科学利用风能 提高绿色能源利用率

　　“不用机器不用电，风车一转水到田。”近几年，在实施烟叶生产生态村富民工程的过程中，全省部分地市烟草公司创新工作思路，大胆尝试建设既节能又环保的风力提灌项目，不但解决了灌溉用水问题，而且降低了种烟成本，风力提灌系统也成为当地社会主义新农村建设的一道靓丽风景线。在能源问题日益严峻的今天，科学利用风能不失为一种提高绿色能源利用率的有效途径。本版选取部分关于风能利用的文章，以期为全系统各单位开展相关工作提供借鉴。

　　随着经济的发展，化石能源日益短缺，能源问题逐渐成为世界性问题。近年来，我国经济面临的资源、环境压力日渐突出，加快构建绿色能源供应体系已成为社会各界的共识。其中，风能以其巨大的潜力和成熟的商业化基础最为引人注目。

　　风能开发和应用在我国已经有20多年的发展历史。那么，我国的风能应用状况如何？我国应如何抢抓机遇走出一条有中国特色的绿色能源之路？

　　风能与其他能源相比有着明显的优点：储量巨大，可以再生，分布广泛，没有污染。风能和阳光一样，是取之不尽、用之不竭的可再生能源；风力发电不会出现燃料不足的问题，不会产生辐射或二氧化碳，也就不会产生空气污染。因此，合理利用风能既可减少环境污染，又可减轻能源短缺的压力。

　　在我国，约20%的国土上具有比较丰富的风能资源，其主要分布在东南沿海及其附近岛屿，以及西北、华北和东北地区，特别是新疆和内蒙古的风能资源极为丰富。目前我国风能利用发展很快，无论是发展规模还是发展水平都比以前有很大提高。风能作为一种无污染、可再生且运行成本低廉的新能源，在我国有着巨大的发展潜力和广阔的市场前景。

　　虽然我国风电产业发展形势很好,但风电设备制造业较为薄弱。与国外一些发达国家相比，我国风能开发无论是在技术、规模、水平上还是在发展速度上，都存在较大差距。发电设备国产化水平低成为我国风电产业化的主要障碍。

　　强大的风电设备制造业是风电产业发展的重要基础。德国、西班牙、荷兰、丹麦、美国等国的经验表明，风电产业的发展无一例外都以雄厚的技术实力和强大的风电设备制造业为支撑。然而，由于长期投入不足，我国风电设备生产厂家生产规模相对较小，集约化程度较低，产品质量不是很稳定，经济效益也比较低。同时，风电产业本地化制造比例较低，难以降低工程造价，不能及时提供备件。

　　高成本、高价格是制约风电技术商业化和推广应用的最大障碍。与同类技术相比，风电设备生产成本比化石燃料要高得多。成本居高不下的原因有很多，生产规模小是其中一个重要原因。目前国产风电设备的能量转化效率比较低，要提高转化率，就需要增加系统的复杂性，但由此又会导致成本增加。

　　机组容量大型化是风能开发和应用的共同趋势。在上世纪80年代，风力机群以50千瓦～100千瓦机组为主，其后逐步发展扩大，从300千瓦、500千瓦、600千瓦到750千瓦机组都有生产，现在正在发展1000千瓦～3000千瓦机组。机组大型化有利于降低造价，提高运行可靠性；缺点是机组越大重量也越大，给风电机组的运输和安装带来一定困难，同时还可能导致风电机组造价的上升。

　　尽管风电机组技术近年来有了长足的进步，但是从技术商业化程度看，风电机组寿命较短，难以保证技术使用寿命达到20年，因而有必要改进所有部件的可靠性。这可以通过风机系统的优化设计、选用更好的材料和先进的控制装置等措施来实现。这样的改进不仅可以减轻设备的负荷，还可以减轻风机的重量。

　　规模化开发既是降低成本、提高效益的途径，也是保障开发利用可靠性的有效举措。海上风力发电与陆地风力发电的原理大致相同，但将风电场建在海上，不仅可解决占用陆地土地资源的问题，还可利用海上得天独厚的广阔空间和风力资源进行规模化生产，从而有效降低风力发电的成本。

　　风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，造成各地气压的差异，在水平方向高压地区空气向低压地区流动，即形成风。在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。风能的利用，主要有以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主。

　　行走在山东省威海市环海大道上，一排排高大的风力发电机矗立在海边，有节奏地发出“呼呼”的声响；在日照市南湖镇，随着巨大的风机叶轮的旋转，风力提灌站将清澈的河水从山脚下“提”到了半山坡，滋润着万亩茶园……在山东省黄金海岸线上，“风车阵”已成为一道别致的风景。

　　不仅在大海之滨的威海、烟台、日照，就是在内陆的临沂、莱芜等地，也有一座座风力发电场和风力提灌站点缀在广袤的土地上。狂野的大风被“驯服”成“绿色能源”，或转变为电能源源不断地输入农村、工厂，或提水浇灌良田。

　　近年来，山东省重点在威海、烟台、滨州、东营、潍坊、青岛等地建设大型风电场，并逐步在浅近海域发展海上风电项目。据山东省发改委提供的统计数据显示，目前全省106台并网风机总装机容量为9.22万千瓦，居全国前5名。全省已核准的在建风电场有9个，共计安装1500千瓦风机280余台，总装机容量达43.6万千瓦。

　　2008年，山东省政府进一步提出要积极调整优化能源结构，开发利用清洁及可再生能源；到2010年，风电装机容量要达到92万千瓦，到“十一五”末全省风电装机容量要达到100万千瓦，到2020年要达到300万千瓦。

　　风能取之不尽、用之不竭，是清洁可再生能源，有利于保护环境。山东省是能源消耗大省，目前99%以上的发电量来自煤电，40%左右的电煤供应依靠其他省份。以煤炭为主的能源结构使全省社会经济发展承受着巨大的环境压力，能源短缺形势比较严峻。

　　山东省风能开发和利用具有得天独厚的地理条件和自然条件：地处东部沿海，海岸线多公里，沿海岛屿有几百个，风能密度大，年平均风速高，是我国风能丰富区之一。半岛沿岸地带和山区的海拔较高，以及较为平坦的山顶、山脊、山梁和特殊地形等，形成了众多潜力无限的风口地带。研究表明，全省以风能为主的可再生能源如能达到国家规划的占能源消耗15%的目标，每年即可节约煤炭近1000万吨，经济效益非常可观，环境效益不可估量。

　　上世纪80年代以来，在地方党委、政府的支持下，山东省气象局先后开展了风能资源调查、区划、预测评估、风力发电规划和风能资源开发利用发展布局评估研究等工作。

　　评价报告显示，山东省风能资源丰富，风能资源总储量约为6700万千瓦。在此基础上估算，全省可开发的风电场有38座。其中，烟台可开发13座，威海、潍坊、滨州、东营、青岛、日照均能建设风电站。

　　以测风塔建设为基础的山东省风能观测网的建设，是山东省风能资源开发史上具有里程碑意义的大事。2007年1月，山东省气象局制订了《风能观测网建设方案》，确定了20个测风记录年代长、测风环境好、有效风速区间适合、与测风区气候相似性较好的详查区参证站，开始着手建设风能观测网。目前，已在沿海城市滨州、东营、潍坊等多风地带建成19座测风塔。测风塔能分别在10米、30米、50米和70米高度进行风向、风速的观测，采用GPRS传输数据，最小传输间隔为60秒，并于2008年实现了适时上传测风数据，为合理开发利用风能资源提供了第一手资料。

　　下一步，山东省将继续开展风能资源开发特色气象服务，在建成19座测风塔开展观测业务的基础上进行风能模拟调试工作，完成相关台站风能历史资料的信息化；开展风能等气候资源开发建设项目论证工作，做好工程设计建设服务，让空中发电进一步走近百姓生活。

　　我国从20世纪80年代初开始把小型风力发电技术作为实现农村电气化的重要措施之一进行开发，主要研制、示范和应用小型风力发电机组，供农牧民和渔民一家一户使用。经过近30年的发展，目前5千瓦以下的小型风力发电机组技术已经成熟，形成了年产6万台的能力。现在我国小型风力发电机已拥有稳定的市场，每年销售上万台，而且每年有上千台出口到国外。在电网不能通达的偏远地区，约150万农牧渔民利用风能实现了家庭电气化，电灯和电视进入农家牧屋渔船，农牧渔民生活质量明显提高。

　　我国现在可以生产100瓦、200瓦、300瓦、500瓦、800瓦的百瓦级小型风力发电机和1千瓦、2千瓦、5千瓦、7．5千瓦、10千瓦的千瓦级小型风力发电机。有的工厂还试制出了50千瓦的风力发电机。目前国内销量最大的是300瓦的小型风力发电机，其次是200瓦、500瓦和1千瓦的小型风力发电机，5千瓦以上的风力发电机在国内销量较少。

　　目前我国已成为全球最大的小型风力发电机生产国,有30多个厂家从事小型风力发电机及其配件的生产、研发和销售工作。小型风力发电机产品主要服务于国内市场，部分质量、外观双优的产品远销国外市场。

　　我国陆地上拥有丰富的风能资源。从风能资源分布来看，陆地风能资源丰富区、较丰富区和可利用区分别占我国国土总面积的8%、18%和50%。这为小型风力发电机组在我国的广泛应用提供了良好的条件。

　　小型风力发电机启动风速一般在3～4米／秒之间，国产小型风力发电机的额定风速通常在8～10米／秒之间；小型风力发电机的最大工作风速（或切出风速）为25米／秒左右。小型风力发电机可以安全工作的风速范围是3～9级风，即风速在3～25米／秒之间都可以安全工作。

　　凡是风力资源较好（年平均风速大于4米／秒，没有台风灾害）、电网不能到达或供电不足的牧区、农区、湖区、滩涂、边远哨所等地区，都比较适合开展小型风力发电机的推广应用工作。例如我国内蒙古草原牧区应用小型风力发电机非常普遍，切实解决了牧民的用电问题。

　　目前，在山东省烟叶生产生态村富民工程实施过程中，日照、莱芜等地大力发展风力提灌系统。风力提灌站充分利用自然风能，运行成本和维护费用较低。提灌站的风机和上水池均建在地势较高的岭坡上，转动风机产生的气压可将水从岭下的水源坝提到主上水池。只要一拉主上水池池口的闸门，蓄水池中的水便会通过地下管网自流分送到分上水池，再从分上水池流到设在田间地头的出水房，即可完成灌溉。

　　随着全球化石能源枯竭供应紧张、气候变化形势严峻，世界各国都认识到了发展可再生能源的重要性，并对风电发展高度重视，世界风电产业得到迅速发展。自1996年以后，全球风电装机年均增长率保持在25%以上，风能成为世界上增长最快的清洁能源。

　　我国风能资源十分丰富。根据国家气象局的资料，我国离地10米高的风能资源总储量约32.26亿千瓦，其中可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿千瓦，50米高度的风能资源比10米高度多一倍，为5亿多千瓦；近海可开发和利用的风能储量有7.5亿千瓦。

　　我国风能资源丰富的地区主要分布在东北、华北、西北地区，包括东北三省、河北、内蒙古、甘肃、宁夏和新疆等省（市、自治区）近200公里宽的地带；东南沿海及其附近岛屿，包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省（市、自治区）沿海近10公里宽的地带；内陆个别地区由于湖泊和特殊地形的影响形成的一些风能丰富点和东部近海地区。

　　尽管资源比较丰富，但我国风能资源分布与电力需求仍存在不匹配的情况：东南沿海地区电力需求大，风电场接入方便，但沿海土地资源紧张，可用于建设风电场的面积有限；东北、华北、西北地区风力资源丰富，可用于建设风电场的面积较大，但电网建设相对薄弱，且电力需求相对较小，需要将电力输送到较远的电力负荷中心。

　　海上风能资源丰富且距离电力负荷中心很近。随着海上风电场技术的发展成熟，发展这种技术在经济上比较可行，因此发展前景良好。

　　1986～1993年为初期示范阶段。主要是利用建设小型示范风电场，政府主要给予资金方面的扶持，如投资风电场项目和风力发电机组的研制。

　　1994～2003年为产业化阶段。1994年，我国原电力部规定电网管理部门应允许风电场就近上网，并收购全部上网电量，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的差价采取均摊方式，由全网共同负担，电力公司统一收购处理。这一政策促进了风电产业的发展。但是随着电力体制的改革，还本付息的电价政策停止执行，过高的成本阻碍了风电产业的发展。

　　自2003年开始为规模化、国产化阶段。国家发改委于2003年组织了全国风能资源评价和风电场选址工作，这一举措有效避免了盲目开发风电，为国内风电产业的有序发展提供了有力的指导。

　　2005年，全国会通过了《中华人民共和国可再生能源法》，该法于2006年1月1日起实施。有了法律的保障，可再生能源的投资风险初步降低，投资者投资风电产业的热情提高。

　　随后，国家又相继出台了一系列发展风能发展的政策措施，为风电制造的发展进一步扫清了障碍，中国风电产业显示出前所未有的良好发展势头。

　　风电机组制造是风电场建设的重要环节。目前，一方面由于风电项目规模较小、规模化效应不明显，使得国内风电产业投资构成中除风电设备外的其他费用所占比例较大；另一方面是风电机组的价格较高，在很长一个时期内风电机组主要依赖于进口。因此，要降低风电建设的费用，一方面要扩大风电建设规模，另一方面需要解决风电设备制造国产化的问题，大力发展国产风机。

　　我国风电机组技术开发较早，但发展较为缓慢。我国第一台200千瓦风电机组的研制始于1984年。总体来说，当时我国风电机组的研发还处于跟踪和引进国外先进技术的阶段。

　　国产风电设备真正从科研走向市场，是从1997年国家“乘风计划”的支持开始的。先进、主流的风电技术主要掌握在丹麦、西班牙、印度等国家的企业手上，我国主要通过支付技术转让费购进全套制造技术、与国外公司合资生产、与国外设计公司联合开发等方式引进风机技术，同时进行自主研究试制。

　　风电设备制造技术的发展趋势是单机大容量、变桨矩、变速恒频、直驱式。目前国外主流风电机组已达到兆瓦级，采用的是变桨变速的主流技术。我国国内风机整机制造企业已基本掌握的是兆瓦级以下风机机组的制造技术，技术类型为定桨定速技术，只相当于发达国家10年前的主流机型和技术。

　　随着《中华人民共和国可再生能源法》的实施，风电产业迎来了高速发展时期。国际风电市场也是如此，风电机组设备及其零部件供不应求。

　　根据我国可再生能源中长期发展规划，2010年将建成500万千瓦风电机组，2020年达到3000万千瓦。按照每千瓦设备造价6000～7000元的估计，2006～2010年平均每年约有50亿元的市场份额，年均增速超过30%；2010～2020年平均每年约有150亿元的市场份额，年均增速超过20%。

　　在国家政策的鼓励下和巨大市场需求的刺激下，目前国内有越来越多的企业已经或正准备进入风电机组制造业。为降低生产成本，使产品更具竞争力，同时符合中国政府对风电项目70%国产化率的政策要求，一些国际风电设备制造巨头也纷纷在我国投资建厂。今后，国内风电设备市场在国内企业之间、国内企业与外资企业之间的竞争会更加激烈。