風(fēng)能資源評估及風(fēng)電發(fā)展前景展望

薛建秀

[提要] 本文通過進(jìn)行K-S檢驗認(rèn)為風(fēng)速符合韋布爾分布。然后，利用平均風(fēng)速、平均風(fēng)功率密度、有效小時數(shù)對風(fēng)能資源進(jìn)行評估。分析風(fēng)電能源開發(fā)存在的問題，并對我國風(fēng)電市場未來發(fā)展做出展望。

關(guān)鍵詞：平均風(fēng)速;風(fēng)能密度;有效風(fēng)時數(shù);風(fēng)電發(fā)展

中圖分類號：F062.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

收錄日期：2019年3月7日

引言

目前，不可再生能源日漸枯竭以及傳統(tǒng)能源開發(fā)利用所帶來的環(huán)境污染、氣候變化已經(jīng)成為全球面臨的共同難題，新能源的大規(guī)模開發(fā)利用迫在眉睫。尤其是在經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)發(fā)展的中國，對用電的需求繼續(xù)增長。因此，中國要解決當(dāng)前能源發(fā)展所面臨的問題，就必須要重視開發(fā)利用新能源、節(jié)能減排這兩大戰(zhàn)略舉措。

風(fēng)能是一種重要可再生的能源，它不但蘊(yùn)藏豐富、分布廣泛，而且是最重要的替代能源之一。作為二氧化碳減排的有效技術(shù)——風(fēng)力發(fā)電無溫室氣體排放，它幾乎適用于世界各地，并且全球需求量極大。但是由于風(fēng)能源具有強(qiáng)隨機(jī)波動性和難以準(zhǔn)確預(yù)測性，這增大了系統(tǒng)調(diào)度控制的難度，并限制了新能源電力的發(fā)展。因此，要發(fā)展風(fēng)能發(fā)電技術(shù)，就必須要精確地評估風(fēng)能資源，因而風(fēng)能資源的評估對風(fēng)電場選址和風(fēng)機(jī)匹配都有重要意義。本文首先對內(nèi)蒙古某風(fēng)電場實測數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)能資源的評估;然后分析我國風(fēng)電發(fā)展存在的一些問題，并針對這些問題提出一些整改建議;最后展望了我國風(fēng)電發(fā)展的前景。

利用matlab畫出發(fā)電廠實測數(shù)據(jù)的直方圖可知風(fēng)速是一種正偏態(tài)分布，根據(jù)經(jīng)驗可以擬合成威布爾分布。評估風(fēng)能資源的大小最重要的參數(shù)有平均風(fēng)速、平均風(fēng)功率密度、有效小時數(shù)等。

一、風(fēng)電場風(fēng)能資源評估

（一）風(fēng)速的韋布爾分布。擬合風(fēng)速的模型有很多，其中風(fēng)速符合雙參數(shù)的韋布爾（Weibull）分布，這一論述在大部分的風(fēng)電教材中出現(xiàn)。Weibull分布的概率密度函數(shù)為：

利用內(nèi)蒙古某風(fēng)電場的實測數(shù)據(jù)對分布參數(shù)k、c進(jìn)行參數(shù)估計。采用K-S檢驗對風(fēng)速的分布進(jìn)行檢驗發(fā)現(xiàn)取顯著性水平時？琢=0.05，概率p值接近0，認(rèn)為風(fēng)速符合韋布爾分布。

（二）風(fēng)能資源評估標(biāo)準(zhǔn)。我們國家評估風(fēng)能資源時，根據(jù)指標(biāo)的取值范圍不同，通常分為貧乏區(qū)、可利用區(qū)、較豐富區(qū)和豐富區(qū)四類。具體標(biāo)準(zhǔn)見表1。（表1）

（三）風(fēng)能資源的評估。確定了風(fēng)速的分布函數(shù)及其參數(shù)，就可以求出平均風(fēng)速、平均風(fēng)功率密度、有效小時數(shù)等指標(biāo)，再根據(jù)風(fēng)能資源評估標(biāo)準(zhǔn)就能對具體風(fēng)電場的風(fēng)能資源進(jìn)行評估。

1、平均風(fēng)速。平均風(fēng)速為：

根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算可得其平均風(fēng)速為6.21m/s。參照表1，此風(fēng)電場屬于風(fēng)能資源較豐富區(qū)。

2、年有效風(fēng)能密度。平均風(fēng)功率密度為：

求出此風(fēng)電場的全年平均風(fēng)功率密度是323.7w/m2。參照表1，從年有效風(fēng)能密度的角度來看，此風(fēng)電場風(fēng)能資源屬于豐富區(qū)。

3、有效風(fēng)小時數(shù)。發(fā)電廠的風(fēng)機(jī)有一些固有參數(shù)，如切入風(fēng)速（cut-in speed）vci，切出風(fēng)速（cut-out speed）vco等。風(fēng)速高于切入風(fēng)速時，風(fēng)機(jī)才會運行輸出功率;風(fēng)速高于切出風(fēng)速時，風(fēng)機(jī)會保護(hù)性停機(jī)停止輸出功率。有效風(fēng)時數(shù)是指風(fēng)速vci≤v≤vco的小時數(shù)。有效小時數(shù)為：

求出此風(fēng)電場全年有效風(fēng)時數(shù)為7，367.1小時，參照表1，從年有效小時數(shù)的角度來看，此風(fēng)電場風(fēng)能資源屬于豐富區(qū)。

通過對平均風(fēng)速、年有效風(fēng)能密度及有效小時數(shù)的計算可知，風(fēng)電場風(fēng)能蘊(yùn)含豐富。從全國角度來看，我國處于亞洲大陸東南，瀕臨太平洋西岸，地形復(fù)雜，海拔高度落差大，風(fēng)能儲備量很大，具有大力發(fā)展風(fēng)電的基礎(chǔ)條件。我國已經(jīng)研發(fā)出100多種不同裝機(jī)容量、不同類型的發(fā)電機(jī)組，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已初步形成，國家也對風(fēng)電產(chǎn)業(yè)予以極大的政策支持。但是，相對于發(fā)達(dá)國家，我國風(fēng)力發(fā)電從技術(shù)到普及程度都比較低。在高速發(fā)展的過程中，暴露出很多的問題，極大地阻礙了風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展。

二、制約風(fēng)電場發(fā)展的因素

在2011年前的一段時期我國的風(fēng)電市場發(fā)展迅速，但同時暴露了許多問題嚴(yán)重阻礙了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（一）風(fēng)電技術(shù)薄弱阻礙我國風(fēng)能發(fā)電的健康有序發(fā)展。（1）風(fēng)電屬于新興產(chǎn)業(yè)，前期研發(fā)投入、風(fēng)電人才培養(yǎng)不足，導(dǎo)致技術(shù)不成熟，大型發(fā)電機(jī)組靠進(jìn)口，技術(shù)短期內(nèi)消化不了，增加了風(fēng)電成本;（2）風(fēng)力發(fā)電由于風(fēng)能間歇性、隨機(jī)性的影響，是不穩(wěn)定的，因此需要大規(guī)模的電力儲存技術(shù)。目前，這項技術(shù)不完善導(dǎo)致風(fēng)電的電力出電具有波動，電力系統(tǒng)不穩(wěn)定;（3）國家意識到大力發(fā)展風(fēng)電的必要性，但是沒有及時形成適合我國國情的統(tǒng)一的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致風(fēng)電企業(yè)管理不規(guī)范、技術(shù)不成熟，造成很多不必要的浪費。

（二）以我國目前的發(fā)展水平，難以同時實現(xiàn)風(fēng)電的快速發(fā)展與并網(wǎng)消納。國內(nèi)蘊(yùn)含豐富風(fēng)能的地區(qū)分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較低的西部地區(qū)，如新疆、冀北、甘肅、內(nèi)蒙等，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口分布密度的制約，使得風(fēng)電場當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生了供大于求的現(xiàn)象。又因為風(fēng)電輸送距離和成本等問題，讓風(fēng)力發(fā)電廠處于極大的尷尬局面。

（三）現(xiàn)在壟斷的電力市場制約風(fēng)電的發(fā)展。我國的電力市場以計劃為主，電價有國家規(guī)定，幾乎不受市場經(jīng)濟(jì)的制約，導(dǎo)致市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境封閉。在政策有傾向時，盲目搶占市場上項目，但是技術(shù)水平跟不上市場發(fā)展速度，造成安全隱患，出現(xiàn)了不必要的事故，導(dǎo)致利潤下降，發(fā)展受阻。

三、我國風(fēng)電發(fā)展展望

在2011年后，我國的風(fēng)電市場進(jìn)入調(diào)整期。針對上面談到的問題，進(jìn)行了以下幾方面的調(diào)整：（1）對風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行優(yōu)化，利用儲能技術(shù)和風(fēng)電的并網(wǎng)消納技術(shù)鼓勵發(fā)展風(fēng)電行業(yè);（2）國家應(yīng)對風(fēng)電行業(yè)制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對風(fēng)電企業(yè)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)約束，逐步使風(fēng)電企業(yè)的技術(shù)不斷優(yōu)化升級，對其進(jìn)行精細(xì)化管理，極大利于接軌國際風(fēng)電市場;（3）逐漸將電力市場有計劃控制轉(zhuǎn)變?yōu)橐允袌隹刂茷橹饔媱澘刂茷檩o的形式，使電價能夠反映市場的供求關(guān)系，保障風(fēng)電產(chǎn)品的銷路。

同時，由于上述原因風(fēng)電成本在發(fā)展初期會比較高，國家在風(fēng)電定價上要給出相應(yīng)的扶持政策。可以借鑒國外采取固定電價與強(qiáng)制入網(wǎng)價格雙重政策的定價方式補(bǔ)貼。在丹麥國家鼓勵環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的風(fēng)電，并給予一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助，而對于火力發(fā)電及CO排放征收相應(yīng)的稅費。鼓勵風(fēng)力發(fā)電的用戶從自給自足式逐步發(fā)展到并入國家電網(wǎng)以售為主。在德國對于風(fēng)電的重視程度很高，采取靈活運用最低保護(hù)電價的政策鼓勵使用風(fēng)電，隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的規(guī)模擴(kuò)大、收益增加逐年降低最低保護(hù)電價。同時，靈活運用鼓勵電價，對不同風(fēng)電場的風(fēng)力資源進(jìn)行評估，以控制鼓勵電價使用時長的形式，對使用風(fēng)電的用戶進(jìn)行一定程度的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，達(dá)到降低風(fēng)電收益差距的目的。西班牙對于風(fēng)電的鼓勵形式又大不相同，將風(fēng)電價格和全國基準(zhǔn)電價相關(guān)聯(lián)并每年遞增的。自20世紀(jì)末開始，我國國內(nèi)的風(fēng)電上網(wǎng)價格居高不下，均高于火力發(fā)電價格，在這種形式下，極大阻礙了風(fēng)電發(fā)展的腳步。因此，我們在提高風(fēng)電技術(shù)管理規(guī)范的同時，在風(fēng)電定價方面國家應(yīng)學(xué)習(xí)國外的定價策略，采取一些靈活的政策，鼓勵風(fēng)電的可持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展。

四、總結(jié)

我國有著豐富的風(fēng)能資源儲備，也有對可再生清潔能源的需求。經(jīng)過2011年的疲軟期后，國家出臺了18項重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，國家對風(fēng)電行業(yè)的政策支持力度逐漸加大，國內(nèi)風(fēng)電企業(yè)管理和技術(shù)水平的逐步提高。另外，國際風(fēng)電行業(yè)正在快速良好的發(fā)展，相信在這個機(jī)遇下，我國的風(fēng)電行業(yè)必定會上升到更高的臺階，技術(shù)不斷成熟、市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，迎來它快速發(fā)展的輝煌明天。

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