风力发电发展现状及复合材料在风力发电上的应用_钟方国
综 述
风力发电发展现状及复合材料在风力发电上的应用
钟方国1,赵鸿汉2
(11上海西恩环保设备有限公司,上海200093)(21常州天马集团有限公司,常州213002)
摘 要 本文较详细的叙述了世界风力发电发展现状、中国风能现状及资源分布、风力发电产业运作和复合材料在风力发电上的应用。
关键词 风力发电;发展现状;风能资源分布;复合材料;风电叶片
Development Status of Wind Pow er-generation and Application
of Composites in Wind Pow er-generation
ZH ONG-guo1,ZH AO H ong-han2
(1.Shanghai X i’en Environment Protection Equipment Ltd.,Shanghai200093)
(2.Changzhou T ianma G roup C o.,Ltd.,Changzhou213002)
ABSTRACT The development status of the w orld,the status and res ource distribution of the wind energy in China,the manage2 ment of the wind power-generation enterprises and the application of com posites in wind power-generation is introduced in this paper.
KEY WORDS Wind power-generation;Development status;Res ource distribution of wind;C om posites;Wind turbine blade
1 前 言
社会的发展,经济的持续增长,能源消耗的持续增加……面对日益严峻的能源形势,化工燃料日益枯竭,全球范围的能源困局,迫使世界各国不得不讨论后续能源的接续问题。
在各种各样的选择中,风力发电已逐渐成为最值得考虑的选择。风能资源是清洁的可再生能源,风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的可再生能源技术,在远期有可能成为世界重要的替代能源。
世界上很多国家对风电的开发给予了高度重视及政策激励。风电装机规模不断增大,机组单机容量也不断扩大,海上风电已经起步并逐步商业化。欧洲风能协会和绿色和平组织的《风力12:关于2020年风电达到世界电力总量12%的蓝图》正是基于此而出台的。
中国风能资源丰富,主要集中在三北地区及东部沿海风能丰富带。设计、制造、建设及管理能力的逐步提高,是我国已经具备大规模发展风电的前提条件。2 世界风电发展现状
2.1 简况
国际原油价格持续高涨及京都议定书的实施,产业化条件最为成熟的风力发电成为欧美发达国家推动可再生能源发展的首选项目。
2005年世界风电市场,仍以欧美发达国家为主,亚洲地区目前尚处于开发状态,潜力不容小觑。亚洲的风电市场领头羊印度,2005年的累计风机容量为4430MW,超越丹麦成为全世界第四大风力发电国家。中国(不包括台湾省装机)及日本所安装的风机容量皆突破1000MW大关。
2.2 装机规模
世界上很多国家,尤其是发达国家,已充分认识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方面的重要性,对风电的开发给予了高度重视及政策激励。装机规模持续高速增长。从图1、图2、图3可见一斑。
2004年全球新增风电装机约760万kW,风电装机累积4791万kW。2005年全球新增风电装机约1141万kW,风电装机累积5932万kW。
第3期纤维复合材料N o1348 2006年9月FIBER COMPOSITES Sep1,2006
2001～2005年全球风力发电装机容量年均增长率超过25%
。
图1 2001～2005
全球累计装机容量
图2 2005
年全球前十大新增装机容量国家
图3 全球前十一位累计装机容量国家
从图2可以看出风电的发展主要仍集中在欧美
发达国家,而亚洲的印度及中国则是未来十年最被看好的潜力市场。
2005年新增装机容量以美国为最多,达到2431MW ,而2004年仅有389MW 。美国主要受惠于2005年风力发电PT C (Production T ax Credit )法案延长至2007年所致。2.2.1 欧洲现状
在欧洲以法国成长最快,为达到2010年的
4000MW 的风力发电发展目标,2005年法国新增367MW 风力发电装机容量,较2004年成长1.6倍,
预计2007年初将完成7个项目,风力发电容量将新
增278.3MW 。
全球第一及第二大风力发电国家德国和西班牙在2005年新增风力发电装机容量的表现却令人大失所望,皆呈现负成长,合计较去年减少超过500MW 的新增装机量。德国因新财政措施、管理限制及可再生能源法案(Erneuerbare -Energien -G e 2setz ,EEG )宣布降低风力发电购买价格等因素,不利于风力发电项目的开发;加上陆地市场早已饱和,海上风场设置尚待观察的影响,2005年的新增容量更较2004年减少12%。虽然西班牙在2005年较2004年减少14.5%,但累计风力发电装置容量首次突破10G W ,且为达到该国政府2010年20000MW 的风力发电目标,预计西班牙风力发电市场未来仍会持续成长。2.2.2 亚洲风能三小龙
亚洲风能的三小龙是印度、中国及日本。亚洲地区在2005年累计风机装机容量达7135MW ,年增长率超过49%;新增容量为2352MW 。其中,印度新增风力发电装机容量达1430MW ,居冠,其次为中国(不包含台湾省装机)为498MW ,日本则新增295MW ,居第三。
印度在2005年累计装机容量达4430MW ,已成为全球第四大风力发电国家。
中国因预期2006年1月实施的《可再生能源法》将带来庞大商机,2005年风力发电市场较2004年增长超过1.5倍,累计装机容量达1266MW 。预计在2006年底,中国将安装2000MW 的风机容量,以达到国家发展与改革委员会制定的风机装机容量目标:2010年达到5000MW 。
日本风机装机容量大都集中在北海道及本州岛北部地区,约占6成之多,2005年11月在北海道北端的宗谷岬风场建成全日本最大的风力发电站-57MW 装机容量,全部采用日本国产三菱重工MWT -1000A 机型。相比于印度及中国风力发电市场的急剧增长,日本则有停滞现象,若要达到2010年前装机3000MW 的风电目标,日本政府对于风电推进政策将成为关键。2.3 单机容量
风电机组的技术沿着增大单机容量、减轻单位千瓦重量、提高转换效率的方向发展。单机容量不断扩大。
目前全球MW 级机组的市场份额明显增大,1997年及之前还不到10%,2001年则超过50%,
3期钟方国等:风力发电发展现状及复合材料在风力发电上的应用49
2002年达到62.1%,2003年达到71.4%。2003年安装的风电机组平均单机容量已达到1.2MW。我国风电机组单机容量也从600kW逐步走向MW级。
更大型、性能更好的机组也已经开发出来,并投入生产试运行。如丹麦新建的几个风电场,单机容量都在2MW以上;摩洛哥在北方托莱斯建造的风电场,采用的风电机组功率达到2.1MW。
据报道,德国RE power公司5MW的机组是目前世界上单机容量最大的风力发电机,其叶轮直径为126米,面积相当于2个足球场。发电机塔身和发电机总重量为1100吨,发电机由3片叶片推动,每片长61.5米,叶片最高点离地面183米。该风电场生产出来的电量之大,相当于常规电厂,而且可以在几个月的时间内建成。
随着海上风电场的建设,需要单机容量更大的机组。预计2010年将开发出单机容量10MW的风电机组。
2.4 主要风电设备供应商
根据有关公司年销售额的业绩,风电机组主要制造商依然集中在欧美国家。亚洲的代表为印度S UZ LON能量公司及日本三菱重工(MHI)。
表1和表2分别列出了2003年和2004年世界前10位风电设备供应商及其所占市场份额。
表1 2003年全球前10位风电机组
供应商及其所占市场份额
序号供应商国家市场份额(%)
1Vestas丹麦21.7
2GE WIND美国18.0
3Enercon德国14.6
4G amesa西班牙11.5
5NEG M icon丹麦10.2
6Bonus丹麦 6.6
7RE power德国 3.5
8M ADE西班牙 2.9
9N ordex德国 2.9
10MHI日本 2.6
从表1和表2可知,全球当之无愧的风电领头羊是丹麦Vestas风能系统公司,其在2004年成功并购NEG Micon后仍保持了较高的增长率,其市场份额扩大为34.1%;市场份额增长最快的是西班牙G amesa公司,从2003年的第4位跃升至2004年的第2位,市场份额达到17%(另一说为18.1%);GE 风能则因美国国内市场的疲软而退居第4;SIE ME NS 在收购丹麦Bonus公司后一直未有大的动作。在2004年前10位中最值得一提的是印度S UZ LON公司,跃居第6位,向世界充分显示了它的强劲发展势头。
表2 2004年全球前10位风电机组
供应商及其所占市场份额统计
序号供应商国家市场份额(%)
1Vestas丹麦34.1
2G amesa西班牙17(18.1)
3Enercon德国15.8
4GE WIND美国11.3
5SIE ME NS德国 6.2
6S UZ LON印度 3.9
7RE power德国 3.4
8MHI日本 2.6
9Ecotecnia西班牙 2.6
10N ordex德国 2.3
2.5 海上风电场
2002年丹麦在H orns Rev海域建成了世界上最大的海上风电场,拥有80台2MW机组,装机容量16万kW,标志着大规模的商业化海上风电场”起飞”。2003年又建成更大的近海风电场,拥有72台2. 3MW机组,装机容量16.56万kW。目前,世界近海风电总装机容量为53万kW。
德国正在北海建设近海风电场,总功率在100万kW,单机功率为5MW,可为6000户家庭提供用电,2004年投产。
我国风电发展策略是先陆上、后海上。随着风电技术成熟,成本下降后,我国也将大规模开发海上风电。
2.6 展望及预测
国际能源署(IE A)在《世界能源展望2002》(W orld Energy Outlook2002)中的预测,按照“参考情景(reference scenario)”预计,全世界风电装机远景的展望为:2010年的5500万kW;2020年的1.12亿kW;2030年的1.95亿kW。2020年时风力发电量将占世界总发电量的10%。
欧洲风能协会和绿色和平组织签署了《风力12———关于2020年风电达到世界电力总量的12%的蓝图》的报告,期望并预测2020年全球的风力发电装机将达到12.31亿kW(是2002年世界风电装机容量的38.4倍),年安装量达到1.5亿kW,风力发电量将占全球发电总量的12%。
中国的风电装机容量预计到2020年达到2000万kW,按发电量计,届时风电将占中国总发电量的
50 纤 维 复 合 材 料2006年
1%。
3 中国风能资源及其分布
3.1 风能资源
据有关研究成果预测,我国风能仅次于俄罗斯和美国,居世界第三位,理论储量32260G W,陆地上离地10m高可开发和利用的风能储量约为2.53亿kW(依据陆地上离地10m高度资料计算),近海(水深不超过10米)区域,离海面10米高度层可开发和利用的风能储量约为7.5亿kW,共计10亿kW,风能资源非常丰富。
3.2 风能资源分布
中国幅员辽阔,地形条件复杂,风能资源状况及分布特点随地形、地理位置不同而有所不同。风能资源丰富的地区主要分布在东南沿海及附近岛屿以及“三北”(东北、华北、西北)地区。另外,内陆也有个别风能丰富点,海上风能资源也非常丰富。
3.2.1 “三北”(东北、华北、西北)地区
“三北”地区包括东北3省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏和新疆等省/自治区近200km宽的地带,风功率密度在200～300W/m2以上,有的可达500W/m2以上,可开发利用的风能储量约2亿kW,约占全国陆地可利用储量的79%。
该地区风电场地形平坦,交通方便,没有破坏性风速,是我国连成一片的最大风能资源区,有利于大规模的开发风电场。
3.2.2 东南沿海及岛屿地区
包括山东,广西和海南等省/市沿海近10km宽的地带,年有效风功率密度在200W/m2以上,沿海岛屿风功率密度在500W/m2以上,风功率密度线平行于海岸线,可开发利用储量为0.11亿kW,约占全国陆地可利用储量的4%。东南沿海及其岛屿是我国风能最佳丰富区。我国有海岸线约1800km,岛屿6000多个,大有风能开发利用的前景。
该地区经济发达,风能资源丰富,风电场接入系统方便,与水电具有较好的季节互补性。
3.2.3 内陆局部风能丰富区
在陆上除两个风能丰富带之外,风功率密度一般在100W/m2以下,可以利用小时数在3000h以下。但是在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响,形成一些风能丰富点,如鄱阳湖附近地区、湖北的九宫山和利川以及湖南八面山等地区,适合建设零星的中小型风电场。
3.2.4 海上风能丰富区
海上风速高,而且很少有静风期,可以有效利用风电机组发电容量。海水表面粗糙度低,风速随高度的变化小,可以降低塔架高度。海上风的湍流强度低,没有复杂地形对气流的影响,减少风电机组的疲劳载荷,延长使用寿命。一般估计风速比平原沿岸高20%,发电量增加70%,在陆上设计寿命20年的风电机组在海上可达25年到30年。
我国海上风能资源丰富,10m高度可利用的风能资源超过7亿kW,而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,经济上可行,将来必然会成为重要的可持续能源。
4 中国风电产业状况
4.1 中国风电现状
在国家科技部等有关部门的主持下,通过“六五”、
“七五”、
“八五”、“九五”的科技攻关,在原国家计委“乘风计划”和原国家经贸委“国债风电”项目的带动下,我国在大型风力发电机组及其部件的设计制造方面取得很大的进展。形成了以风力发电机组总装企业为龙头、风力发电机组零部件制造厂相配套的格局,完成了以600kW风力发电机组为主导机型的国产化进程。自主研发的750kW机组已批量投放市场。“十五”期间,为了赶超国际风力发电机组设计、制造先进水平,国家科技部又投入资金支持研制开发MW级风力发电机组。具有自主知识产权的1.2MW直驱型已于2005年研制成功并投入试运行。我国风电产业开始步入稳步发展阶段。
2005年内退役的机组21台,装机容量1720kW,减少1个风电场。
2005年中国除台湾省外新安装风电机组592台,装机容量50.3万kW(此数据选自<2005年中国风电场装机容量统计Π施鹏飞>,另一普遍采用数据49.8万kW)。与2004年当年新增装机19.8万kW 相比,2005年当年新增装机增长率为254%。
2005年中国(除台湾省)累计风电机组1864台,装机容量126.6万kW,风电场62个。分布在15个省(市、区、特别行政区)。与2004年累计装机76.4万kW相比,2005年累计装机增长率为65.6%。2005年风电上网电量约15.3亿kW?h。
随着风电技术水平不断提高,一个明显的趋向是朝着单机容量大型化发展。我国迄今为止单机容量最大的机组为1500kW风力发电机组,2005年共计装机69台(不包括台湾省装机,其中GE风能装机62台、东方汽轮机厂4台、NORDEX3台)。
2005年,新疆自治区累计装机296台,累计装机容量达181410kW,重新回到全国第一位。其次是内蒙古自治区,累计装机260台,累计装机容量达
3期钟方国等:风力发电发展现状及复合材料在风力发电上的应用51
165740kW ;第三是广东省,累计装机271台,累计装
机容量达140540kW 。
国外风力发电机组仍然占据着国内风电市场的主要地位。2005年累计市场份额:国内产品占22.7%,进口产品占77.3%(2004年为18%和82%)。2005年,国内风电市场仍以国外产品为主,占当年新增容量的70.6%(2004年为75%)。4.2 国内风力发电机组整机开发单位
(1)、新疆金凤科技股份有限公司
1997年引进德国Jacobs 公司600kW 风力发电机技术,现已产100余台(2005年数据未统计入内)。2003年开发成功750kW 风电机组,于2004年投放
市场。600kW 机组已完全国产化,750kW 机组已
60%国产化。
(2)、浙江运达风力发电设备有限公司
与丹麦BONUS 公司合作生产120kW 风力发电机,独立开发200kW 、250kW 机组,国产化率达90%以上,拥有完全自主知识产权。2003年开发成功750kW 机组并投入运行。
(3)、西安维德风电设备有限公司
1999年与德国NORDEX 公司组建合资公司,组装600kW 机组。但国产化率不高。
(4)、沈阳工业大学
2005年开发成功1MW 机组,与7月投入试运行。据称与特变电工组成风电合资公司,共同开发风力发电机。
(5)、东方汽轮机厂
2004年11月与德国RE power 公司签定1.5MW 机组生产许可证合同。正在开发、生产,预计2006年3月出第一批整机。
(6)、大连重工
2004年底与德国Fuhrlander 公司签定1.5MW 机组生产许可证合同。正在开发、生产。
(7)、保定惠阳航空螺旋桨制造厂惠德风电工程公司
2004年底与德国Fuhrlander 公司签定1.0MW 机组生产许可证合同组建合资公司。1MW 机组已于日前投入试运行。
(8)、中国运载火箭研究院万源工业公司
北京航天万源安迅能新能源有限公司南通航天万源安迅能风电设备制造公司2005年6月与西班牙EH N 签定合资合同。(9)、上海电气电站集团
该集团重组原上海申新风电设备有限公司。2005年与德国DEWI ND 公司签定1.25MW 机组生产许可证合同。正在开发、生产。另外,已与德国
Aerodyn 公司签约,自主开发2兆瓦风力发电机组。
(10)、哈尔滨哈飞威达风电设备有限公司
由哈尔滨飞机工业(集团)有限责任公司和芬兰
WinWind Oy 共同出资,于2005年3月注册成立。其主导产品为1MW 和3MW 变桨变速并网型风力发电组。其中,1MW 机组已投入试运行。
(11)、重庆船舶工业公司
已于1月17日同德国Aerodyn 公司签约,开发具有自主知识产权并适合中国国情的2G W 风力发电机组,首批样机将于2007年上半年在风场试运行。
(12)、其他
其他如哈尔滨、三门峡、南通等地皆有引进技术、合资风能整机公司的组建。4.3 国外风电设备商在国内的动态
VEST AS 公司自并购其主要竞争对手NEG -Mi 2con 后,其在中国市场份额已高达55%。目前,VES 2T AS 中国工厂已经取得营业执照。在天津经济技术
开发区设立风电叶片生产厂,VEST AS 预期在2006年上半年产出第一批产品,即长度为39米的V80型2MW 风机叶片。工厂全部达产后年产量将达到约600只风电叶片。该项目总投资为2500万欧元(3000万美元)。最新讯息表明该工厂建设已经完成,首片叶片也已下线。VEST AS 将进一步在天津设立发电机工厂。
西班牙G AMES A 公司已准备在天津设立总装厂。目前,暂无设立叶片工厂之相关信息。在国内主力机型为G 52Π850kW 机型。其技术源自VEST AS 。
GE 收购原安然旗下风能公司后,其在全球市场占有率一路攀升,2003年一度占据全球第二位置。GE 风能已在上海设立风能研发中心,研发整机和叶片。
西门子(SI ME NS )收购原丹麦BONUS 风能公司后,一直还未有大的动作。已明确宣称近期不会关注中国风能市场。
全球排位第六(2004年)亚洲最大的印度S U 2Z LON 公司也将工厂(总装厂、控制柜厂,据了解其投资金额为6000万美元)设于天津,暂无在国内设立叶片工厂之计划。在印度国内,其小功率叶片购买自LM (印度)公司,大功率叶片自制。
德国E NERC ON 公司在中国台湾有装机,最大单机容量为2MW 。
RE power 公司已与东方汽轮机厂展开合作,于2004年11月签定生产许可证合同。
德国第四大风能设备供应商NORDEX 公司在中国市场大有卷土重来之势:宁夏合资公司的设立;
52 纤 维 复 合 材 料2006年
西安维德在国内市场份额节节攀升;与保定惠腾合作生产叶片等等。
5 国内风电产业发展规划
国家发展和改革委员会规划的风电发展目标是:2005年累计装机容量达到100万kW(实际数据为126.6万kW,已超过),2010年400万kW(据悉已更新为500万kW),2015年1000万kW,2020年达到2000万kW(有消息称此一数据已改为3000万kW),这表明国内的风电产业将有一个快速的增长阶段。
为了促进可再生能源的开发利用,增加能源供应,改善能源结构,保障能源安全,保护环境,实现社会经济的可持续发展。中华人民共和国第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议于2005年2月28日通过《中华人民共和国可再生能源法》,自2006年1月1日起施行,旨在建立利用国家可持续能源的法律框架。到2020年可再生能源装机容量将达到120,000MW的发展目标,表明了中国政府在发展清洁能源方面已有宏伟的计划。
6 复合材料在风力发电上的应用
6.1 复合材料在风力发电上的应用
复合材料在风力发电机组上的应用,主要是叶片(blade)、机舱(nacelle、含导流罩spinner)。对于机舱有些机组也不用复合材料。
风力发电装置最关键、最核心的部分是叶片,叶片的设计和采用的材料决定风力发电装置的性能和功率,也决定风力发电机组的成本。
风力发电叶片占风力发电整个装置成本的20%左右,制造叶片的材料和工艺对其成本存在决定性。因此,材料的选择,制备工艺优化对风力发电叶片十分重要。
风力发电叶片用的材料根据叶片长度不同而选用不同的复合材料,目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯树脂、玻璃纤维增强环氧树脂,并局部采用玻纤或碳纤增强环氧树脂作为主承力结构。
对于相同风轮直径叶片,采用玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料作为叶片比采用玻璃纤维增强环氧树脂作为叶片要重许多。而同型号同材料叶片,因控制方式(失速控制与变桨控制)的不同,重量也不一样。
表1节选了LM公司不同型号叶片的一些参数。
6.2 世界风电叶片主要制造商
目前全球风力发电叶片市场基本为三大制造厂所占据,合占叶片市场的8595%,它们是LM G las fi2 ber(丹麦)、Vestas Blades(丹麦)及Enercon(德国)。6.2.1 LM G las fiber公司
丹麦的LM公司是世界上最大的风力发电叶片制造商,占据40%左右的市场。该公司最大的特色是集设计、结构、空气动力、材料、工艺、制造、测试、实验和生产于一体。自1978年以来公司已累计销售了86000片风力发电叶片,相当于20818MW风力发电能力。该公司拥有5.0kW～5.0MW全系列叶片产品,控制形式包括叶尖失速控制和叶片变桨控制两种。
表1 LM公司叶片系列(节选)
叶片型号LM19.1LM21.0LM23.2LM23.3P
风轮直径(m)444748.448
功率(kW)750600-750750-800750
控制方式失速失速失速变桨
长度(m)19.0421.023.223.3
重量(kg)2030223032002800
<续表1> LM23.3II LM23.5LM26.1P LM29.1P LM31.0P3
48.348.2546364
750750100012501250
失速失速变桨变桨变桨
23.323.526.0429.1531
29303050430046004375
<续表2> LM29.0LM29.1LM34.0P2LM37.3P LM37.3P2 6262.3707777
13001300150015001500
失速失速变桨变桨变桨
2929.153437.2537.25
48504900575062005530
<续表3>
LM34.0P3LM40.0P LM45.3P LM48.3P3LM61.5P3 708292.5100126.3
20002000200030005000
变桨变桨变桨变桨变桨
344045.248.361.5
572062907893979617700
LM公司生产的叶片由GE WI ND、SIE ME NS(原丹麦BONUS)、S UZ LON、RE power、N ordex等风能公司全部或部分采用。
6.2.2 Vestas Blades
作为全球风电设备龙头企业之附属叶片部门,
3期钟方国等:风力发电发展现状及复合材料在风力发电上的应用53
其制造的叶片配合风机已销售往全球50多个国家或地区,风机数量为26,000余台,按每台3叶片计,则共生产有78,000余片。
该公司为全球第一个生产变浆控制风电叶片的生产商。
6.2.3 Enercon
作为全球风电装机容量第一大国———德国国内最大的风电设备供应商之附属叶片部门,其生产的叶片以叶型独特、转换效率高而著称。
6.3 国内风电叶片市场
6.3.1 国内风电发展目标
国家发展和改革委员会规划的风电发展目标: 2005年累计装机容量达到100万kW(实际统计结果为126.6万kW),2010年500万kW,2020年3000万kW。
6.3.2 数据选取说明
(1)、单机容量选取国内已经安装并引进技术比较普遍的1.5MW;
(2)、选取水平轴三叶片机组。6.3.3 叶片市场容量计算
(1)、2006～2010年
叶片数量:
(500-126.6)万kWΠ1.5MW×3=7468片
(2)、2011～2020年
叶片数量:
(3000-500)万kWΠ1.5MW×3=50000片
7 结 语
我国是最早利用风能的国家,相信随着国家对可再生能源的重视,国家发展与改革委员会制定国家风力发电中长期发展规划,相关激励政策的出台,我国风电业将进入一个崭新的大规模高速发展阶段。
相信我国广大风电业者早有迈出国门走向世界的愿望和雄心。
“乘风破浪会有时,直挂云帆济沧海”
这既是一则风能利用的生动写照,又表明了我国风能事业必将逐步壮大。
短 讯
我国PM MA光纤技术跻身世界前列
中科院理化技术研究所己攻克从本体聚合法直接生产聚甲基丙烯酸甲酯(PM MA)突变型塑料光纤的技术难关,掌握了批量连续化生产塑料光纤技术。该所已累计生产出数百万米低损耗突变型塑料光纤,破除了日本公司在国际上的垄断地位。
近几年全球塑料光纤的需求量迅速增加,2005年国际上PM MA塑料光纤销售额已经达到数十亿美元。而适用于数据传输的低损耗PM MA塑料光纤,目前只有日本三菱公司能够生产,每年我国均从日本进口大量的PM MA塑料光纤。
中科院理化所掌握了从原材料提纯、经本体聚合直接拉制光纤整套技术。其核心技术是高纯度光纤级PM MA光学模塑料(芯层材料)以及皮层材料的制备技术。在研制过程中,中国科学院理化技术所先后开发了具有自主知识产权的单分子扩散转移原料提纯新技术,平推式薄层管式与双螺杆复合系统的本体聚合制备高纯度光纤级PM MA原料以及与之相配套的包层材料技术,并成功地解决了产业化的相关问题。
目前该所已研制成功日产10万米PM MA塑料光纤的全自动流水线,连续数月稳定生产出光衰减在170～200dBΠkm的PM MA光纤,累计生产出数百万米低损耗塑料光纤,表明这一产业化技术已经成熟。同时,该所还具备批量生产光衰减为150dBΠkm的阶跃型PM MA潜能光纤,产品技术指标达到国际同类产品的最好水平。低衰减PM MA光纤连续化批量生产技术的问世,标志我国在该领域跻身世界先进行列。
当今信息技术的发展迫切需要信息容量大的光纤材料,对通讯网络带宽的要求越来越高。塑料光纤具有芯径大、质地柔软、联结容易、质量轻、价格便宜、传输带宽大等优点,在宽带接入网系统、家庭智能网络系统、数据传输系统、汽车智能系统、工业控制系统以及纺织、照明、太阳能利用系统等方面的应用市场潜力巨大。
(上海擎督信息科技有限公司金秋石化科技传播工作室 钱伯章) 54 纤 维 复 合 材 料2006年
风电的发展现状及展望
风电的发展现状及展望 Prepared on 24 November 2020
论文题目：我国风力发电的现状及展望
摘要 风是地球上的一种自然现象，全球的风能约为，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。其能量大大超过地球上水流的能量，也大于固体燃料和液体燃料能量的总和。在各种能源中，风能是利用起来比较简单的一种，它不同于煤、石油、天然气，需要从地下采掘出来；也不同于水能，必须建造大坝来推动水轮机运转；也不像核能那样，需要昂贵的装置和防护设备。另外，风能是一种清洁能源，不会产生任何污染。与其他新能源相比，风能优势突出：风能安全、清洁。而且相对来说，风能是就地取材，且用之不竭，在这一点上，风电优于其他发电。 关键词：风力资源丰富；风电安全且清洁；风能用之不竭 目录
第1章绪论 引言 气候变暖将对全球的生态系统、各国经济社会的可持续发展带来严重影响在尽量不影响生活水平的情况下，透过全球气候升高这个现象，我们现目前必须的意识到节能减排的重要性，而改变目前现状的最直接有效的方法就是选择清洁型（相对于煤石油等而言，对于植物动物等一系列生态环境污染相对而言较少甚至可以达到零的能源）能源来替代传统的火力发电。如：水能、太阳能、风能和核能等。风力发电是目前最快发现的最快的清洁能源，且风能是可再生能源。对它加以使用相对而言能使得时下大地所遭受的环境问题得到一定程度的改善，风力发电与传统发电进行相比较风力发电不会产生二氧化碳以及其他有害气体，所以对风能加以利用，这样能相对有效的改变目前世界所面临的环境问题，这样大大的避免造成臭氧空洞以及形成酸雨之类的自然危害，也有利于降低全球的气温。所以加大风力发电建设是改善现目前世界环境的一个有效途径。在国际上对于新能源的开发这一方面做了许多调查和研究，通过调查研究发现在这一方面德国是做的最好的，从上个世纪80年代末起至今，在德国的风电机组总功率即使已越过1万兆瓦的大关，并且已完成了近万个风力发电机组的安装，所占比例已达到了全球风力发电总量的1/3，然而数据研究表明德国近年来减少了约1700万吨的的温室气体排放，所以通过德国温室气体的排放量减少说明开发风力发电等新能源是减少全球气温升温和减少温室气体排放的有力途径。德国竭力用实际行动为《京都议定书》的减排目标迈出了一大步。我国在风力方面也有着相当丰富的资源，可被开发利用的风能储量约10亿kW左右。 本论文的研究背景及意义 根据气候变化专门委员会（IPCC）的调查研究并所给出的第三次评估报告提供的预测结果显示，预计到22世纪初大地平均气温或许会增高—℃。以及伴随着国民日常需求的的不断提高，经济的高速发展，国民的用电量也日益增长，伴随着电力结构的不断调整优化，技术装备水平的逐步提高，发电机组的不断增大以及技术装备水平的逐步提高。随着大自然给予我们不可再生能源的衰竭、对于用电量的不断升高、全球气温的升温以及生态环境的破坏，对于开发新能源发电已成为迫在眉睫的事情。而我国疆域广阔并且有着十分丰富的风力
风力发电现况以及未来发展趋势
风力发电现况以及未来发展趋势 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。 一、国外发展状况 目前，中、大型风力发电机组已在世界上40多个国家陆地和近海并网运行，风电增长率比其它电源增长率高的趋势仍然继续。如表1所示，截止2005年12月31日世界装机容量已达58,982MW，年装机容量为11,310MW，增长率为24%；风力发电量占全球电量的1%，部分国家及地区已达20%甚至更多。2005年世界风电累计装机容量最多的十个国家见表2，前十名合计，约占世界总装机容量的%。2005年国际风电市场份额的分布多样化进程呈持续发展趋势：有11个国家的装机容量已高于1,000MW，其中7个欧洲国家（德国、西班牙、意大利、丹麦、英国、荷兰、葡萄牙），3个亚洲国家（印度、中国、日本），还有美国。亚洲正成为发展全球风电的新生力量，其增长率为48%[5]。2002年欧洲风能协会（EWEA）与绿色和平组织（Greenpeace International）发表了一份标题为“风力 12（Wind Force 12）”的报告，勾画了风电在2020年达到世界电量12%的蓝图。报告声明这份文件不是预测，而是从世界风能资源、世界电力需求的增长和电网容量、风电市场发展趋势和潜在的增长率、与核电和大水电等其他电源技术发展历程的比较以及减排CO2等温室气体的要求，论证了风电达到世界电量12%的可能性。 二、国内发展现状 经过前几年的低谷期，国内的风电市场正在迎来新的发展期，特别是在节能减排、环境治理的趋势下，国家出台的一系列政策，使得风电产业站上了风口。 （一）我国风电发展进入新阶段 风电是资源潜力大、技术基本成熟的可再生能源。近年来，全球资源环境约束加剧，气候变化日趋明显，风电越来越受到世界各国的高度重视，并在各国的共同努力下得到了快速发展。据世界风能协会统计，截至2013年年底，世界上开发风能的国家已经达到103个，年发电量达到6400亿千瓦时，占全球总电力需求的4%。我国可开发利用的风能资源十分丰富，在国家政策措施的推动下，经过十年的发展，我国的风电产业从粗放式的数量扩张，向提高质量、降低成本的方向转变，风电产业进入稳定持续增长的新阶段。2003年底，我国风电装机只有50万千瓦，排名世界第十。2013年我国新增风电装机容量1610万千瓦，占当年世界新增容量的45%；累计装机容量突破9000万千瓦,占世界累计装机容量的28%，两项指标均居世界第一?2013年我国新增风电并网容量1449万千瓦；累计并网容量达到7716万千瓦，占全国电源总装机容量的%。今年1至9月，我国风电新增并网容量858万千瓦；到9月底，累计并网容量8497万千瓦，同比增长22%。预计到今年年底我国风电累计并网容量可达到1亿千瓦，从而提前一年完成“十二五”规划目标，风电发电量占全国总发电量的比重也将由2008年的%增长到%，连续两年超过核电，成为国内继火电、水电后的第三大主力电源。 （二）财政优惠 根据财政部文件，为鼓励利用风力发电，促进相关产业健康发展，自2015年7月1日起，对纳税人销售自产的利用风力生产的电力产品，实行增值税即征即退50%的政策。中国可再生能源学会秘书长秦海岩对中国证券报记者表示，这项政策实际并非新政，2001年相关主管部门在对资源综合利用目录的增值税征收政策进行规范时，就提到了风电也是“减半征收”。但“减半征收”在操作层面比较复杂，因此，相关主管部门在2008年的文件中提出即征即退50%。现在只是为了重新梳理政策，把之前的资源综合利用的目录作废，并对风电提出来单独进行了规范说明。 分析人士表示，这实际上是之前风电增值税优惠政策的延续。今年以来，从国家发改委、国家能源局到国家电网公司，再到新能源装机大省的地方政府都在围绕风电发展给予多方面的支持。今年4月28日，国家能源局公布“十二五”第五批风电项目核准计划，项目共计3400万千瓦，超出业界预期；5月下旬，国家能源局发布了《关于进一步完善风电年度开发方案管理工作的通知》，对于弃风限电比例超过20%的地区、年度开发方案完成率低于80%的地区，不安排新项目。 （三）风电企业业绩逐步向好 近期，A股风力发电板块展示出了高景气度。截至7月1日，A股风力发电概念板块23家公司（以设备制造商为主）中，有9家已预告或发布中报业绩情况，除1家净利润变动幅度为负，其余8家净利润增幅在24%至350%之间。其中，
我国风电产业发展现状及存在的问题
我国风电产业发展现状及存在的问题 能源是国民经济发展的重要基础，是人类生产和生活必需的基本物质保障。我国是一个能源生产大国，也是一个能源消费大国。随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对能源的需求也越来越高。 长期以来，我国电力供应主要依赖火电。“十五”期间，我国提出了调整能源结构战略，积极推进核电、风电等清洁能源供应，改变过渡依赖煤炭能源的局面。 金融危机下，新能源产业正孕育着新的经济增长点，世界各国都希望通过发展新能源产业，引领本国走出经济低谷。近年来，我国政府对新能源开发的扶持、鼓励措施不断强化，风能作为最具商业潜力的新能源之一，备受各地政府和电力巨头追捧。 自2005年我国通过《可再生能源法》后，我国风电产业迎来了加速发展期。《可再生能源发展“十一五”规划》提出：在“十一五”时期，全国新增风电装机容量约900万千瓦，到2010年，风电总装机容量达到1000万千瓦。同时，形成国内风电装备制造能力，整机生产能力达到年产500万千瓦，零部件配套生产能力达到年产800万千瓦，为2010年以后风电快速发展奠定装备基础。 2008年，我国新增风电装机容量达到624.6万千瓦，位列全球第二；风电总装机容量达到1215.3万千瓦，成为全球第四大风电市场。预计，2009年我国风电新增装机容量还会翻番，届时在全球新增风电装机总量中的比重，将增至33%以上。按照目前的发展速度，中国将一路赶超西班牙和德国，2010年风电装机容量有望达到3000万千瓦，跃居世界第二位。 目前，我国正在紧锣密鼓地制订新能源振兴规划。预计到2020年，可再生能源总投资将达到3万亿元，其中用于风电的投资约为9000亿元。根据目前的发展速度，到2020年，我国风电装机容量将达到1亿千瓦。届时，风电将成为火电、水电以外的中国第三大电力来源，而中国也将成为全球风能开发第一大国。 设备制造行业现状 根据最新风能资源评价，全国陆地可利用风能资源3亿千瓦，加上近岸海域可利用风能资源，共计约10亿千瓦，发展潜力巨大。 为了合理有序的开发现有风能资源，首先需要进行的就是加强产业服务体系建设，扶持建立风能资源评价，风电场设计选址，产品标准，技术规范，设备检测与认证的专门机构。培育一批风电技术服务机构，建成较健全的风电产业服务体系。建设2～3座公共风电测试试验基地，为风电机组产品认证和国内自主研制风电设备提供试验检测条件。目前，工信部与国家能源局等相关管理部门目前正研究制定规范风电投资市场，完善风电设备产品标准及质量认证体系的相关政策，保证风电产品质量，促进成本降低。 风电产业的发展和进步不应盲目追求风电机组的装机容量，而应从我国各地区风场风资源的优劣、当地电力需求及电网输配电能力状况、风机性能及发展通盘规划，有序调控、全面协调、均衡平稳地发展。 首先，把风电科研纳入国家科技发展规划，安排专项资金予以扶持。支持国内科研机构提高创新能力，引进国外先进技术设备，加快消化吸收，尽快形成自主创新能力。目前，国产化比例规定较难落实，国产化质量提高和认同有个过程，风机制造企业仍需在自主创新上下功夫。 其次，建立一个统一的行业标准。由于目前没有对风电机组和风电场的入网标准和检测标准严格监管，绝大部分风电机组的功率曲线、电能质量、有功和无功调节性能、低电压穿越能力没有经过检测和认证，而且多不具备上述性能和能力，并网运行的风电机组对电网的安全稳定运行造成了很大的影响。
(完整版)我国风力发电的发展现状
我国风力发电的发展现状 我国是世界上风力资源占有率最高的国家，也是世界上最早利用风能的国家之一，据资料统计，我国10m 高度层风能资源总量为3226 GW ，其中陆上可开采风能总量为253 GW ，加上海上风力资源，我国可利用风力资源近1000 GW 。如果风力资源开发率达到60% ，仅风能发电一项就可支撑我国目前的全部电力需求。 我国利用风力发电起步较晚，和世界上风能发电发达国家如德国、美国、西班牙等国相比还有很大差距，风力发电是20 世纪80 年代才迅速发展起来的，发展初期研制的风机主要为1 kW 、10 kW 、55 kW 、220 kW 等多种小型风电机组，后期开始研制开发可充电型风电机组，并在海岛和风场广泛推广应用，目前有的风机已远销海外。至今，我国已经在河北张家口、内蒙古、山东荣城、辽宁营口、黑龙江富锦、新疆达坂城、广东南澳和海南等地建成了多个大型风力发电场，并且计划在江苏南通、灌云及盐城等地兴建GW 级风电场。截止2007 年底，我国风机装机容量已达到6.05 GW ，年发电量占全国发电量的0.8% 左右，比2000 年风电发电量增加了近10 倍，我国的风力发电量已跃居世界第5 位。 1.1 小型风电机组的发展 目前，我国小型风力发电机组技术已相当成熟，建设速度也较快，特别是5 kW 以下风力发电机组的制造技术成熟，已大量使用，并达到批量生产的要求。100 、 200 、300 、500 W 及1 kW 、2 kW 、5 kW 的小型风力发电机，年生产能力可达到5 万台以上。 1.2 大型风电机组的发展
我国大型风电机组的开发研制工作也正在加快。我国大型风电机组基本上依赖进口，通过多年来的开发研制，如今，大型风电机组的主要部件已基本实现国产化，其成本比进口机组低20% ～30% ，国产化是我国大型风电机组发展的必然趋势。我国的大型风电机组从建设之初的山东荣成第一个风力发电场开始，到后来的广东南澳4 台250kW 机组、辽宁营口安装660 kW 风电机组、黑龙江富锦单机960 kW 机组，再到即将在山西、山东、江苏等地安装的大型机组，我国已建成一大批大型风力发电场，使我国风力发电迈上了一个新台阶。 我国风能资源虽然蕴藏丰富，但由于经济实力和技术力量还远不及发达国家，故我国的风力发电普及率还很低。在我国，还有一些无电村，其中部分地区风能资源丰富，应开发利用风力发电。 2 国外风力发电的发展状况 风能的开发利用在国外发达国家已相当普及，尤其在德国、荷兰、西班牙、丹麦等西欧国家，风力发电在电网中占相当比重。20 世纪70 年代发生了世界性的能源危机，欧美国家政府加大补贴投入，鼓励开展风力发电事业。1973 年联邦德国风能资源投入30 万美元，到1980 年投资就增至6800 万美元；美国20 世纪80 年代初期安装了1700 多台风电机组，总装机容量达到3 MW ；1979 年丹麦能源部决定给风轮机设备厂投入补贴，政府拨款建立小型风轮机试验中心，承担发风轮机许可证任务。到20 世纪80 年代末，全球共有大型风轮机近2 万台，总装机容量2 GW 。国际市场风力发电成本不断降低，有些条件较好的风力发电场，机组发电成本仅为8 美分/kWh ，风场运行维修费为1.5 美分/kWh 。从当前世界风力发电情况来看，无论从风机容量投资、年发电量、运行费用及运行稳定性等指标衡量，200 ～500 kW 的中型风电机组都具有较大竞争
2020年中国风力发电行业现状及未来发展趋势分析
2017年中国风力发电行业现状及未来发展趋势分析 风能是一种淸洁而稳定的新能源，在环境污染和温室气体排放日益严重的今天，作为 全球公认可以有效减缓气候变化、提高能源安全、促进低碳经济增长的方案，得到各国政府、 机构和企业等的高度关注。此外，由于风电技术相对成熟，且具有更高的成本效益和资源有 效性，因此，风电也成为近年来世界上增长最快的能源之一。 1、全球发展概况 2016年的风电市场由中国、美国、徳国和印度引领，法国、上耳其和荷兰等国的表现 超过预 期，尽管在年新增装机上，2016年未能超过创纪录的2015年，但仍然达到了一 个相当令人满意的水平。根据全球风能理事会发布的《全球风电发展年报》显示，2016年 全球风电新增装机容量 54.600MW,同比下降14.2%,英中，中国风电新增装机容量达 23328MW （临时数据）,占2016年全球 风电新增装机容量的42.7%o 到2016年年底， 全球风电累计装机容量达到486J49MW,累计同比增长 12.5%。其中，截至2016年底, 中国总量达到16&690MW （临时数据），占全球风电累计装机总量的34.7%。 2001-2016年全球风电装机置计容量 450.000 400.000 350.000 300.000 土 250.000 W 200.000 150,000 1W.OOO 50.000 数据来源：公开资料整理 ■ ■ ■ ■ ■ 11 nUr l ■蛊计装机容蚤
按照2016年底的风电累计装机容量计算，全球前五大风电市场依次为中国、美国、徳国、印度和西班牙，在2001年至2016年间，上述5个国家风电累计装机容量年均复合增长率如下表所示： 数据来源：公开资料整理 2、我国风电行业概况 目前，我国已经成为全球风力发电规模最大、增长最快的市场。根据全球风能理事会（Global Wind Energy Council）统讣数据，全球风电累计装机容量从截至2001年12月31 日的23.9OOMW增至截至2016年12月31日的486.749MW,年复合增长率为22.25%, 而同期我国风电累计装机容量的年复合增长率为49.53%,增长率位居全球第一：2016年，我国新增风电装机容量23328MW （临时数据），占当年全球新增装机容量的42.7%,位居全球第一。 （1）我国风能资源概况 我国幅员辽阔、海岸线长,陆地而积约为960万平方千米,海岸线（包括岛屿）达32,000 千米，拥有丰富的风能资源，并具有巨大的风能发展潜力。根据中国气象局2014年公布的最新评估结果，我国陆地70米高度风功率密度达到150瓦/平方米以上的风能资源技术可开发量为72亿千瓦，风功率密度达到200瓦/平方米以上的风能资源技术可开发量为50 亿千瓦；80米高度风功率密度达到150瓦/平方米以上的风能资源技术可开发量为102亿千瓦，达到200瓦/平方米以上的风能资源技术可开发量为75亿千瓦。 ①风能资源的地域分布 我国的风能资源分布广泛，苴中较为丰富的地区主要集中在东南沿海及附近岛屿以及北部（东北、华北、西北）地区，内陆也有个别风能丰富点。此外，近海风能资源也非常丰富。 A. 沿海及其岛屿地区风能丰富带：沿海及其岛屿地区包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省（市）沿海近10千米宽的地带，年风功率密度在200瓦/ 平方米以上，风功率密度线平行
中国风力发电的发展现状及未来前景要点
中国风电发展现状及前景 前言 随着能源与环境问题的日益突出，世界各国正在把更多目光投向可再生能源，其中风能因其自身优势，作为可再生能源的重要类别，在地球上是最古老、最重要的能源之一，具有巨大蕴藏量、可再生、分布广、无污染的特性，成为全球普遍欢迎的清洁能源，风力发电成为目前最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式。 风，来无影、去无踪，是无污染、可再生能源。一台单机容量为1兆瓦的风电装机与同容量火电装机相比，每年可减排2000吨二氧化碳、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。随着《可再生能源法》的颁布，中国已把风能利用放在重要位置。 一、国内外风电市场现状 1.国外风机发展现状 随着世界各国对环境问题认识的不断深入，可再生能源综合利用的技术也在不断发展。在各国政府制订的相应政策支持和推动下，风力发电产业也在高速发展。截至2011年底，世界风电装机量达到237669MW，新增装机量43279MW，增长率22.3%，增速与2010年持平，低于2009年32%的增速。由表一，可以看出中国风电装机量62364MW，远远超过世界其他各国装机量，而德国依然是欧洲装机量最多的国家。从图表三中，很明显的看出，从2001年到2004年，风电装机增速是在下降的，2004年到2009年风电有处于一个快速发展期，直到近两年风电装机的增速又降为22%左右，可见风电的发展正处在一个由快速扩张到技术提
升的阶段。 图表 1 世界风电装机总量图 图表 2 世界近10年新增装机量示意图
图表 3 世界风电每年装机量增速
图表 4 总装机量各国所占份额
图表 5 2011年新增装机量各国所占份额 2.国内风电发展现状 中国的风电产业更是突飞猛进：2009年当年的装机容量已超过欧洲各国，名列世界第二。2010年将新增1892.7万kW，超越美国，成为世界第一。2011年装机总量到达惊人的62364MW。在图6中可以看出，中国风电正经历一个跨越式发展，这对世界风电的发展起到了至关重要的作用。然而，图8 中，我们能够清楚的看出自2007年以后，虽然新增装机量很大，但增速却明显下降，而其他国家，比如美国、德国，这些年维持着一个稳定的增速。由此，我们应该意识到，我国风电，尤其是陆上风电，正在进入一个转型期，从发展期进入成熟期，从量的追求进入到对质的提升。 图表 6 中国每年风电装机量示意图
中国风电发展现状与潜力分析
风能资源作为一种可再生能源取之不尽，中国更是风能大国，据统计中国风能的技术开发量可达3亿千瓦-6亿千瓦，而且中国风能资源分布集中，有利于大规模的开发和利用。 据考察中国的风能资源主要集中在两个带状地区，一条是“三北（东北、华北、西北）地区丰富带即西北、华北和东北的草原和戈壁地带；另一条是“沿海及其岛屿地丰富带，即东部和东南沿海及岛屿地带。 这些地区一般都缺少煤炭等常规能源并且在时间上冬春季风大、降雨量少，夏季风小、降雨量大，而风电正好能够弥补火电的缺陷并与水电的枯水期和丰水期有较好的互补性。 一、风电发展现状据统计，从2017年开始，中国的风电总装机连续5年实现翻番，截至2017年底，中国以约4182.7万千瓦的累积风电装机容量首次超越美国位居世界第一，较瓦，到2020年可达1.5亿千瓦。 （二）风电投资企业风电投资企业包括开发商与风电装机制造企业。 从风电开发商的分布来看，更向能源投资企业集中，2017年能源投资企业风电装机在已经建成的风电装机中的比例已高达90%，其中中央能源投资企业的比例超过了80%，五大电力集团超过了50%。 其他国有投资商、外资和民企比例的总和还不到10%，地方国有非能源企业、外企和民企大都退出，仅剩下中国风电、天润等少数企业在“苦苦挣扎，当年新增和累计在全国中的份额也很小。
从风电装机制造企业来看，主要是国内风电整机企业为主，2017年累计和新增的市场份额中，前3名、前5名和前10名的企业的市场占有率，分别达到了55.5%和发电；由沈阳工业大学研制的3mw风电机组也已经成功下线。 此外，中国华锐、金风、东汽、海装、湘电等企业已开始研制单机容量为5mw的风电机组。 中国开始全面迈进多mw级风电机组研制的领域。 2017年，国际上公认中国很难建成自主化的海上风电项目，然而，华锐风电科技集团中标的上海东海大桥项目，用完全中国自主的技术和产品，用两年的时间实现了装机，并于2017年成功投产运营，令世界风电行业震惊。 （四）风电场并网运行管理目前，风电并网主要存在两大问题：风电异地发电机组技术对电网安全稳定产生影响、风的波动性使风电场的输出功率的波动性难以对风电场制定和实施准确的发电计划。 它们使得风电发展受到严重影响。 对于这种电力上网“不给力的现况，国家和电网企业都在积极努力地解决好风电基地电力外送问题，除东北的风电基地全部由东北电网消纳和江苏沿海等近海和海上风电基地主要是就地消纳之外，其余各大风电基地就近消费一部分电力和电量之外的电力外送的基本考虑是：河北风电基地和蒙西风电基地近期主要送入华北电网；2020年前后需要山东电网接纳部分电力和电量；蒙东风电基地近期送入东北电网和华北电网；甘肃酒泉风电基地和新疆哈密风电基地近期送入
风力发电技术现状及发展趋势 许志伟
风力发电技术现状及发展趋势许志伟 发表时间：2017-11-28T15:54:29.220Z 来源：《电力设备》2017年第23期作者：许志伟 [导读] 摘要：在全球能源过度消耗的生态环境下，对新能源的研究和利用已成为世界热门的话题，风力发电是新能源发电技术中最具规模开发和商业化发展前景的发电方式，目前各国都在加大对风力发电及其相关的技术研究。 （大唐安阳发电厂河南安阳 455000） 摘要：在全球能源过度消耗的生态环境下，对新能源的研究和利用已成为世界热门的话题，风力发电是新能源发电技术中最具规模开发和商业化发展前景的发电方式，目前各国都在加大对风力发电及其相关的技术研究。全球风电行业年度市场增长率达 40%，已有一百多个国家涉足到风电行业，该行业已经成为世界能源市场的重要组成部分。我国近几年风电产业发展势头强劲，风电新增装机的容量稳居全球前茅，因此，对风力发电的技术现状和发展趋势进行研究具有重要意义。 关键词：风力发电；技术；探讨 1常用的风力发电系统 目前风力发电系统常用的风力发电机主要有恒速恒频率异步发电机、变速恒频双馈异步发电机和直驱永磁同步发电机三种。由于变速恒频系统可以适应较宽的风速范围，已经成为风力发电的主流机型，而直驱永磁同步发电机和全功率变流器组合在未来有着广阔的发展前景。 1.1 恒速恒频发电机系统 恒速恒频发电机系统主要由风力机、变速箱、异步发电机以及并联电容器构成。风轮机应用定浆失速控制可以确保发电机输出的电能电压和频率保持恒定。由于异步发电机在输出有功功率的同时会有无功产生，因此，可以通过并联电容器提高电网的功率因数。由于风能波动性和不稳定性的特点，恒速恒频发电机系统的风能利用率较低，能量输出波动性也比较大。 1.2 变速恒频双馈异步发电机系统 双馈异步发电机是如今风力发电的主流设备，占装机总量的绝大部分。变浆距角技术的应用，提高了风能的利用率，而且在机组紧急停止时，通过调整可以减少风能的收集，降低了机组的机械冲击，机组的使用寿命加长了。定子侧和电网连接，转子通过双PWM变换器控制励磁，确保定子电能频率的稳定。 1.3 变速恒频直驱永磁同步发电机系统 风力发电机和永磁同步发电机直接连接，避免了减速箱对系统运行的影响。同步发电机发出的电能通过交直交变频技术形成稳定的交流电进入电网。励磁采用永磁体节省了励磁的维护投入，但发电机的体积和制造成本以及难度加大了。 2风力发电中的重点技术问题 风力发电作为重要的新兴能源，受重视程度越来越高，如何提高风能的使用效率，改善风力发电的电能质量是风力发电工作研究的重点。 2.1 风力发电功率的预测 风能的不稳定性和随机性，经常造成大容量电场并网严重影响电力系统的可靠性，制约着大容量风电场的并网运行。因此对风电能量进行科学准确的预测，有助于风电场的合理选址以及电网能量的合理调度。目前常用的风能预测方法有：基于数值天气预报的风能预测，即利用气象信息对中长期风能进行预测；时间序列预测法，即利用历史风能数据对短期风能分布进行预测、人工神经网络预测，该方法的自适应性比较强，适用于非线性的模型预测。为提高预测的准确性，将多种方法结合使用是风能预测的发展方向。 2.2 风电场电力电子设备的研究 先进的电力电子技术是现代风力发电的重要技术依托，为风力发电提供重要的技术支撑。风力发电设备中存在大量电力电子设备，如双馈异步发电系统中的PWM变流器、直流永磁同步发电系统重点交直交变频设备、基于电压源的高压直流输电并网技术以及低压穿越所需的电子装置等。因此，加强电力电子设备的研究，对风力发电的发展具有重要意义。 2.3 低压穿越技术 低压穿越技术在电网发生故障时，利用电力电子技术确保风电场在一定时间范围内向电网提供一定的无功，从而保证电网不脱网运行。当电网电压降低时，风电机组通常由于自我保护而脱离电网，在风电所占电网的比例较小时，风电的脱离不会对系统造成太大影响，一旦风电机组的容量较大，电网故障时风电的解列在故障的基础上增加了电网的扰动，严重影响电网的可靠运行，甚至造成整个系统的解列。因此，我国对低电压运行标准进行了规定，即当并网电压跌至20%额定电压时，风电机组应能不脱网运行625 ms，目前由于电网的故障复杂多变，还没有十分完善的方案能够完全满足低电压穿越的要求，这已经成为风电研究的热点问题。 2.4 风电场的无功补偿 电压稳定是风电并网中的重要问题，无功补偿是风电电压稳定的重要影响因素。尤其在异步风力发电机系统中，异步发电机和变压器设备产生大量的无功功率，一旦这些无功无法得到及时补偿则会对电网的可靠运行造成影响，系统无功过高会使系统电流增加，增大系统损耗的同时，也会影响设备的安全运行；电流和视在功率的增加造成电力设备容量的增加，电力设备的体积也相应增大，电网的经济运行性降低，另外电网的功率因数过低会造成电网电压的降低。风电场无功补偿的方式多种多样，目前最为常用且使用效果较好的方式是基于电力电子技术的动态无功补偿设备。 3风力发电技术的发展趋势 我国风电行业已经步入了快速发展的时期，风力发电技术逐渐更具规模化和有效化，现已采用新的叶片技术、新型发力风电机、新型电力电子技术等智能优化风力发电系统，提高了可靠性和恶劣环境下的安全性。（1）对于巨型机而言，采用延长叶片会使运输和安装成本增加，因此分段式叶片技术应运而生，很好的解决了运输和安装问题，同时采用强化碳纤维增强叶片刚度，玻璃钢和热塑等混合纱丝制造叶片，缩短了叶片的生产时间。（2）采用无刷交流双馈异步电机、开关磁阻发电机和高压发电机也降低了成本，提高了可靠性，便于设备维修及养护，新型风力发电机的研制仍然是当前的重要任务。（3）新型大功率变化器的研究和应用势在必行，多电平变化器相对两电平变换器显著的降低了功率器件的开关损耗，大幅度的提高了转换效率，同时，新型储能技术也日益受到了人们的关注，起到了维持电网频率
最新风力发电现状与发展
风力发电的现状和前景 1 2 许文石沂东刘博高海松冯东洋 3 （华北电力大学，河北，保定 071000） 4 摘要本文主要针对我国还有世界的风力发电的发展历程进行了阐述, 文章 5 首先介绍了全球风力发电的现状,分析了风力资源的能量总量和分布情况, 讨 6 论了各国目前的装机容量, 并具体讨论了利用风能发电所涉及实际技术的产生 与运用, 介绍了国内外使用风能的现状和发展趋势, 并对风电系统中所采用发7 8 电机的性能、风力发电系统的类型、风电系统中所采用发电机的性能与特点以 9 及未来风力发电技术的发展趋势进行了详细深入的探讨，为更好地了解国内外 风力发电的现状与前景提供了参考。 10 11 关键词风能; 我国风能资源; 风能的开发和利用; 风电转换; 风力发 12 电。 13 Advances and Perspectives in the Application of Wind Energy 14 Xu Wen Shi Yidong Liu Bo Gao Haisong Feng Dongyang 15 North China Electric Power University Abctract This paper explores the feasibility of extensive use of wind 16 17 energy proposed by our country’s environmental protection organizations. 18 Through introduction of the mechanism of wind energy and the total amount 19 and distribution of wind energy resources in our country, and alternative 20 direct application of wind energy is discussed. In the paper, the wind 21 power generation and its relative technology are reviewed including 22 performance and feature of generators applied in wind power generation 23 system, and development tendency of future wind power generation 24 technology, which providing references for well learning about the
我国风力发电现状及发展趋势
我国风力发电现状及发展趋势 摘要：随着环境和能源问题的日益严峻，可再生能源的开发，尤其是风力发电技术已被国家政 府所重视。本文概述了风力发电的基本现状，分析了风电在国内外的发展状况、主要面临的问 题及其解决途径和发展前景。 关键词：风力发电；现状；发展趋势 1.风力发电概述 众所周知, 可再生能源有水能、风能、太阳能、生物质能、潮汐能、地热能六大形式。其中, 风能源于太阳辐射使地球表面受热不均、导致大气层中压力分布不均而使空气沿水平方向运动所获得的动能。据估计, 地球上可开发利用的风能约为2*107 MW, 是水能的10倍, 只要利用1%的风能即可满足全球能源的需求[1]。据中国气象科学研究院估算，在中国，10m 高度可开发的风能为10亿kW 以上（陆地2.5亿kW ，海上7.5亿kW ）[2]。 在石油、天然气等不可再生能源日益短缺及大量化石能源燃烧导致大气污染、酸雨和温室效应加剧的现实面前, 风力发电作为当今世界清洁可再生能源开发利用中技术最成熟、发展最迅速、商业化前景最广阔的发电方式之一已受到广泛重视[3]。 2.风力发电原理风力发电机的分类 2.1.风力发电原理 力发电是将风能转换为机械能进而将机械能转换为电能的过程。风吹动风力机叶片旋转, 转速通常较低, 需要齿轮箱增速, 将高速转轴连接到发电机转子并带动发电机发电, 发电机输出端接一个升压变压器后连接到电网中。典型的风力发电系统包括风力机(叶片、轮毅等部分)及其控制器、转轴、换流器、发电机及其控制器等。风速、作为风力机及其控制器的输入信号, 风力机控制器将风速与参考值进行比较, 向风力机输出桨距角信号, 调整输出机械转矩T 和机械功率 。转轴输出的机械功率输入到发电机中, 发电机的输出功率经过换流器输送到变压器中, 最终输送至电网。 风能的表达式为： 32 1νρts E = (式1-1) 式中：s —单位时间内气流流过截面积(m 2) ρ—空气密度(kg/m 3) v —风速(m/s)
我国风力发电的发展现状和未来前景
专业资料 中国风电发展现状及前景 前言 随着能源与环境问题的日益突出，世界各国正在把更多目光投向可再生能源，其中风能因其自身优势，作为可再生能源的重要类别，在地球上是最古老、最重要的能源之一，具有巨大蕴藏量、可再生、分布广、无污染的特性，成为全球普遍欢迎的清洁能源，风力发电成为目前最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式。 风，来无影、去无踪，是无污染、可再生能源。一台单机容量为1兆瓦的风电装机与同容量火电装机相比，每年可减排2000吨二氧化碳、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。随着《可再生能源法》的颁布，中国已把风能利用放在重要位置。 一、国内外风电市场现状
1.国外风机发展现状 随着世界各国对环境问题认识的不断深入，可再生能源综合利用的技术也在不断发展。在各国政府制订的相应政策支持和推动下，风力发电产业也在高速发展。截至2011年底，世界风电装机量达到237669MW，新增装机量43279MW，增长率22.3%，增速与2010年持平，低于2009年32%的增速。由表一，可以看出中国风电装机量62364MW，远远超过世界其他各国装机量，而德国依然是欧洲装机量最多的国家。从图表三中，很明显的看出，从2001年到2004年，风电装机增速是在下降的，2004年到2009年风电有处于一个快速发展期，直到近两年风电装机的增速又降为22%左右，可见风电的发展正处在一个由快速扩张到技术提升的阶段。 图表 1 世界风电装机总量图
图表 2 世界近10年新增装机量示意图 图表 3 世界风电每年装机量增速
德国 英国 加拿大 西班牙 意大利 法国 瑞典 图表 4 总装机量各国所占份额 其他 前十名总计 图表 5 2011年新增装机量各国所占份额 2.国内风电发展现状 中国的风电产业更是突飞猛进：2009年当年的装机容量已超过欧洲各国，名列世界第二。2010年将新增1892.7万kW，超越美国，成为世界第一。2011年装机总量到达惊人的62364MW。在图6中可以看出，中国风电正经历一个跨越式发展，这对世界风电的发展起到了至关重要的作用。然而，图8 中，我们能
风电技术现状及发展趋势
风电技术现状及发展趋势 Current Situation and Developing Trend of Wind Power Technique The paper mainly discusses the current situation and developing trend of wind power technique. Abstract: Key words: anemo-electric generator ； current situation ； developing trend 0 引言 风电古老而现代，但之所以到近代才得以发展，是因为在这方面存在许多实际困难。主要表现在：（1）风本身随机性大且不稳定，对其资源的准确测量与评估存在误差；（2）风速大小、风力强弱、风的方向都随时间在变化，设计制造在不同风况下都能保持稳定运行的风电系统，并使其风电输出功率效率高且理想平滑十分困难；（3）风为间歇式能源，有功功率与无功功率都将随风速的变化而变化，在与电网连接时，需要考虑输出功率的波动对地区电网的影响。此外，在降低制造成本和运行维护费用的前提下如何提高系统运行的安全性与可靠性、如何延长的寿命以及改善系统储能措施使其容量更大、体积更小、效率更高且寿命更长等问题上尚有待于得到更完善的解决。 1 风力发电技术发展现状 现代风力发电系统由风能资源、组、控制装置及检测显示装置等组成。组是风电系统的关键设备，通常包括风轮机、发电机、变速器及相应控制装置，用来实现能量的转换。完整的并网风力发电系统结构示意图见图1。
率曲线比较 长期以来风力发电系统主要采用恒速恒频发电方式（ Constant Speed Constant Frequency 简称CSCF）和变速恒频发电方式（Variable Speed Constant Frequency 简称VSCF）两种。 恒速恒频发电方式，概念模型通常为“恒速风力机 +感应发电机”，常采用定桨距失速或主动失速调节实现功率控制。在正常运行时，风力机保持恒速运行，转速由发电机的极数和齿轮箱决定。由于风速经常变化，功率系数C p不可能保持在最佳值，不能最大限度地捕获风能，效率低。 变速恒频发电方式, 概念模型通常为“变速风力机+变速发电机（双馈异步发电机或低速永磁同步发电机）”，采用变桨距结构，启动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后，在额定风速以下，调节发电机反转矩使转速跟随风速变化以保持最佳叶尖速比从而获得最大风能；在额定转速以上，采用变速与桨叶节距的双重调节限制风力机获取的能量以保证发电机功率输出的稳定性。 前者结构简单、运行可靠，但其发电效率较低，而且由于机械承受应力较大，相应的装置成本较高。后者可以实现不同风速下高效发电从而使得系统的机械应力和装置成本都大大降低。两者运行功率曲线比较如图 3所示。可以看出，采用变速恒频发电方式, 能在风速变化的情况下实时调节风力机转速，使之始终在最佳转速上运行，捕获最大风能[2]。 2 风力发电技术发展趋势
中国风电发展现状与潜力分析
中国风电发展现状与潜力分析 风能资源作为一种可再生能源取之不尽，中国更是风能大国，据统计中国风能的技术开发量可达3亿千瓦-6亿千瓦，而且中国风能资源分布集中，有利于大规模的开发和利用。 据考察中国的风能资源主要集中在两个带状地区，一条是“三北（东北、华北、西北）地 区丰富带”即西北、华北和东北的草原和戈壁地带；另一条是“沿海及其岛屿地丰富带”，即东部和东南沿海及岛屿地带。这些地区一般都缺少煤炭等常规能源并且在时间上冬春季风大、降雨量少，夏季风小、降雨量大，而风电正好能够弥补火电的缺陷并与水电的枯水期 和丰水期有较好的互补性。 一、风电发展现状 据统计，从2017年开始，中国的风电总装机连续5年实现翻番，截至2017年底，中国 以约4182.7万千瓦的累积风电装机容量首次超越美国位居世界第一，较 瓦，到2020年可达1.5亿千瓦。 （二）风电投资企业 风电投资企业包括开发商与风电装机制造企业。从风电开发商的分布来看，更向能源投资企业集中，2017年能源投资企业风电装机在已经建成的风电装机中的比例已高达90%， 其中中央能源投资企业的比例超过了80%，五大电力集团超过了50%。其他国有投资商、外资和民企比例的总和还不到10%，地方国有非能源企业、外企和民企大都退出，仅剩下中国风电、天润等少数企业在“苦苦挣扎”，当年新增和累计在全国中的份额也很小。从风 电装机制造企业来看，主要是国内风电整机企业为主，2017年累计和新增的市场份额中，前3名、前5名和前10名的企业的市场占有率，分别达到了55.5%和 发电；由沈阳工业大学研制的3mw风电机组也已经成功下线。此外，中国华锐、金风、 东汽、海装、湘电等企业已开始研制单机容量为5mw的风电机组。中国开始全面迈进多mw级风电机组研制的领域。2017年，国际上公认中国很难建成自主化的海上风电项目，然而，华锐风电科技集团中标的上海东海大桥项目，用完全中国自主的技术和产品，用两 年的时间实现了装机，并于2017年成功投产运营，令世界风电行业震惊。 （四）风电场并网运行管理 目前，风电并网主要存在两大问题：风电异地发电机组技术对电网安全稳定产生影响、风 的波动性使风电场的输出功率的波动性难以对风电场制定和实施准确的发电计划。它们使 得风电发展受到严重影响。对于这种电力上网“不给力”的现况，国家和电网企业都在积极 努力地解决好风电基地电力外送问题，除东北的风电基地全部由东北电网消纳和江苏沿海 等近海和海上风电基地主要是就地消纳之外，其余各大风电基地就近消费一部分电力和电 量之外的电力外送的基本考虑是：河北风电基地和蒙西风电基地近期主要送入华北电网；
国内外风力发电技术现状与发展
国内外风力发电技术现状与发展 风能是一种可再生的清洁能源。近30年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。风力发电技术日臻完善，并网型风力发电机单机额定功率最大已经到5MW，叶轮直径达到126m。截止2005年世界装机容量已达58,982MW，风力发电量占全球电量的1%。中国成为亚洲风电产业发展的主要推动者之一，其总装机容量居世界第8位，2005年新增装机容量居世界第6位。今后，国内外风力发电技术和产业的发展速度将明显加快。 1 引言 风是最常见的自然现象之一，是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”，流动空气具有的动能称之为风能。因此，风能是一种广义的太阳能。据世界气象组织（WMO）和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿kW，是地球上可利用水能的20倍。中国陆地10m高度层可利用的风能为2.53亿kW，海上可利用的风能是陆地上的3倍，50m高度层可利用的风能是10m高度层的2倍，风能资源非常丰富。 风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一[1]。风能的利用方式不仅有风力发电、风力提水，而且还有风力致热、风帆助航等。因此，开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界众多的科学家致力于风能利用方面的研究。在本文中，将对国内外风力发电技术的现状和发展趋势进行论述。 2 风力发电基本知识 2.1 风能的计算公式 空气运动具有动能。风能是指风所具有的动能。如果风力发电机叶轮的断面积为A，则当风速为V 的风流经叶轮时，单位时间风传递给叶轮的风能为 （1） 其中：单位时间质量流量m=ρAV （2） 在实际中，（3） 式中： P W—每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能，即风能功率，W； C p—叶轮的风能利用系数； ηm—齿轮箱和传动系统的机械效率，一般为0.80—0.95，直驱式风力发电机为1.0； ηe—发电机效率，一般为0.70—0.98； ρ—空气密度，kg/m3； A—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2； V—风速，m/s。 2.2 贝茨（Betz）理论 第一个关于风轮的完整理论是由德国哥廷根研究所的A·贝茨于1926年建立的。 贝茨假定风轮是理想的，也就是说没有轮毂，而叶片数是无穷多，并且对通过风轮的气流没有阻力。因此这是一个纯粹的能量转换器。此外还进一步假设气流在整个风轮扫掠面上的气流是均匀的，气流速