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电力工程论文
题目：
中国风电产业发展现状、问题及解决方式和前景展望
Title:
Thestatusquo,problemsandsolutionsandoutlookofChina'swindpowerindustrydevelopment
课程名称：
___电力工程______
Course:
ElectricalEngineering
专业：
___工程管理_____
Specializedsubject:
Engineeringmanagement
姓名：
_____陈恺____
Name:
ChenKai
学号：
__1121320103_
StudentID:
1121320103
摘要
据国家电网发布的相关统计数据显示，截至2012年6月底，我国并网风电达5258万千瓦，已取代美国成为世界第一风电大国，国家电网成为全球风电规模最大、发展最快的电网，大电网运行大风电的能力处于世界领先水平。
2013年国内风电产业发展平稳加速，步入了产业结构优化的转折点。
本文主要阐述了在发展过程中，中国风电产业面临的很多技术问题和市场问题，以及国家和企业通过改革和优化发展模式解决这些问题的途径。
在此基础上，对中国风电产业现状作出更全面的概述，并对未来这一朝阳产业的前景进行积极展望。
关键词：
风力发电技术瓶颈装机容量产能过剩弃风限电市场改革企业对策市场前景
Summary
AccordingtorelevantstatisticsNationalGridreleased,asoftheendofJune2012,China'swindpowergridreached52.58millionkilowatts,hasreplacedtheU.S.astheworld'sfirstwindTVUStates,NationalGridbecamethelargestglobalwindpowerscale,thefastestgrowingpower,largepowergridwindpowercapacityisaworldleadinglevel.2013domesticwindpowerindustrydevelopmentsmoothacceleration,enteredtheindustrialstructureoptimizationturningpoint.
Thisarticlefocusesonthewayinthedevelopmentprocess,manytechnicalissuesandmarketissuesfacingChina'swindpowerindustry,aswellasnationalandenterprisesolutionstotheseproblemsthroughreformandoptimizationofdevelopment.Onthisbasis,thestatusofChina'swindpowerindustrytomakeamorecomprehensiveoverviewofthissunriseindustryandprospectswerepositiveoutlookforthefuture.
Keywords:
windpower,technicalbottlenecks,capacity,excesscapacity,abandonedwindpowerrationing,marketreform,corporatemeasures,marketprospects
在能源需求持续增长的今天，开发新能源成为了一个热议话题。
就目前来看，风电是技术最为成熟、最具规模开发条件的新能源发电方式。
一、风力发电原理
风力发电,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。
依据目前的风车技术,在每秒三米的速度（微风的程度）,便可以开始发电,我们把风的动能转变成机械能,再把机械能转化为电能,这就是风力发电。
风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。
这种风力发电机组,大体上可分风轮（包括尾舵）、发电机和铁塔三部分。
（大型风力发电站基本上没有尾舵,一般只有小型（包括家用型）才会拥有尾舵）
图1：
风力发电机内部结构图：
风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只（或更多只）螺旋桨形的叶轮组成。
当风吹向浆叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。
桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其它复合材料（如碳纤维）来制造。
（现在还有一些垂直风轮,s型旋转叶片等,其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）。
由于风轮的转速比较低,而且风力的大小和方向经常变化着,这又使转速不稳定，所以,在带动发电机之前,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,再加一个调速机构使转速保持稳定,然后再联接到发电机上。
为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率,还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。
铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。
它一般修建得比较高,为的是获得较大的和较均匀的风力,又要有足够的强度。
铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况,以及风轮的直径大小而定,一般在6-20米范围内。
发电机的作用,是把由风轮得到的恒定转速,通过升速传递给发电机构均匀运转,因而把机械能转变为电能。
二、中国风电产业潜力
风能是清洁的可再生能源。
中国风能资源非常丰富，初步估算，可开发装机达10亿千瓦，风电有条件成为火电、水电之后的第三大电力能源。
图2：
我国陆地风能资源分布图：
中国10m高度层的风能资源总储量为32.26亿kW，其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿kW。
东南沿海及其附近岛屿是风能资源丰富地区，有效风能密度大于或等于200W/m2的等值线平行于海岸线；沿海岛屿有效风能密度在300W/m2以上，全年中风速大于或等于3m/s的时数约为7000～8000h，大于或等于6m/s的时数为4000h。
新疆北部、内蒙古、甘肃北部也是中国风能资源丰富地区，有效风能密度为200～300W/m2，全年中风速大于或等于3m/s的时数为5000h以上，全年中风速大于或等于6m/s的时数为3000h以上。
黑龙江、吉林东部、河北北部及辽东半岛的风能资源也较好，有效风能密度在200W/m2以上，全年中风速大于和等于3m/s的时数为5000h，全年中风速大于和等于6m/s的时数为3000h。
青藏高原北部有效风能密度在150～200W/m2之间，全年风速大于和等于3m/s的时数为4000～5000h，全年风速大于和等于6m/s的时数为3000h；但青藏高原海拔高、空气密度小，所以有效风能密度也较低。
云南、贵州、四川、甘肃、陕西南部、河南、湖南西部、福建、广东、广西的山区及新疆塔里木盆地和西藏的雅鲁藏布江，为风能资源贫乏地区，有效风能密度在50W/m2以下，全年中风速大于和等于3m/s的时数在2000h以全年中风速大于和等于6m/s的时数在150h以下。
[1]
三、中国风电产业发展面临的技术问题
虽然我国风能资源总体比较丰富，但如何有效利用是一个重点问题。
风电运行具有以下特点：
风电出力的随机性、间歇性；风电出力有时与电网负荷呈现明显的反调节特性；受气象因素影响，风电出力日间可能波动很大。
极端情况下，风电出力可能在0-100%范围内变化；风电年利用小时数偏低；风电功率调节能力差等等。
由于这些特点，目前我国风电的进一步有效利用就需要解决这些技术问题：
1、低点穿越技术
近年来风机脱网事故的频发，让低电压穿越技术成为风电行业的热点，电监会因此要求风电机组必须具备低电压穿越能力，这使得整机企业不得不在每台风机上增加十几万至几十万不等的改造成本。
对于恒速风电机组，在配备快速无功补偿装置情况下具有低电压穿越能力。
对于双馈变速和永磁直驱风电机组，可通过自身的控制系统实现低电压穿越能力。
我国并网风电机组中双馈变速风电机组约占60%，恒速风电机组约占30%，其他约占10%，由于未配备快速无功补偿装置或相应控制系统（我国没有这方面的要求）均不具备低电压穿越能力.
2、海上风电技术
在海上建设风电场，所需风电设备的技术含量要大大超过陆上风电。
目前国内企业制造的大型风机，存在着稳定性不足的问题，而海上风机的修理时间较长，且成本非常高，这样间接推高了海上风电场的投资成本。
除了风机技术外，输电技术也是制约海上风电开发的关键技术。
要想解决海上风电的并网问题，我国需建设安全、稳定和高效运行的智能电网。
同时，由于成本过高，现阶段海上风电的收益较低也是影响其发展速度的一个重要因素。
图3：
截至2013年年底中国海上风电装机情况：
3、规范化体系建立
目前国内的风电制造行业中，对于整机设计及部件的检测技术、检测手段等，主要采用欧洲的标准。
由于欧洲的环境条件与中国的差异较大，因此亟待建立符合中国国情的标准规范体系。
另外，国内的认证机构也需进一步建立、健全和壮大，深入研究从风机整机设计，到变桨系统、偏航系统、液压系统、变流器、制动系统、电气系统、冷却系统等部套系统功能的检测技术及标准。
4、风电并网控制方法
风能是用之不尽取之不竭的绿色能源，但并网技术一直是我们关心的问题，究竟是采用哪种并网方式最合理、最高效，还要根据当地的风能情况来定并网方法。
当今的电力电子技术在风电机组的控制，电能转换以及电能质量的改善方面都起着举足轻重的作用，实际中还要考虑以下几个方面：
（1）选择适当的电力电子变换器匹配变速风力发电系统才能增加风能的利用效率和减小电力电子变换器的能量消耗。
（2）为减小电网和风力发电机的故障恢复时间，应增加无功动态补偿装置SVC或TSC等。
（3）每个控制系统都有各自的适应性，针对不同的风场还要具体的考虑。
四、中国风电产业发展近期取得的成就
据国家电网发布的相关统计数据显示，截至2012年6月底，我国并网风电达5258万千瓦，已取代美国成为世界第一风电大国，国家电网成为全球风电规模最大、发展最快的电网，大电网运行大风电的能力处于世界领先水平。
图4：
2013年中国风电发展情况一览表：
指标名称
累计核准容量（万千瓦）
累计在建容量（万千瓦）
并网容量
（万千瓦）
上网电量
（亿千瓦时）
全国
13739
6023
7716
1349
华北地区
4415
1668
2747
494
北京
20
5
15
3
天津
42
19
23
5
河北
1113
338
775
141
山西
744
397
347
42
山东
854
352
502
87
蒙西
1642
557
1085
216
东北地区
3172
1094
2077
364
蒙东
1132
384
748
140
辽宁
694
128
565
100
吉林
664
287
377
56
黑龙江
682
295
386
67
华东地区
981
445
536
106
上海
56
24
33
7
江苏
486
230
256
45
浙江
115
65
50
10
安徽
146
96
49
8
福建
178
30
148
36
华中地区
732
543
189
24
江西
97
67
30
5
河南
132
92
40
6
湖北
149
86
63
6
湖南
195
159
36
5
重庆
61
52
10
1
四川
97
86
11
1
南方地区
1180
639
541
93
广东
345
164
181
30
广西
145
133
13
2
海南
36
6
30
6
贵州
288
186
102
12
云南
365
151
214
44
西北地区
3259
1633
1626
268
西藏
5
4
1
0
陕西
239
139
99
12
甘肃
1147
444
703
119
青海
51
35
16
1
宁夏
731
430
302
58
新疆
1086
580
506
78
（数据来源：
国家能源局网站）
据预测，按照目前的发展速度，到2020年中国风电装机很可能达到1.5亿千瓦。
按此测算，可带动1.5万亿元的投资，每年产生的3000多亿千瓦时的清洁电力，可节能１亿吨标准煤，减排二氧化碳两亿多吨。
[2]
五、中国风电产业发展面临的市场问题
然而，风电作为一个“朝阳产业”，却在方兴未艾之际出现了产能过剩的问题。
仔细分析风电发展状况后，我们可以发现除了技术问题，风电产业的发展遭遇瓶颈还有产业和市场规划方面的问题。
上世纪90年代开始，从引进国外设备到逐步掌握设备设计制造技术，中国企业目前具备了一定的研发能力。
但是，风电制造业也出现了一些盲目发展的倾向，一些企业既没有技术能力，也没有资金实力，以一种‘淘金’的心态盲目进入这一领域，出现了产能相对过剩的潜在问题。
图5：
2001-2013年中国新增及累计风电装机容量：
初步统计，目前已经生产和准备进入风电整机生产的企业已达60余家。
专家指出，风电制造是集空气动力、自动控制、机械制造、信息技术于一体的非常综合的行业，企业盲目进入的话，不仅会浪费大量资金，也不利于风电产业持续健康发展。
从这些现象可以看出，要突破风电发展困境，需要解决以下问题：
风电产业链不够完善，产能过剩技术缺失。
我国风电产业市场无序竞争和盲目发展状况严重，产业布局、技术创新及设备制造都缺乏统一规划安排，风电场设计、建设、运行和调度管理薄弱。
同时国内风电产业之前过分重视速度规模的发展路径是不可持续的，控制风电产业的发展节奏、促使风电产业向质量效益型转变是必然的选择。
缺乏完善的定价税收政策，制约了产业发展积极性。
尽管目前国家扶持可再生能源的三类政策已经出台试行，但是具体到风力发电，仍没有制定风电税种。
税务部门比照火电按17%的税率征收风电增值税，在事实上增加了风电成本，一定程度上制约了风电的发展。
电网建设滞后，造成风电输出难。
由于风能资源远离负荷中心，因此在风电发展规划中电网要求超前建设，以利于风电接入。
我国陆上可开发风能资源的90%集中分布在电网薄弱地区或远离电网的内蒙、甘肃、新疆一带，容纳风电能力很小。
由于没有把风电纳入电网规划，按照目前情况，即使200万KW风电装机并网都有困难，更谈不上大规模发展风电。
[3]
风电产业的相对产能过剩带来的一个普遍问题就是弃风限电、浪费资源。
所谓弃风限电，是指在风电发展初期，风机处于正常情况下，由于当地电网接纳能力不足、风电场建设工期不匹配和风电不稳定等自身特点导致的部分风电场风机暂停的现象，这样造成了风力资源的大量浪费。
我国出现明显的弃风限电始于2010年，2011年全国弃风限电总量超过100亿千瓦时，平均利用小时数大幅下降，个别省份甚至降至1600小时左右，风电场运行经济性严重下降。
2011年“三北”地区风电场平均利用小时数1907小时，同比下降266小时，弃风电量达123亿千瓦时，弃风率约16%，电费损失约66亿元，折合火电标煤384万吨，折合二氧化碳760万吨。
“三北”风资源较好地区的风电设备利用小时数低于中、东部和南方风资源一般的地区。
内蒙古、吉林、甘肃等风资源大省低于云南、贵州、江西等风资源一般的省份。
[4]
2011年丹麦、西班牙和德国的风电装机容量占总发电容量的40%、20%和15%，风电量则占总发电量的22%、18%和10%。
反观我国弃风严重的地区和省份，风电在全社会用电量中所占比重还很低。
国内外情况对比表明，我国出现的严重弃风限电现象，并不是风电发展饱和所致，而是可以归纳为以下几个方面的原因：
风电建设规划不完善。
风电规划中存在“重发、轻供、不管用”的问题。
甘肃、蒙东、蒙西和冀北等大型风电基地都位于经济发展程度较低的地区，本地电量消纳空间有限，而电网外送能力又不足，只能弃风。
风电项目前期工作周期短、核准快且建设周期短，但配套的电网送出工程则相反。
部分地区还存在风电规划和建设时序不断调整、项目规模和进度远超规划，以至于配套送出工程难以在电网规划和建设时统筹安排。
风电市场运行机制需要健全。
当前以计划电量为基础的交易模式不利于风电消纳。
目前节能发电调度还未在全国范围内得到全面推行，电源间的竞争主要体现在计划电量分配上，风电的节能降耗和减排贡献得不到合理评估，清洁优势没有完全体现出来。
风电出力不稳定，需要其他电源为其提供调峰服务，但目前这类辅助服务的价格还没有通过市场手段解决，而是由其他电源无偿提供，因此在冬季供热期间调峰容量紧缺时，弃风限电特别严重。
风电调度运行水平不高。
目前部分风电场运行水平偏低、机组缺乏低电压穿越能力，增加了电网调度运行的难度。
部分地区电网中的风电功率预测系统和风电场监控系统尚不完备，没有真实反映风电功率的波动性和随机性特征，导致系统运行方式偏于保守，调度运行中预留了过大的安全余量，也是造成弃风限电的重要因素。
[5]
除了上述原因外，造成风电开发商亏损的一个重要因素——核证减排量（CDM）常被忽视，但它却曾占据开发商利润总额近半壁江山。
CDM为中国风电产业带来近百亿元的收入，然而，从国际金融海啸爆发至今，能源价格持续处在相对较低水平，国际碳排放权交易市场价格从最高时每吨近30欧元跌至目前每吨不足1欧元，大大侵蚀了风电产业的利润。
[6]
六、中国风电产业发展突破困境的可参考出路
和风电利用先进的国家相比，我国风电还有广阔发展空间。
要解决上述风电消纳问题，促进风电可持续发展，需要通过以下三种途径：
优化电源结构和电网布局。
根据能源发展总体规划，结合区域资源情况和市场消纳能力，国家应制定统一的风电和电网规划方案，科学安排风电资源开发时序和建设进度，保证风电项目与送出工程的协调推进。
同时规划建设抽水蓄能、燃气发电等调峰、调频电源，促进风电与其他电源协调发展，加强风电输电通道建设，解决风电送出瓶颈。
推进电力市场化改革。
在市场化改革上要加快步伐，允许发电企业、用户、民营资本等组织和个人投资运营专为风电等可再生能源发电项目接入的微电网系统。
同时制定优先保证包括风电等可再生能源全额收购的市场机制和激励政策，实行绿色配额交易制度，增加对风电等可再生能源的补助资金。
科技创新推动风电生产和消费革命。
首先要大力研发推广使用新型风机、提高风电场建设质量。
建立风电友好型电网、改善系统负荷特性、加强风电功率预测和运行监控系统建设、优化电网运行方式以及提高风电调度运行精细化水平是加快风电消纳的重点。
同时在风电集中地区，要推广风电供热和排灌等技术，拓展利用方式，促进风电就地消纳。
[7]
七、根据中国风电企业对困境的积极行动对产业未来前景的展望
在风电产业困境压力下，中国风电企业自身也在寻找突破口，风电机组出口就是其中之一。
2012年，中国一共出口风电机组225台，机组容两430.45MW。
截止到2012年底，中国累计出口风电机组407台，总容量700.1MW。
以上数据不包括在华设立的外商投资工厂的外销产品。
[8]
图6：
截至2013年中国风电机组出口情况：
同时，在国内市场领域风电开发商也有了更科学的经营方式，尝试更多元化的途径。
为避免被限制并网，许多开发商选择在Ⅲ类或Ⅳ类风区、但风电消纳条件较好的区域开发风电场。
这些风电场往往规模不大，风能资源和环境条件各异，需要安装个性化的风电电机以适应环境要求和提高发电能力。
于是，适应高海拔、低风速、低温等环境特点的风电机组应运而生。
海上风电开发尽管很迟缓，但海上风电机组研制已有许多成果，除2.5MW、3MW机组外，还有多种更大容量的机组已投入试运行。
最后，随着风电机组出质保期数量的增加，有的整机企业已开始兼顾风电场专业运维服务。
[9]
就目前来看，中国风电即将完成第一轮的产业结构优化。
经过这一轮的整合、改造，风电产业将拥有相对较好的市场环境，以此来促进关键技术上的突破，进一步降低生产成本，形成良性循环，为风电真正成为第三大电力能源打好基础。
当然，也不能就此过于乐观，重蹈产能相对过剩、弃风限电的覆辙。
无论发展到何等规模，科学严谨的市场规范都是必要的。
只要做好这些工作，相信在不久的将来，中国风电产业一定会站在新的发展高峰上。
参考文献：
[1]《中国风电发展现状及前景》
[2]《中国风电发展现状和前景》
[3]《中国风电产业当前发展情况》
[4]《重点区域风电消纳监管报告》
[5]《产能过剩风电企业面临政策持续收紧不利影响》
[6]《2013年中国风电回暖道路仍然漫长》
[7]《弃风限电原因多科学改革是重点》
[8]《风能》杂志，2013年3月刊
[9]《中国风电市场概况——2013风电发展报告之六》
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