规模蓄电系统,对风电进行调节。工业发达国家高度重视大规模蓄电系统的研究和开发。到目前为止,人们已开发了多种储能技术,包括物理储能和化学储能两大类。物理储能主要包括扬水储能和压缩空气储能。这两种储能系统虽然具有规模大、循环寿命长和运行费用低的优点,但需要特殊的地理条件和场地,建设的局限性较大,且一次性投资费用高。化学储能主要有各类蓄电池、可再生燃料电池和液流电池等。铅酸电池是目前大功率蓄电池中使用比例最高、价格最便宜的电池产品,其生产工艺成熟,原材料来源广泛,有望作为近期首先使用的技术。

近年来,小型风力发电机组制造业有些萎缩,除了并网风电迅速发展的原因外,还有以下几方面的因素:一是小型风力发电机产品价格偏低,加上缺乏市场监督机制,造成产品质量不稳定,运行可靠性差;二是由于用户居住的分散性,给产品售后服务带来困难;三是离网风电市场主要定位在偏远无电地区,小型风力发电机组制造企业很难开拓市场。实际上,随着社会经济的发展,技术进步和环保需求,独立运行的小型风力发电系统的应用范围也在扩展和延伸,市场前景很好,除了与其他能源组成互补系统,用于道路照明、通信电源等之外,小型风力发电机组还可以作为分布式电源系统的重要电源之一,进行并网应用。

风能技术是一项综合集成的高新技术,随着风能又快又好的发展,风能技术也将不断面临新的挑战。近年来,我国风能技术虽然有了长足的进步,但是与世界先进技术相比还存在较大的差距。风能基础研究还很薄弱,自主创新能力还很不足。国家发展和改革委、国家科技部和财政部等部委以及中国科学院、中国工程院等机构都十分重视我国风能技术的进步。我国要充分利用当前风能技术发展的大好机遇,整合资源,扎实工作,结合我国国情发展有自主知识产权的风能技术,在世界风能大国中,我们的产业和技术都能占有一席之地。

[1]施鹏飞.全球风力发电现况及发展趋势[J].电网与清洁能源,2008,24(1):3-5.

[2]张德、朱蓉、罗勇,等.风能资源数值模拟系统 WEST在中国数值模拟中的应用[J].高原气象,2008,27(1):202-207.

[3]迟永宁,王伟胜,刘燕华,等.大型风电场对电力系统暂态稳定性的影响[J].电力系统自动化,2006,30(15):10-14.

[4]衣立东,电网与可再生能源协调发展研究[J].电网与清洁能源,2008,124(24):1,3-5.

[5]国家发展和改革委员会能源研究所.中国风电设备制造业产业化发展研究报告[R].中国风电设备制造业产业化发展国际论坛.北京,2008.

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