风电在中国

陈宗器 郝红珍

1 世界风电行业形势

2009年12月7-19日，联合国气候变化大会在丹麦哥本哈根召开。本届会议由192个国家的环境部长和其他官员们参加，商讨《京都议定书》一期承诺到期后的后续方案，就未来应对气候变化的全球行动签署《哥本哈根协议》，为发达国家实行强制减排和发展中国家采取自主减缓行动作出了安排，并就全球长期目标、资金和技术支持、透明度等焦点问题达成广泛共识。对温室气体，美国作出承诺在1990年基础上到2020年减排17%，到2050年减排80%以上；欧盟表示2020年可减排20%～30%；巴西2020年减排36.1%～38.9%；印度表示2020年单位国内生产总值二氧化碳排放将比 2005年下降20%～25%；我国温家宝总理表态 2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。

众所周知，所谓温室气体主要是 CO2、甲烷、N2O、HFC、PFC、和SF66种，前3种主要是煤电厂和天然气电厂排放的，排放量最大。所以目前世界上鼓励“低碳经济”、“碳零排放”、“绿色电源”主要指的是水电、风电、核电和光伏发电。

1973年以来，由于石油危机的频频出现，人们不得不把眼光落在环境污染少、技术成熟的风力发电上。表1列出2000－2009年世界主要风电国家装机容量。

从表1看出我国在世界风电的排位，由2000年的第9位，到2005年的第8位，2006年的第6位，2007年的第5位，2008年的第4位，直到2009年的第3位，几乎每年升一级，真可谓进步不小，中国风电活力无穷。

欧洲风电发展最为耀眼，其风电装机占世界风电装机的60%以上。之所以发展如此之快，主要是因为依靠政府政策引导以及立法支持。如丹麦通过征收碳排放税，对绿色电源实行国家财政补贴，包括电价补贴、投资补贴、科研经费补贴，对风电规定电网必须收购量。德国则通过《可再生能源法》，对发展可再生能源实行各种补贴，致使 1997-2007年德国风电超越美国而位居全球首位。风电始祖丹麦由于国土较小，风电已经饱和而退位，然而其发电量占全国总发电量的22%，比例之高居全球首位。

表1 世界主要风电国家装机容量（单位：万kW）

风电技术是一项综合性的高技术。它涉及空气动力学、结构动力学、材料科学、声学、机械工程、动力工程、电气工程、控制技术、气象学、环境科学等多个学科和多种领域，并相互交叉。凡是风电装机容量居前的国家，都有本国著名的风电设备制造商作为技术支撑。由于风电市场竞争激烈，个别知名厂商被并购，一些大的跨国公司开始介入风电行业。目前世界著名的风电厂商有丹麦Vestas、美国GE wind、中国华锐、德国Enercon、中国金风、西班牙Gamesa、中国东汽、印度Suzlon、丹麦Siemens、德国Repower等，它们2009年全球风电市场的份额列于表2中。

表22009年世界10大风电制造商的市场份额（单位：%）

最近欧洲趋向发展海上风电市场，因其风速比陆地高20%，发电量可增加70%，机组利用率可以提高到30%～40%；同时占地比陆上容易，景观及噪声影响面小。但海上安装复杂，要抗台风、防盐雾潮气，代价较高。表3列出了2000至2008年9月欧洲已造海上风电场概况。

表3 全球已建近海风电场概况（2000年至2008年9月）

另有资料表明，截止 2008年底，欧洲已造 24处海上风电场，装机容量1423MW，在建18处，装机容量2406MW，到2020年总规划装机70000MW。单机容量10MW海上风电机正在研制中。

最新资料表明，至2009年全球海上风电发展最猛的国家累计装机容量英国为 894MW，丹麦为625.9MW，荷兰为 246.8MW，瑞典为 163.3MW。Repower公司为德国Alpha Ventas海上风电场提供了10台6MW海上风力机，该机的机舱和叶轮组件总重达 450t，并采用了高压双馈感应发电机及配套变流器，叶片长61.5m。该风电场离岸约40km，造价巨大，每千瓦造价超过3.5万元人民币。

2009年，在新增海上风力机装机容量方面，西门子以70.3%的市场份额位居第一，Vestas以19.2%的市场份额位居第二。在累计海上装机方面，西门子50.3%的市场份额高于Vestas 39%的市场份额。在海上风电场的开发中，风机价格占到总投资的30%～50%；基础设施占 15%～25%；并网成本占15%～30%，安装费占成本的30%。

2 我国风电为什么这样火

我国风电行业之所以能快速发展，主要基于下列原因：

（1）风电是典型的资源节约型和环境友好型的发电方式。它是一种清洁的永久持续能源，与传统能源相比，不依赖化石燃料，没有燃料供求和价格风险，不排放温室气体和污染环境，能源回报率高；与水电相比，不淹没土地，不产生移民问题；与核电相比，不产生难以处理的核废料以及一旦出事造成的灾难性事件；与生物质能发电方式相比，不产生环境污染，不与民争粮，不需要庞大的物料收集系统；与光伏发电相比，电价相对低廉，且占地相对较少。表4列出了各种发电方式费用及问题比较。

（2）我国幅员辽阔，风能资源丰富。根据我国气象局公布的我国首次风能资源详细评价取得的发展和阶段性成果表明，我国陆上离地面 50m高度达到 3级以上风速的风能资源潜在开发量为 23.8亿kW，其中技术可开发量级为 6亿 kW。此外，我国东部沿海水深5～25m的海域，50m高风能资源经济可开发量级为2亿kW。风能资源总量远超我国水能资源，完全可期望在2050年达到数亿kW容量，成为水力发电后又一种大规模可再生能源发电方式。而且我国风电资源丰富地区主要在新疆、甘肃、内蒙、东北高原或草原地带以及沿海丘陵、岛屿或滩涂地带。那里地瘠民穷，人口稀少。虽然由于风能资源密度低，建设一座10MW的风电场，至少需用地2km2，建设大型风电场需要占用大片土地，但它并不影响当地放牧或水产养殖，不扰民，且为民谋福利。

（3）我国风电行业已经初具规模。2003年以来，国家采取政府支持和市场机制相结合的方式，连续组织了七期风电特许权招标项目，有力地推动了风电规模化发展。通过许可证转让、技术引进、联合和自主设计等方式，特别是众多资深电机和机械制造商以及所有发电集团参与风电开发，进步突飞猛进，已形成风电行业的产业链。表5列出我国风力机市场的国产化率。

表5 我国风力机市场的国产化率（单位：%）

（4）风电技术日趋成熟，成本越来越低，在国外已接近煤电成本。根据美国最新资料，2009年美国风电总装机量 35159MW，其发电量占总发电量2.4%。当年投入风电投资210亿美元，增加风电容量9994MW，每个风电场平均规模约为90MW，造价每千瓦2000美元，平均单机容量为1.74MW，风电成本已达到每千瓦时6美分，预计2030年风电可达总电力供应量的6.4%。

根据表4，我国风电上网电价为0.55元，虽然比不上水电，但与煤电相比，价格尚嫌过高，但如果煤电要考虑建设煤矿、运煤铁路和公路，建设火电机组的脱硫脱硝装置，实施碳排放税，其电价甚至就可能会超过风电电价。

另外，风电建设周期短，整机及其配套零部件全系工厂化生产，安装调试单机仅需3个月，一座30MW的风电场也只需17个月就可以建成。

3 中国风电发展的基本历程

中国首座风电场是山东荣城风电场，1986年5月安装3台丹麦Vestas 55kW风电机，此后发展缓慢，1996年才达57.5MW，2000年风电装机才排名全球第9位。进入新世纪以后并网风电场有较大发展，从2001-2009年，并网风电场数顺次为25、32、40、43、59、68、158、199、423处，到2009年风电装机已排名世界第3位。概括说来，我国并网风电发展大致可分为3个阶段。

（1）初期示范阶段（1986－1993年）

此阶段主要是利用国外赠款及贷款，建设小型示范风电场，政府的扶值主要是在资金方面，如投资风电场项目及风力机的研制。认识上囿于风电只能小打小闹，成不了气候，同时入网也困难，进展十分缓慢。

（2）产业化建立阶段（1994－2003年）

1994年规定电网管理部门允许风电场就近上网，电价按发电成本加还本付息，合理利润的原则确定，高出电网平均电价部分，其差价采取均摊方式，由全网共同担负，电网公司统一收购处理。投资者利益得到保障，贷款建设风电场开始发展。其后国家发改委又规定，银行还款期限延长到15年，增值税减半为8.5%。但是随着电力体制向竞争性市场改革，风电由于成本高，发展缓慢。

（3）规模化及国产化阶段（2003年迄今）

为了大规模商业化开发风电，国家发改委从2003年起推行风电特许权项目，每年一期，通过招标选择投资商和开发商，目前已经进行了七期。通过特许权项目招标的实践，可以看出这是国家发展风电的重要举措，它明确了风电不参与电力市场竞争，对规定的上网电量承诺固定电价；电网公司投资建设连接风电场的输变电设施；降低上网电价，打破电力部门办电网的垄断，吸引国内外投资者，提出对机组国产化率的要求等。促进了近几年风电的大发展，可见表6所示。

表6 2003-2009年中国风电装机增长

各地为了贯彻胡锦涛总书记的科学发展观，认真落实温家宝总理在哥本哈根会议作出的节能减排的许诺，纷纷发展风电，特别是贫瘠的三北地带，它也是一种扶贫的举措，可以带动当地就业。表 7列出了我国电装机排名前8名省市。

表7 我国风电装机排名前8名省市

根据国家《新能源产业振兴规划》，2020年我国风电总装机容量将达1.5亿kW，规划中将打造7个千万千瓦级风电基地，其中甘肃酒泉规划3565万kW，新疆哈密2000万kW，内蒙古东部3000万kW，江苏1000万kW包括近海700万kW，吉林西部2300万kW，主要在松原市和白城市。

在前几期风电特许权项目中，有国产化率 70%的要求，迫使外商输出技术或在中国合资和独资建厂，图谋在中国庞大的风电市场中分得一杯羹。例如丹麦Vestas2006年在天津建有风电机、机舱、叶片、机械厂和控制系统厂，后又在徐州和呼和浩特建厂。截止到2009年底，我国已累计安装风电机2043台，总容量达2106.6MW，拥有员工约3000人。西班牙Gamesa 2006年起在天津设厂，提供850kW中型风力机，截止到2008年底，在华装机已超过500MW，2010年在白城建厂生产 2MW 机组。美国 GE Wind2007年起沈阳工厂投产，在中国市场主要销售1.5MW机组，目前累计销售895台，其中已运行688台，2009年安装53台，2010年将安装154台。印度Suzlon2006年起生产1.5MW风力机，从2007年到2008年末已在华安装200台机组。德Repower在华建立合资厂瑞能北方风电公司可生产MM82型低温型2MW机组，已在广东陆丰甲湖安装24台，山东东营河口安装25台，机组配有先进的控制系统，具有低压穿越、无功补偿等功能，平均可用率达98%。此前还为浙江运达及金风提供过 750kW 生产许可证，为东汽提供2MW生产许可证。另外西门子公司2009年在上海临港建叶片和机舱厂，生产2.3MW和3.6MW叶片，生产能力年500MW。Nordex在银川建1.5MW机组装配厂，在东营建立叶片厂。西班牙Acciona在南通建合资风力机厂。上述厂商它们在MW级风力机，特别是海上风力机拥有相当实力。

4 我国风电行业的崛起

近4年来，我国风电场建设进程突飞猛进，表现出强劲的发展态势。从表6能看出4年连续的装机翻番，到2009年全国已拥有423座风电场，单台风机平均容量已从 2001年的 681kW，跃升到 2009年的1360kW，而欧洲为2000～3000kW，美国为1740kW，全球平均为 1599kW。众所周知，随着单台容量的提高，风电场投资可大幅度下降，风电成本也随之下降。截止到2009年底我国已安装风电机2581万kW，并网风电达2268万kW，累计发电量516亿kW·h，规划要求到2015达到9000万kW，2020年达到1.5亿kW。表8列出到2009年底我国风电市场分配表，可充分说明我国风电行业已达到相当水平。

目前我国已有风电整机厂82家，国内企业大致可以分为三个梯队，第一梯队为华锐、金风、东汽三家已占国内市场 55.5%；第二梯队为明阳、国电联合动力、运达、上海电气、常州新誉、湘电、南车时代、北重等企业；第三梯队则为其余的整机厂；第二、三梯队只能占到我国市场的 14.7%，当然在市场剧烈竞争中还能涌现后起之秀。但是有关当局认为：随着我国风电产业的高速发展，风电制造业的生产能力急速扩张，大批兆瓦级新型机组产品匆忙投入规模化生产和野外运行，随之而来的是产品质量问题越来越突出，风电机组可利用率达不到95%的要求，加大了风电项目的技术和经济风险。国家能源局将准备提出《行业准入标准》要求准入企业能生产大于等于 2.5MW 整机，生产能力年达100万kW以上，改扩建不小于50万kW，并且要求有5年以上的从业经历。这些条款可能会抑制住风电制造厂的盲目发展。下面介绍国内风电巨头。

表8 2009年止我国风电市场分配表

华锐风电科技集团股份有限公司，2006年从大连重工脱颖而出，其技术最初来自奥地利 Windtec和Fuhrlander，现已有完全自主知识产权 1.5MW、3MW双馈式变桨变速型风力机。拥有大连、盐城、包头、酒泉四个基地，职工2000人，2009年营业额超过130亿元。其中产品通过德国劳埃德船级社认证，截止 2009年运行风机2000台，可利用率达96%。2010年1月成立海上风电技术装备研发中心，其 3MW海上风电机34台，已安装在上海东海大桥，2010年6月8日已并网运行。2009年曾出口印度10台1.5MW风力机。

新疆金风科技股份有限公司1998年成立，是风电行业的元老，它已收购德国Vensys公司，2009年营业额107亿元，利润达20亿元，拥有北京亦庄、乌鲁木齐、包头、酒泉、西安、大丰、德国 Neunkirchen七个制造基地。职员2527人，拥有制造、投资、服务、零部件公司。2009年生产1.5MW机组1391台，750kW机组782台。截止到2009年9月30日完成安装4691台。2009年曾出口美国3台1.5MW风力机。

东方汽轮机厂1974年投产，主要生产电站用汽轮机，2004年引进德国Repower技术生产1.5MW、2.5MW、1.0MW风电机，其配套件国产化率达80%。拥有德阳和天津两个生产基地。2009年1月至9月共生产风力机150.15万kW，截止2009年共生产风电机438.7万kW。

5 我国风电发展亟待解决的问题

目前我国安装的基本都是水平轴风力机，主要有定桨距失速型和变速变桨距型。对变速变桨距型发电机组，从风轮到发电机的驱动方式可分为3种：第一种是通过多级增速箱驱动双馈异步发电机，简称双馈式。第二种是风轮直接驱动多极同步发电机，简称为直驱式（或无齿轮箱式）。直驱式发电机具有传动链能量损失小，维护费用低，可靠性高等优点，在市场上正在占有越来越大的份额。第三种是单级增速装置加多极同步发电机技术，简称混合式，混合式设计旨在融合双馈式和直驱式机组的优点而避免其缺点。

一般风力机具有机械、液压、控制、电气、偏航及制动六大系统。其部件则有叶片、轮毂 、风轮、塔架、齿轮箱、发电机、机舱底座等。我国制造的“软肋”主要在主轴承、控制系统、变流器3个方面。对我国气候特征，应考虑耐低温、耐沙尘暴、耐飓风、耐盐雾、耐雷暴、高原等特殊要求。

目前业界意见对风电发展亟需解决的问题是并网、储能和有序发展三个主要问题。

（1）国内外进行的一些研究表明，当电网电压跌落到一定数值时，如果不采取任何技术措施，双馈感应发电机风力发电系统就将会被电网切除。这种情况在风电比例不高的电力系统中是可以接受的，但对主要风电机组组成的电力系统就会造成电网电压和频率崩溃，给工业生产带来巨大损失。直驱多极同步发电机发电后，通过交-直-交变换后并入电网，已被证实在低电压运行特性方面拥有出色的性能。电网公司已对并网付出了很大努力，2009年全国总安装容量为2581万kW，而并网风力机达2268万kW，并网率达88%。然而电网公司对强大电风基地和当地弱势电网感到非常棘手。

（2）风电具有的随机性、间歇性和不可持续性，曾一度被电力界称为“垃圾电”，欧洲有关人士曾说过，风电总量不可能超过电网总量的22%，否则对整个电能质量有较大影响。然而目前丹麦风电量已占全国电量的22%仍然安全运行。原因是丹麦属于北欧电网一部分，当风电富余时，挪威的抽水蓄能电站就可将风电储存起来。但是目前国内筹建的酒泉、哈密、蒙东、蒙西、河北、江苏和吉西7个千万千瓦级风电基地，如何送出是一个大问题，鉴于后5个基地附近都有大电网可以消纳，只有酒泉及哈密如何消纳风电，是值得关注的问题，其附近属缺水地区，没有条件建设抽水蓄能电站。因此有人曾提出在当地建设高耗能产业，或者建立火电群，将火电与风电打捆后送出。在美国发展出一种插电式电动车分布式储能装置在夜间充电，与风电高度发电时段正好吻合。但笔者认为这还是一种小容量的储能装置，对千万千瓦级风电群起不了多大作用。

（3）风电有序发展问题。目前有舆论声称我国风电发展有些发疯了。其实风电对我国还是很需要的，但是风电制造业确实有些过多，有些盲目发展。有些不具资质的企业，投入巨额的投资，一旦将来揽不到业务而破产，对整个国家来讲也是一个巨大的损失。目前国家能源局拟颁发的《风电制造业准入标准》将会对此现象起到很大的遏制作用。