风力发电概念及基本特征

PAGEPAGE59风力发电概念及基本特征一、风能及风力发电概念1.风能风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。虽然到达地球的太阳能只有2％转化为风能，但其总量仍是十分可观的。据估算，地球上的风能资源是水能资源的10倍，高达53万亿千瓦时/年。即使，2020年全球的的电力需求增长至25-30亿千瓦时/年，从纯技术的角度，只要利用地球上50%的风能就能够满足全球的电力需求。从分布来看，主要分布在北美洲、亚洲、拉丁美洲等地方。图表SEQ图表\*ARABIC2：世界风能资源情况（单位：TWH/A）2.中国风能资源分布2.1中国风能资源丰富我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。根据全国900多个气象站将陆地上离地10m高度资料进行估算，全国平均风功率密度为100W/m2，风能资源总储量约32.26亿kW，可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿kW，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿kW，共计约10亿kW。如果陆上风电年上网电量按等效满负荷2000小时计，每年可提供5000亿千瓦时电量，海上风电年上网电量按等效满负荷2500小时计，每年可提供1.8万亿千瓦时电量，合计2.3万亿千瓦时电量。中国风能资源丰富，开发潜力巨大，必将成为未来能源结构中一个重要的组成部分。另外，就各种新能源发电方式在储存量上对比来看，虽然太阳能的资源量是最多的，相当于2.3万亿吨标准煤，不过，其现在发电成本很高，还有待技术上的改进和成本的缩减；小水电发电是我国现在在新能源中利用最高的一种发电方式，而且在技术上已经到了国际先进水平，不过其资源总量上受到一定的限制—其资源量为1.8亿KW，可开发量为1.28亿KW，相当于1.4亿吨标准煤，目前我国小水电的开发量为20%左右，预计到2030年，我国小水电资源将开发完毕，届时可以形成1亿千瓦的装机水平。2.2中国风能资源地区分布图表SEQ图表\*ARABIC7：我国风能资源分布图资料来源：银联信整理就区域分布来看，我国风能主要分布在以下三个地区：2.2.1“三北”（东北、华北、西北）地区风能丰富带包括东北三省、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。但是，建设风电场时应注意低温和沙尘暴的影响，有的地方联网条件差，应与电网统筹规划发展。2.2.2东南沿海地区风能丰富带东南沿海受台湾海峡的影响，每当冷空气南下到达海峡时，由于狭管效应使风速增大。冬春季的冷空气、夏秋的台风，都能影响到沿海及其岛屿，是我国风能最佳丰富区。我国有海岸线约1800KM，岛屿6000多个，这是风能大有开发利用前景的地区。沿海及其岛屿风能丰富带，年有效风功率密度在200W/m2以上，风功率密度线平行于海岸线，沿海岛屿风功率密度在500W/m2以上，如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等，可利用小时数约在7000-8000小时。这一地区特别是东南沿海，由海岸向内陆是丘陵连绵，风能丰富地区仅在距海岸50KM之内。2.2.3海上风能丰富区我国海上风能资源丰富，10m高度可利用的风能资源约7亿多KW。海上风速高，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，可减少风电机组的疲劳载荷，延长使用寿命。一般估计海上风速比平原沿岸高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，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。3.风能资源特点风能除蕴藏量丰富之外，还具有可以再生、永不枯竭、清洁无污染等众多优点，另一方面，风能也具有风能密度低、风力不稳定、风能分布地区差异大、面临一定环境问题等缺点：（1）、风能密度低这是风能的一个重要缺陷，由于风能来源于空气的流动，而空气的密度是很小的，因此风力的能量密度也很小，给其利用带来一定的困难。（2）、风力不稳定由于气流瞬息万变，因此风的脉动、日变化、季变化以至年际的变化都十分明显，波动很大，极不稳定。正是由于风力的这一特性，造成了风机利用小时数明显低于水电或火电机组。我国风电场的利用小时数一般为2300-2700小时/年，部分地区能够达到3100小时/年。（3）、风能分布地区差异大由于地形的影响，风力的地区差异非常明显。邻近的区域，有利地形下的风力往往是不利地形下的几倍甚至几十倍。因此，风电场的选址非常重要。（4）、环境问题风电最大的环境问题主要有噪音、观瞻、鸟类三个方面。1台1兆瓦的风机，在方圆300米内的噪音是45分贝。有一些人坚持认为风电有碍观瞻。尽管缓慢转动的叶片很少伤及鸟类，但是在候鸟大批经过时难免发生事故。针对风能的以上优缺点，随着科学技术的不断发展，人们对风机使用的要求也愈来愈高，就目前国外风机技术发展趋势而言，将朝着风机容量不断增大、高效化、高速小型化和低噪音方向发展。4.风力发电概念风力发电是指利用风力发电机组直接将风能转化为电能的发电方式。在风能的各种利用形式中，风力发电是风能利用的主要形式，也是目前可再生能源中技术最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。近十年来，全球风电产业获得了超常发展，这取决于全球存在丰富的风力资源，以及全球对环境问题日益重视、国际油价的持续高企和风力发电技术日益成熟。二、风电发展的推动因素1.1风电发展不存在资源瓶颈世界气象组织估计全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，相当于10800亿吨标准煤产生的能量，约是全世界目前能源消费量的100倍。就我国而言，风力资源列世界第三，排在俄罗斯和美国之后。根据最新风能资源评估，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。1.2各国政府对环境问题的重视目前，国际社会日益感觉到环境污染和全球气候变暖问题的严重性，纷纷采取措施试图遏制环境问题的恶化，措施之一就是扶持清洁新能源的发展。风电是一种可大规模商业开发的清洁新能源。从国际经验来看，政府的激励政策在风电产业发展过程中的作用举足轻重。这些政策措施包括各种形式的补贴、价格优惠、税收减免、贴息或低息贷款等。高强度的激励机制是克服发展障碍，促进产业发展的关键性措施之一。目前中国的激励本国风电发展的政策措施主要有：风电设备产业化专项资金补助、国产化率70%的要求、风电全额上网、电价分摊和财税上扶持，这些措施对激发国内风电投资热情，扶持本土风电机组制造业起到重要作用。1.3高油价迫使各国寻求可再生的替代能源从2003年以来，国际油价持续攀升，至2007年底已经数次逼近100美元大关，国际油价持续走高带动天然气、煤炭等化石能源的价格同步走高。化石能源的价格维持高位使替代的新能源如风能发电、核能发电和太阳能发电在经济上可行，这些因素导致了全球包括风电的新能源投资热潮。1.4风力发电技术日益成熟化石等一次性能源的特点如环境成本增加、不能再生等决定了成本将不断上涨；而随着技术成熟和规模效应的发挥，风电、核电等新能源发电的成本将进一步降低。而在众多新能源中，风电是最具商业开发前景的新能源之一。近些年，随着风电技术的日益成熟，风电装机容量不断增大，并网性能不断改善，发电效率不断提高，风电设备在全球能源设备中脱颖而出。随着风电技术的成熟和规模效应的显现风电机组价格不断下降，由此带来风电成本的持续降低。上世纪80年代到90年代初风电成本下降较快；90年代中期以来，成本下降趋缓，据测算，如果风电成本达到每5年下降20%，到2020年，即使没有补贴，风电的成本将接近常规的能源。三、风电场投资成本分析风电场项目的投资成本中，风电机组大约占70%左右的比例，其余电气、土建、安装工程等费用约占30%。风电的单位电度成本中，折旧费用摊销大约占65%左右的份额，其余的营运费用、财务费用大约占35%的份额。因此，风电电度成本能否下降最大的影响因素就是机组的成本。图表：风电项目投资构成比例和风电发电电度成本构成比例资料来源：《风电投资小常识》2006年11月，吴光军、李齐勇、杨学军以金风科技08年2月1日公告设备中标的内蒙古巴彦淖尔乌兰伊力更风电场300兆瓦风电特许权项目为例，总装机为200台1.5MW金风科技生产的机组。该项目总投资27.14亿元，单位投资成本约9046元/千瓦。其中机组价格19.23亿元，折合6411元/千瓦（或961万元/台），机组成本占总投资比例约70.87%。按发电期限25年、每年有效发电时间2000小时、设备折旧占65%估算，单位电度成本约0.278元，接近于当前内蒙古省内安装脱硫设施的燃煤上网电价0.274元/千瓦时。若单位机组售价从6400元/千瓦下降至3800元/千瓦（750KW风机单位售价），在不考虑其它因素的情况下，单位电度成本将下降至0.226元/千瓦时，届时即使与火电同样的上网电价，风力发电也具备一定的竞争力。上述项目不同风机成本下的电度成本：单位风机成本（元/千瓦）单位风机成本（万元/台）单位发电成本（元/千瓦时）64119610.27850007500.23538005700.226资料来源：金鼎证券当前，国家组织了一批风电特许权项目，承诺固定发电小时内（满负荷发电3万小时）的固定电价。这个电价要高于一般的上网电价，能够保证风电场投资一定的赢利空间。如上述的巴彦淖尔项目，经发改委批准，风电场累计发电等效满负荷小时数在30000小时之内的上网电价为0.468元/千瓦时,比普通火电上网电价高出70%左右。四、其它形式发电成本比较火力发电：以国投电力（600886）为例，2008年上半年发电煤耗339.88克/千瓦时，平均标煤成本546元/吨。据此估算，仅煤耗成本就达到0.185元/千瓦时。按一般火电厂中燃料成本占发电成本70%估算，火力发电的成本大约0.264元。而07年标煤单价432元/吨，发电成本约0.211元。水力发电：以长江电力（600900）为例，2007