1.3 風力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

1.3.1 國外風電的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀70年代石油危機發(fā)生以來，西方發(fā)達國家積極地尋求新的能源，風力發(fā)電應(yīng)運而生。風電在國外相當普及，尤其是德國、西班牙、美國等發(fā)達國家，風電所占的比重很大。2011年全球新增裝機容量超過4000萬kW，累計裝機容量超過2.37億kW。據(jù)2012年世界風電報告，2011年全球風電累計裝機容量排名前十位的國家見圖1-7、圖1-8。

在主權(quán)債務(wù)危機、歐元區(qū)財政失衡、全球經(jīng)濟整體低迷的情況下，風電發(fā)展還是取得了滿意的成果，從總體數(shù)據(jù)來看，全球的區(qū)域分布和市場格局大體不變，但新增裝機容量的增速變緩，風電開始從快速發(fā)展向穩(wěn)步發(fā)展轉(zhuǎn)變，表1-1說明了2006—2011年全球風電市場裝機容量的情況。

在風電機組的利用上，兆瓦級機組成為風電發(fā)展的趨勢。海上風電可以節(jié)省土地資源，且風能豐富，風速較高，噪聲、人為景觀和電磁干擾對風電的影響小。基于這些優(yōu)點，很多國家都制訂了海上風能計劃并開展了實施。截至2012年上半年，10個歐洲國家的56個風電場共計有1503臺海上風電機組已經(jīng)完全并網(wǎng)，圖1-9列出了近年來海上裝機容量的情況。

1.3.2 我國風電發(fā)展狀況

我國幅員遼闊，風能資源十分豐富，尤其在東南沿海、西北、華北北部、東北等地區(qū)都儲藏著豐富的風資源。由于地勢等各種客觀因素，西北地區(qū)長期以來存在著發(fā)展落后和能源短缺等問題，嚴重影響了當?shù)厝嗣竦纳钏剑L電的發(fā)展為他們帶來了新的發(fā)展道路，因地制宜進行風電場的開發(fā)成為大勢所趨。作為風能最廣泛的利用形式，風電技術(shù)正朝大容量、低功耗、高效率的方向發(fā)展。自20世紀90年代以來，我國堅持著穩(wěn)固的風電發(fā)展政策。但是，大多數(shù)的兆瓦級以上機組要依靠進口，這種情況制約了風電技術(shù)的國有化進程。我國正在引用和學習發(fā)達國家先進的風力發(fā)電技術(shù)，加緊實現(xiàn)自主開發(fā)、自主設(shè)計和自主制造大型風力機的技術(shù)。在不斷地研究與創(chuàng)新中，我國研制出了20kW、30kW、75kW、120kW、200kW、600kW和1MW的風力發(fā)電機組。

在我國政府的大力支持下，盡管我國大力推廣風電的時間較晚，離發(fā)達國家有一定的距離，但是每年新增和累計裝機容量越來越高，風電場的建設(shè)也進入了一個新的階段。同時，風電系統(tǒng)正在朝單機大容量的方向前進，從20世紀80年代中期小型機組投運以來，單機容量愈來愈高，自21世紀以來，兆瓦級機組無論從新增容量還是累計容量來講都在穩(wěn)步上升，2005年兆瓦級新增機組容量占到了當年新增容量的21.5%,2009年上升到了86.86%，今后發(fā)展的潛力更是可觀的，表1-2列出了中國近十幾年來新增、累計并網(wǎng)容量以及年增長率的情況。

伴隨著風電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，在政府和電力企業(yè)的共同努力下，風電發(fā)展取得了顯著的進展，但任何事業(yè)都不是一帆風順的，也伴隨著相應(yīng)的矛盾。首先，阻礙風力發(fā)電發(fā)展的是大規(guī)模風電并網(wǎng)的問題。由于風的不穩(wěn)定性，風波動時會對電網(wǎng)形成很大的沖擊，也伴著大量的諧波，同時面臨著低電壓穿越的問題，安全性承受著考驗。其次，風電技術(shù)裝備水平不夠高，創(chuàng)新能力欠缺。我國所生產(chǎn)的風電配套產(chǎn)品基本能滿足市場需求，但對風機的軸承、變流器等核心技術(shù)設(shè)備仍主要依靠進口。再次，風電廠的建設(shè)和治理經(jīng)驗不足。

今年我國風電依然呈快速發(fā)展的形勢，截至2012年上半年，我國風電累計的并網(wǎng)容量5572kW，其中內(nèi)蒙古風電并網(wǎng)容量突破1500kW，領(lǐng)跑全國，河北、甘肅、山東、黑龍江、江蘇、新疆、山西、廣東、福建等省、自治區(qū)并網(wǎng)容量也均超過100萬kW，截至2012年底，我國海上風電并網(wǎng)裝機容量超過30萬kW，僅次于英國和丹麥。

中國2012年新增裝機容量1296萬kW，相比2011年降低了26%,2013年，我國對風能采取的措施是有效地發(fā)展風電，穩(wěn)步地發(fā)展海上風電。鼓勵風電設(shè)備企業(yè)加強關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，加快風電產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級。通過加強電網(wǎng)建設(shè)、改進電網(wǎng)調(diào)度水平、提高風電設(shè)備性能、加強風電預測預報等途徑，提高電力系統(tǒng)消納風電的能力。到2015年，中國風電裝機容量將突破1億kW，其中海上風電裝機容量達到500萬kW。

1.3.3 風力發(fā)電的未來發(fā)展趨勢

風力發(fā)電作為一項新的技術(shù)，它的未來發(fā)展趨勢為：

（1）葉尖速度的個性化設(shè)計。風機的葉尖速度是轉(zhuǎn)速和葉片半徑的乘積。噪聲會隨著葉尖速度的增加而急速加大，因此較高葉尖速度的風力發(fā)電機比低葉尖速度的風力發(fā)電機噪聲要大得多。對于陸上市場來說，噪聲是一個主要限制。海上風電場對噪聲的敏感度較小，海上風電場的風力發(fā)電機的葉尖速度比陸地風電場的風力發(fā)電機的葉尖速度增長大約10%～30%。

（2）變槳和變速更具發(fā)展優(yōu)勢。變槳距調(diào)節(jié)是大型風力發(fā)電機的最佳選擇。因為變槳距調(diào)節(jié)提供了較好的輸出功率質(zhì)量，并且每一片葉片調(diào)節(jié)器的獨立調(diào)槳技術(shù)允許葉片可以被認為是兩個獨立的制動系統(tǒng)。通過控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，能使風力發(fā)電機的葉尖速比接近最佳值，從而最大限度地利用風能，提高風力發(fā)電機的運行效率。

（3）其他新的發(fā)電機配置模式也已經(jīng)被提出來，包括開關(guān)磁阻電機。

（4）直接驅(qū)動和混合驅(qū)動技術(shù)的市場份額迅速擴大。齒輪傳動不僅降低了風電轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)生噪聲，是造成機械故障的主要原因，而且為減少機械磨損需要潤滑清洗等定期維護。采用無齒輪箱的直驅(qū)方式雖然提高了電機的設(shè)計成本，但卻提高了系統(tǒng)的效率以及運行可靠性。Win-wind的混合驅(qū)動技術(shù)的風力發(fā)電機問世以來，以其獨特的設(shè)計理念，沖擊著傳統(tǒng)的市場，其市場份額在不斷擴大。

（5）海上風電悄然興起。海上風電場是國際風電發(fā)展的新領(lǐng)域。開發(fā)海上風電場的主要動機是因為海上風速更高且更易預測，發(fā)展海上風電場也成為風力發(fā)電行業(yè)新的應(yīng)用領(lǐng)域。丹麥、德國、西班牙、瑞典等國都在計劃較大的海上風電場項目。由于海上風速較陸上大且穩(wěn)定，一般陸上風電場平均設(shè)備利用小時數(shù)為2000h，好的為2600h，在海上則可達3000h以上。為便于浮吊的施工，海上風電場一般建造水深為3～8m處，同容量裝機，海上比陸上成本增加60%（海上基礎(chǔ)占23%、線路占20%；陸上僅各占5%左右），發(fā)電量增加50%以上。

（6）風力發(fā)電機制造技術(shù)在發(fā)生變革。5MW風機已經(jīng)面世，10MW以上的風力發(fā)電機也在研制中。專家們預言，2020年將會有20MW、30MW乃至40MW的風力發(fā)電機面世。風力發(fā)電機的制造技術(shù)已開始由造機器向建造電站方向轉(zhuǎn)化。

（7）產(chǎn)業(yè)集中是總的趨勢。2009年，世界排名前十位的風電機組制造業(yè)占據(jù)了全球78.7%的市場份額。

（8）水平軸風電機組技術(shù)成為主流。水平軸風電機組技術(shù)因其具有風能轉(zhuǎn)換效率高、轉(zhuǎn)軸較短，在大型風電機組上更顯經(jīng)濟性等優(yōu)點，使水平軸風電機組成為世界風電發(fā)展的主流機型，并占到95%以上的市場份額。