风能利用存在的问题及发展建议

安郁滨

【摘 要】 风能是一种清洁能源，是可再生的绿色能源。自古以来人类就有对风能的利用，但是受制于技术水平导致利用效率低下，被常规能源长期占据主导地位。直到风电的开发，风能的利用才具备可以大规模推广的条件。然而在风电的开发过程中，出现了能量转化稳定性差、环境保护矛盾等诸多问题。部分地区已经出现了弃风限电的现象，值得重视。提出应从技术升级、产业规划、协调发展等方面入手促进风电产业健康发展。

【关键词】 风能 利用 现状 问题 发展 建议

从根本上来讲，地球上的能源都来自于太阳能，风是一种由太阳辐射热在地表产生的温差引起的大气对流现象，风能就是太阳能转化而来的。据报道，全球可利用的风能大约为2X107MW，比可开发利用的水能总量要大10倍。因此风能的开发利用是非常有潜力的。

风能利用的历史悠久，中国是有史记载最早利用风能的国家。公元前数世纪已有利用风力提水，其后灌溉、磨面、舂米、风帆船等利用越来越广泛。宋代的风车应用达到全盛，流行其时的垂直轴风车一直沿用到现在。国外对风能的利用也较早，多使用风车来完成各项工作。堂吉诃德和风车的故事更是让没有接触过风车的人对风车充满了好奇。如果不是蒸汽机的出现，风车的使用也许会产生另外一种文明。风车之所以被蒸汽机打败，是因为两者对能源的利用效率上有天壤之别。风是一种自然现象，是一种不受控制的能源来源，受自然条件约束过多。因此数千年来风能技术发展缓慢，而煤炭、石油的利用却迅猛发展。但是煤炭石油资源对人类生活来讲是不可再生的，资源日趋匮乏，压力随之而来。同时，传统能源的利用伴随着的是巨大的环境污染，中国的首都北京雾霾日益严重，其他的多数大城市也环境恶化，人类社会迫切需要转型。而科学技术的进步也保证人类可以对其他的能源进行利用。风能就是其中较突出的一种，作为一种无污染、可再生的“新”能源发展潜力巨大。

1 风能利用的现状

风能利用，主要是采用风力发电技术，将风能转化为电能。电能是人类社会现代化的必须能源，现在主要依靠火电、水电，已经面临着资源匮乏、环境恶化等双重压力，所以风力发电的意义巨大。风电行业的真正发展始于1973年石油危机，美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入大量经费，用新技术研制现代风力发电机组，80年代开始建立示范风电场，成为电网新电源。在过去的几十年里，风电发展不断超越其预期的发展速度，一直保持着世界增长最快的能源地位。在发达国家，风能作为一种高效、清洁的新能源日益受到广泛重视。早在1974年美国就开始实行联邦风能计划，对国家的风能资源进行评估，研究相关的社会和环境问题，改进风力机的性能，降低造价等。目前美国已成为风力机装机容量最多的国家。在瑞典、荷兰、英国、丹麦、德国、日本、西班牙等国家，也根据各自的情况制定了相应的风力发电计划。丹麦在1996年的能源计划中，将能源远景规划扩展到2030年，提出届时风电比重将达到50%；欧洲风能协会与绿色和平组织在2002年发表的一份题为《风力12（WINDFORCE 12）》报告中提出，2002年风电要占世界电量的12%，而欧洲很有可能要占到20%[1]。

我国位于亚洲大陆东南、濒临太平洋西岸，季风强盛。据国家气象局估计，全国风力资源的总储量为每年16亿kw，近期可开发的约为1.6亿kw，内蒙古、青海、黑龙江、甘肃等省风能储量居我国前列，年平均风速大于3m/s的天数在200天以上。薛桁[2]等根据全国900余个气象台站实测资料作出的多年年平均风能密度分布图，首次完整细致地估算出各省及全国离地面10m高度层上的风能资源储量，我国的风能资源总贮量为32.26×1011W，实际可开发量为2.53×1011W。从而从理论上进一步证实了我国风能资源具有巨大的开发潜力。我国风力机的发展，在50年代末是各种木结构的布篷式风车，到60年代中期主要是发展风力提水机。70年代中期以后风能开发利用列入“六五”国家重点项目，得到迅速发展。进人80年代中期以后，我国先后从丹麦、比利时、瑞典、美国、德国引进一批中、大型风力发电机组。在新疆、内蒙古的风口及山东、浙江、福建、广东的岛屿建立了8座示范性风力发电场。1992年装机容量已达8MW。新疆达坂城的风力发电场装机容量已达3300kw，是全国目前最大的风力发电场。至1990年底全国风力提水的灌溉面积已达2.58万亩。1997年新增风力发电10万kw。目前我国已研制出100多种不同型式、不同容量的风力发电机组，并初步形成了风力机产业。尽管如此，与发达国家相比，我国风能的开发利用还相当落后，不但发展速度缓慢而且技术落后，远没有形成规模。我国应在风能的开发利用上加大投入力度，使高效清洁的风能在我国能源的格局中占有应有的地位。

2 风能利用存在的突出问题

作为一种新能源的利用，在人类社会习惯于使用常规能源的几百年的惯性下，仍然面临着诸多问题。一方面是行业发展社会环境问题比较突出，比如目前在风能发电项目特许权经营招标实践中企业之间的恶性竞争，企业纷纷亮出了大大低于成本的“跳楼价”。企业之所以愿意这样做的原因在于“多年来摸透了国家产业政策的脾气，认为拿到项目苦熬到全行业亏损后，国家会再次调整风力发电定价的办法，那时就变得有利可图了”[3]。还有频频出现的风机产能过剩、弃风限电等等，这类问题主要要从国家政策层面解决。另一方面，风能发展还面临着诸多其他制约因素。

2.1 风能的不可控制性导致了利用的困难较大

由于风的特殊性，决定了人类生活的聚集地是尽量避开风力资源丰富地区的，从而必然导致风力资源丰富地区和用电高峰地区的错位布局。由于风的不稳定性，风力发电对电网运行要求有较高的要求。而传统电网主要是根据稳定的火电设计建造的，对电能的不稳定性准备不足，因此风电受制约非常明显。从影响上看，主要存在三个方面的问题。一是加大了电网调度难度；由于布局错位，电力调度要求较高，给本就基础建设薄弱的电网系统造成巨大的压力。二是降低了电能质量；由于风力的不稳定性导致所转化的电能质量下降。三是挑战电网安全；由于基础设施限制，电网对风能发电的特殊性没有准备，安全性不能充分保障。迟永宁[4]等研究结果表明大规模的风电接入可能会使电网出现线路传输功率越限、短路容量增加及电力系统稳定性发生变化等问题。由于面对诸多限制因素且没有有效的解决手段，近年来西北地区多发的弃风限电就是这种影响下的极端产物。