风能:清风起,绿电来
2017-05-06
风从哪里来?
风是地球上的一种自然现象,由太阳辐射热引起。太阳照射到地球表面,地球表面各处受热不同——地表升温的速度较海面快,故产生温差,从而引起大气的对流运动形成风。
风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转(风能转化成机械能),再透过增速机将旋转的速度提升,来带动发电机发电(机械能转化成电能)。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。
风轮是把风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。当风吹向桨叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。风轮的转速比较低且转速不稳定,所以,在连接发电机前,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稳定。为保持风轮始终对准风向以获得最大功率,还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。
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,把机械能变为电能。
铁塔是支撑风轮、尾舵和发电机的构架。铁塔高度视地面障碍物对风速影响情况,以及风轮直径大小而定。
多大的风才可以带动叶片发电呢?专业人士测算显示,从经济合理的角度出发,风速大于每秒4米才适宜发电。据测定,一台55千瓦的风力发电机组,当风速为每秒9.5米时,机组的输出功率为55千瓦;当风速每秒8米时,功率为38千瓦;风速每秒6米时,只有16千瓦;而风速每秒5米时,仅为9.5千瓦。
风能利用何时开始?
20世纪80年代,通过一些小项目的示范,欧洲风电大国将他们的风机输出到中国进行试验运行,我国风力发电进入试验阶段。随后,国产风机技术取得初步成果。在此基础上,各级政府相继出台了相关优惠政策以鼓励风电市场加速发展。在2012年,我国已取代美国成为世界第一风电大国。
人们很早就意识到,合理利用风能可以为生产生活带来便利。
我国位于亚洲大陆东南、濒临太平洋西岸,季风强盛,风力资源极为丰富,特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿,平均风速更大。有的地方,一年三分之一以上的时间都是大风天。在这样的天赋资源背景下,我国成为世界上最早利用风能的国家之一。早在公元前,我国就利用风车提水、灌溉、磨面和利用风帆推动船舶前进。
在欧洲,12世纪以来,风能利用迅速发展。由于风力发电在可再生能源发电技术中成本最接近常规能源,因而成为产业化发展最快的清洁能源技术之一。
欧洲风能发电的发展速度一直全球领先。德国风电在1996年以后进入平稳发展时期,目前已建立较全面的可再生能源支持政策体系。较早进行风电开发的荷兰,在1990年就制定了国家环境战略,完善了可再生能源的支持机制,包括用温室气体减排费来支付风电与常规电能的电价差额等。丹麦风力发电发展迅速,1918年,丹麦风力发电能满足全国3%左右的用电需求,而进入21世纪,其风力发电已可以满足18%的用电需求。英国虽较晚实施市场激励机制以鼓励风电发展,但由于“非化石燃料义务计划”的实施,其风电发展速度也很快。
风电如何消纳?
风电和电网之间形成了相互促进、良性互动、共同发展的新局面。2013年2月27日,国家电网公司发布了《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》,业内预测分布式风电将成为免费服务政策的又一重大受益者。按照此《意见》,截至2015年年末,分布式风电装机容量将达3000万千瓦。
在江苏东台沿海,滩涂广阔,晴好的天气里,风机叶片迎风转动。到2012年年底,这里的沿海并网发电的风电、太阳能发电装机总容量已达51万千瓦,越来越多的渔民用上了风电。
2013年3月13日,中国风能协会发布《2012年中国风电装机容量统计》显示,截至2012年年底,中国已成为除英国、丹麦以外,海上风电装机最多的国家。
我国并网型风电技术在上世纪80年代中期开始试验、示范。“十一五”以来,在《可再生能源法》的推动下,我国颁布实施了鼓励风电发展的电价支持、优先并网、费用分摊等多种政策措施,建立了促进风电发展的政策框架,并陆续开展了风能资源评价、风电特许权招标、海上风电示范等一系列促进风电产业发展的工作,使我国风电产业有了显著进步,步入了全面、快速、规模化发展的新阶段。
但是,人们用上清洁的风电,并非“风吹电来”那么容易,而是多方长期努力的结果。在风电迅猛发展的几年里,大规模开发风电带来了并网和输送的难题,电网处于风电发展的关键环节,也始终是各种矛盾的焦点。
为了促进风电健康发展,国家电网公司做了大量有效的工作。从750千伏线路到特高压电网,国家电网公司加快基础工程建设,建设友好型电网,接纳大风电;注重科技创新,积极研究并网问题,解决风电大规模接入后的电网安全稳定问题;统一调度,优先接纳新能源,大幅提升电网接纳承载能力,积极促进风电消纳。
此外,根据《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》,国家电网公司将积极为分布式电源项目接入电网提供便利条件,为接入系统工程建设开辟绿色通道。