有關風能的可持續發展的概述

李晶晶

(沈陽師范大學,遼寧,沈陽,110034)

有關風能的可持續發展的概述

李晶晶

(沈陽師范大學,遼寧,沈陽,110034)

隨著風電機組技術水平的不斷提升,風電機組發展趨勢為:單機容量不斷提高、風電機組型式多元化、風電機組關鍵部件技術不斷發展、風電機組設計技術趨向成熟、風電機組制造技術智能化、風電機組可利用率不斷提高。

風電;風能應用;可持續發展;風電技術

風能技術進步是風能持續發展的基礎,為了實現我國風能發展的戰略目標,根據我國國情,我國風能發展的基本路線是:風能發展以發電為主,重點發展陸地風電,積極推進海上風電,在主要發展并網風電的同時,還要發展離網風電和分布式發電系統。

1 對風能資源的評估

對風能資源的評估是風能開發利用的關鍵環節。目前,風能資源評估的方法有統計方法和數值方法兩類,其中數值方法得到越來越廣泛的使用。統計分析方法可分為兩種:基于氣象站歷史觀測資料和基于測風塔觀測資料的統計方法。國際上用于風能資源評估的數值方法主要有兩類:一類主要用于評估一個較大區域范圍內的風能資源量。通常這類數值方法由中尺度氣象模式和小尺度模式組合而成。另一類主要用于評估一個小區域范圍內的風速分布特征,水平分辨率可以達到 10m量級。我國地理環境復雜,氣候多變,下墊面種類多樣,近海海域灘涂地區有潮上帶、潮間帶和潮下帶。風能資源評估區域化、精細化和工程化是努力的方向。區域化就是要通過統計方法和數值模擬方法相結合,對各省 (區)在不同高度層的風能資源進一步詳查,除了給出風能資源儲量和技術可開發量外,還要給出經濟可開發量和實際風能利用區域。精細化就是要結合我國風能資源豐富區域的地形、地貌特征,通過對數值模擬方法的改進,包括復雜地形的數值化、地貌條件的模型化、湍流模式的選擇、邊界條件的處理等來提高數值模擬的精度。工程化就是要通過對評估方法的不斷改進與國家風能資源數據庫的建立和使用來縮短風能資源評估的周期。

2 海上風電技術

海上風電主要是指近海風電。與陸地風電相比,它具有不占用土地、海上風速高、湍流強度小、風電機組發電量多、可以忽略噪聲和視覺的影響等優點。因此,海上風電已成為國際風電發展的一個新的方向。海上風電從20世紀 90年代開始進入小規模示范階段,到 21世紀初才進入規模化開發階段。陸地風電技術是海上風電技術開發的基礎,即便如此,目前海上風電技術仍沒有完全成熟。隨著海上風電機組容量的增加,風電機組部件出現超長、超重和超載。我國東部沿海省區有豐富的風能資源,在近海海域發展海上風電是風能開發利用的一個重要途徑。但是,考慮到我國風能資源總體是陸地大于海上,我國陸地風電場還剛開始進入規模化發展,相關技術與產業尚不成熟,另外,海上風電開發還需要5～10年較長時間的前期準備工作。因此,近期內,我國風電開發的重點仍在陸地。海上風電可以先在海上風能資源豐富,而陸地風能資源開發受到其他因素制約的省區,如江蘇省進行小規模的示范和針對海上風電的關鍵技術開展預研工作。同時開展近海風能資源以及海洋水文、海洋地質和生態環境等相關領域的調查工作。

3 風能應用技術

風電的缺點是不可控性和間隙性。因此,為了改善風電對電網的影響和擴大風能的應用,將風能與其他能源組成互補系統是一種解決的技術途徑。目前,除在技術上已較成熟的風電 /光伏發電互補系統、風電 /柴油發電互補系統外,近年來又提出了風電/水電互補系統和風電/燃氣輪機發電互補系統等。互補系統不僅可以并網應用,也可以組成分布式電源系統,獨立運行,有較好的應用前景。風電的不穩定性和不連續性還可以使用大規模蓄電系統,對風電進行調節。工業發達國家高度重視大規模蓄電系統的研究和開發。到目前為止,人們已開發了多種儲能技術,包括物理儲能和化學儲能兩大類。物理儲能主要包括揚水儲能和壓縮空氣儲能。這兩種儲能系統雖然具有規模大、循環壽命長和運行費用低的優點,但需要特殊的地理條件和場地,建設的局限性較大,且一次性投資費用高。化學儲能主要有各類蓄電池、可再生燃料電池和液流電池等。鉛酸電池是目前大功率蓄電池中使用比例最高、價格最便宜的電池產品,其生產工藝成熟,原材料來源廣泛,有望作為近期首先使用的技術。

近年來,小型風力發電機組制造業有些萎縮,除了并網風電迅速發展的原因外,還有以下幾方面的因素:一是小型風力發電機產品價格偏低,加上缺乏市場監督機制,造成產品質量不穩定,運行可靠性差;二是由于用戶居住的分散性,給產品售后服務帶來困難;三是離網風電市場主要定位在偏遠無電地區,小型風力發電機組制造企業很難開拓市場。實際上,隨著社會經濟的發展,技術進步和環保需求,獨立運行的小型風力發電系統的應用范圍也在擴展和延伸,市場前景很好,除了與其他能源組成互補系統,用于道路照明、通信電源等之外,小型風力發電機組還可以作為分布式電源系統的重要電源之一,進行并網應用。

風能技術是一項綜合集成的高新技術,隨著風能又快又好的發展,風能技術也將不斷面臨新的挑戰。近年來,我國風能技術雖然有了長足的進步,但是與世界先進技術相比還存在較大的差距。風能基礎研究還很薄弱,自主創新能力還很不足。國家發展和改革委、國家科技部和財政部等部委以及中國科學院、中國工程院等機構都十分重視我國風能技術的進步。我國要充分利用當前風能技術發展的大好機遇,整合資源,扎實工作,結合我國國情發展有自主知識產權的風能技術,在世界風能大國中,我們的產業和技術都能占有一席之地。

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1003-3467(2010)04-0099-02