2008年,浙江省规模最大的风力发电项目岱山县衢山岛风力发电场建成。已安装48台单机容量850千瓦风机,取得令人瞩目的成绩。遗憾的是整整晚了20年。
我们知道,风能是可再生能源中技术最为成熟又最简单的技术。过去20年里风力发电成本下降80%,成为发电成本最接近火电的新能源。风力发电具备大规模商业化运作的基础。
四、风车发电
在新能源开发中,风能发电无疑是最为风光的一个。在自然界中,风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着油价不断上涨,风力发电愈加被人们所重视,随着风电技术的成熟,近些年来风电不断受到追捧。
说到风力发电,最早要算丹麦了。现今丹麦的风力发电也很普遍。丹麦虽只有500多万人口,却是世界风能发电大国和发电风轮生产大国。世界10大风轮生产厂家有5家在丹麦,世界60%以上的风轮制造厂都在使用丹麦的技术,丹麦是名副其实的“风车大国”。
根据全球风能理事会的统计,全球的风力发电产业正以惊人的速度增长,在过去10年平均年增长率达到28%,2007年底,全球装机总量达到了9400万千瓦,每年新增2000万千瓦,这意味着每年在该领域的投资额达到了200亿欧元。目前全球风电装机容量已超过1亿千瓦,尤其是美国和中国风电产业近几年保持迅速发展。
自2003年以来,中国风电装机容量增长迅速,2004—2007年每年新增装机容量增速均超过100%。2007年,按照累计风电装机容量数据排名,全球前五名国家依次是:德国、美国、西班牙、印度和中国,中国位居第五。但是,如果按照全球新增风电装机容量来看,2007年中国则仅次于美国和西班牙,高达330万千瓦。这一年,全球风电资金中15%投向了中国,总额达340亿人民币,即34亿欧元左右。2008年,中国的风电装机容量新增630万千瓦,第一次超过印度成为亚洲第一,位居全球第四,中国真正成为全球最大的风电市场之一。
风电场和风力发电设备制造将是风电行业的两大投资机会,其中发电设备尤其重要。金风科技是我国风电设备制造企业当之无愧的龙头,该企业的股票2007年12月上市首日大涨263.9%,受到了投资者疯狂的追捧。金风科技是我国风电整机制造龙头,在风电设备行业中排名国内第一、全球第十,2006年在国内市场占有率达到33%,全球市场占有率2.8%,实力可见一斑。从这一事件可以看出不少投资者已经意识到了风能行业在我国的发展潜力之巨大,风力发电设备制造企业将面临历史性的发展机遇。
“风沙大、路难走”,这些恶劣的自然环境曾经制约着张家口坝上经济的发展。但是这两年,这些昔日曾经让人头疼的大风刮来了滚滚财源。如今在张北县,昔日的荒坡秃岭已经换成了风电设备安装的火热场面,受冷落的风电开始走俏了。大风把滚滚的财源刮进了张北,也刮进了占全国风电设备一半产能的保定高新区。2006年,保定天威集团只组装出了一台风力发电机,而2009年生产能力就猛增到了200台。张家口和保定的例子好像我国风电发展的一个缩影。10年前我国风电装机容量发展不足300万千瓦,未来3年内却将突破1000万千瓦。在新能源政策的撬动下,我国风力发电的年产值已经突破100亿元。
风电行业的超速增长与我国政府出台的一系列鼓励政策密不可分。除了在宏观发展规划中为风电发展设定了颇为激进的发展目标外,降低风电价格、支持风电设备的国产化、保障风电并网是最主要内容。
五、高空风电
现代风电机组正在日益向大容量、更高处发展,大容量机组不仅发电量高,而且发电成本较低。人们一说到风力发电,可能很多人想到的就是在空旷的草原、荒漠等地域的风力发电站。但事实上,凭借着安装在城市上空1600~40000米外的高空发电机,就能满足人口稠密的城市用电需求。
2009年5月,美国斯坦福大学环境和气候科学家克莉丝汀娜·阿彻和肯·卡尔代拉在《能源》杂志上发表了一个报告,称高空急气流在任何时候所含的风能,超出地球上消耗所有电能的100倍。这就是高空风电的原理。同样规模的风电场,如果应用大容量机组,能够利用更高处的风能资源,还可以减少机组台数,相应的运输、安装、电缆连接等成本也会降低,高空风力发电正处于一个新生期。
这似乎听起来不可思议,但是美国能源部曾经有过一个高空风力发电项目,当然规模不大。然而,由于20世纪80年代能源价格暴跌,里根政府时期的能源部官员将经费挪为他用,最终致使其无疾而终。
几百年来,我们一直在利用不可再生的化石燃料,由于石油供应日益紧张和对气候变化的担心让绿色技术获得了新生。不幸的是,可再生能源的分布一般漫无边际,这意味着往往需要开发大片区域才能获取需要的能量。而高空风速度很快,可以在全球范围内迅速蔓延的同时比地面风更易于预测,并且具有高度的密集性,在这种情况下,利用高空风能看上去非常具有开发前景。
20世纪70年代,能源危机爆发,因而各类新的能源概念不断涌现,工程师和发明者们申请了多项利用高空风设计的专利。其中两个主要设计构架沿用至今:一是在空中建造发电站,利用高空风能发电,然后通过电缆输送到地面;二是通过模拟风筝,先将机械能输送到地面,再由发电机将其转换为电。不过这些都还只是在理论上讲得通,要真正地实施起来却还需要进一步的研究和探索。
为了捕获高空风能,研究者正在构想出一种风力涡轮风筝模型——这类风筝与一根电缆相连,而且有与大型客机并肩飞行的高度,而飞速旋转的叶片可能把风能转换成电能,最后通过电缆传输到达电网传输系统。为捕获高空风力急流中蕴藏的能量,风能制造商正在设计、制造各种风筝涡轮机,从而可以将风力动能转化为电能。
发电风筝能否“飞得更高”?
尽管高空气流蕴藏着巨大的能量,但长期来看,风筝涡轮机面临着风力不稳的挑战。即便高空位置达到理想状态,一年也会有5%的时间不刮风。其次,高空风筝发电的另一个障碍就是飞机的干扰,当然,如果发电风筝能像建核电站和炼油厂取得批准一样,取得上空飞行的限制许可,空中交通也将不是大问题。
斯坦福大学生态学家肯·卡尔代拉说:“高空风能最终会被证明是一种重要的能源,但它需要完善的基础设施,确保高空风能发电可持续运行。”
六、世界风力发电现状
风力发电自20世纪80年代开始受到欧美各国重视以来,至今全球风电发电量以每年25%~30%的惊人速度快速增长。
2007年全球新增装机9865兆瓦,累计装机93864兆瓦。2008年全世界新增风力发电装机容量约2726万千瓦,增长率约为29%,累计达到1.21亿千瓦,增长率为42%。2009年上半年中国风电市场持续井喷,新增装机规模达到4440兆瓦,风电累计装机容量达到16.6吉瓦。与此同时,风电大国美国与德国2009年上半年新增风电装机容量分别为4070兆瓦与800兆瓦,累计装机量达到29.44吉瓦与24.7吉瓦。
我国2007年风电装机容量占电力总装机容量比例只有0.14%,远不及发达国家的水平,是同样处于发展中国家的印度的1/7.5,但中国风电装机容量快速增长,达到平均35%以上的增速,这个成长性是非常可观的。对中国来讲,未来的风电发展空间非常大,主要原因一是配额还没有达到标准;二是我国的风能储备非常丰富,占世界的第三位;三是我国的风电厂已经没有盈利的现实条件了;四是我国的风电设备市场目前来看,国产化率非常高,以后替代进口以及出口潜力都非常看好。世界主要国家风电装机容量的增加,其背后是大力发展风电机组的结果。过去几年,中国风机的增长速度远远快于其他几个主要风机装机国家。
欧洲最早开发利用风电
英国成为世界上拥有海上风力发电站最多的国家,超越了曾位于榜首的丹麦。目前,英国正在制订进一步推动海上风力发电站计划,为家庭提供足够的电力。到2020年,英国海上风力发电能力几乎占全球市场的一半。
现在,英国来自岸上及海上风力发电站的电量达到30亿瓦,足够供应150万个家庭。其中,海上风力发电占20%,还有5座在建电站,2009年末总发电量增加9.38亿瓦。估计这种趋势会继续下去,最终风能的使用成本将会不断降低,而且符合国际上减少二氧化碳排放以阻止气候变化的紧迫需求。英国及其周边海域拥有欧洲最强的风力,为风力发电提供保证。
浙江省内最大的风力发电场投产
2009年3月,浙江省内最大的风力发电场——浙江温岭东海塘风力发电场一期工程建设完成并投入使用。该发电场每台风机功率为2兆瓦,是目前国内单机容量最大的发电机。20台风力发电机沿着海岸线一线排开,场面壮观,可供应4万多户家庭用电。每台风机都是巨人,风轮直径80米,风轮中心离地67米,叶片长度超过39米。
目前,中国风力发电总机容量已达9兆千瓦,而且在不断扩大。由于政策支持,风力发电有利可图。初定政府补贴价格等于再生能源价格减去火力发电价格,吸引国内外投资者争相进入中国风电市场。正像国外媒体介绍说,中国风力发电建设成爆炸式成长。不久的将来,中国风力发电将稳坐世界头把交椅,为节能减排做出贡献。