提水、磨面、風帆助航和發電,風能的利用歷史悠久,在世界能源普遍緊張的今天,我國風能發電的自主科技創新乘長風,起旋風,市場進入恰逢其時。11月6日,北京人民大會堂,由中國工程熱物理學會與保定惠騰風電設備制造公司聯合組建的“華翼風能葉片研發中心”舉行成立大會,何祚庥院士、徐建中院士、國家發改委能源研究所顧問周鳳起研究員等院士和專家,向人們報告了中國風能發電的現狀和前景。
摸清家底:我欲乘風來
在全球能源緊張、注重環境保護的今天,提高能源利用效率和發展可再生能源已成為無可爭議的可持續發展能源的兩個重要方面。徐建中院士指出,科學用能是實現節能的根本途徑,也是能源科技發展的必然結果,它貫穿在各種能量轉化過程,應用于經濟和社會的各個部門、各個領域。
地球接受的太陽輻射能大約有20%轉化成風能,全球風能總量如果1%用來發電,就能滿足全部能源消耗。徐建中院士指出,風能、太陽能等可再生能源是從根本上解決能源問題的主要途徑之一。“從資源、國家政策和技術上我國已具備了大規模發展風能發電的條件。我國有豐富的風電資源;國家規劃安排了風能發電項目;風電已實現產業化;已能批量生產30余米的葉片——風電的關鍵部件,性能達到國外產品的水平,價格不及國外一半;掌握風電機組集成技術;具備了建設大型風場的能力。從國外發展來看,1993年到2003年全世界風電的年增長率為29.7%;風能發電量占總發電量的0.5%;預計到2020年將達到12%。在已經完成的國家中長期能源規劃中,風電裝機目標為2010年400萬千瓦,2020年2000萬千瓦,屆時風電裝機將占全國電力裝機的2%。”
何祚庥院士盤點了中國的風電資源:在10米高空的風電資源是2.53億千瓦,海上約是7.5億千瓦;擴展到50米高空,是20億~25億千瓦。由于風電的運轉是3000小時,所以32億千瓦只能折成16億千瓦的火電。如果開發其中的1/2,亦即相當于800座的標準核電站。
中國太陽能學會風能專業委員會秘書長秦海巖介紹說吊車出租,伴隨解決全球能源普遍緊張的問題,國際上風能發電的市場能力正在不斷持續增長,過去10年風能發電是世界上增長最快的能源,全球風能發電裝機總容量達到了476億瓦,風力發電量占世界總電量的0.5%。
大力發展風電,當務之急是攻克立法、摸清家底、技術等難關,徐建中院士、何祚庥院士、周鳳起研究員等多位專家學者所見略同。
營造氛圍:政策作風標
徐建中院士指出,風能資源的家底和規律尚不十分清楚,風場氣動特征和規律不清、復雜地形和天氣條件的風能資源形成與變化規律、氣候變化條件下大氣邊界層特征等諸多問題,而所有這些不能只是靠氣象部門出面來解決,僅限于“單兵作戰”,必須做到“集團聯動”。
專業人才奇缺,“全國才百十號科技人員搞風能發電,相比核電的上萬人才,技術研發、風電廠規劃、選址設計的人太少,目前還沒有任何一所高校設置有風機制造專業。”秦海巖呼吁,必須要有更多人才投身于風電事業的發展。周鳳起則指出,風機葉片行業將提供幾十萬人的就業機會。
周鳳起認為,立法是世界各國發展可再生能源的成功經驗。“風能等可再生能源是新技術,仍在成長發展階段,需要扶持。其優點是有益于環境,但是市場的作用對環境是失靈的,只有政府驅動才能加快發展。國內外的經驗表明,沒有政府的主導,可再生能源不可能迅速地發展。早期,各國發展可再生能源首先發展技術,一旦技術成熟,就轉向示范和降低成本。只有成本足夠低,市場才能發展。”
周鳳起介紹:“近年,一些想要大規模發展可再生能源的國家通過立法、強制電力公司供應或購買再生電力,對未完成任務者予以懲罰。這樣,就不再需要沿襲過去的順序而直接跨越到創立市場的階段。有了市場和價格的保證,就可以提高開發商的信心。《可再生能源法》將于2006年1月1日起執行,這對促進可再生能源的開發利用、增加能源的供應、改善能源結構、提高能源安全、保護環境、實現我國經濟社會的可持續發展,意義重大。”
立法可以通過經濟杠桿,對風力發電的發展營造更好的空間,《可再生能源法》采納了有關風力發電強制上網、全額收購、分類定價等原則。周鳳起指出,除小水電以外,可再生能源發電成本都高于常規能源,風能發電成本約為煤電的1.7倍。因為風力發電技術不成熟,導致發電成本過高和市場容量狹小,成本高,會抑制其市場。反之,市場狹小又會給風電的成本降低造成障礙,形成惡性循環,使風電產業的發展陷入困境。風力是一種需要因地制宜加以利用的能源,只有在年平均風速較高而且穩定、遠離電網并缺乏常規電源的地區,利用風能才是經濟的。當前,一些地處偏遠的草原、島嶼風力發電成本已與柴油發電相當。但大規模風力發電的成本仍高于燃煤電站,需要進一步降低成本。
自主創新:產學研結合
風電發展最為關鍵的障礙還是技術。徐建中院士指出,風電機組的大型化提出了許多科技問題需要解決,而我們過去對風電設備的基礎性研究重視不夠中國風電前景,大多只是引進消化國外技術、仿制國外成熟機組,沒有形成完全自主的設計體系。
據中國風能協會提供的最新統計,截至2004年,我國累計市場份額中,國內風電的產品只占18%吊車,進口產品占82%,其中丹麥NEGMicon的份額最大,占到了累計總裝機的30%。而設備在中國風電成本中占80%,由于進口設備比國內產品貴30%,使風電成本難有下降空間。
周鳳起指出,可再生能源發電裝備制造急需本地化。“目前,小水電已經商業化,風電和生物質發電接近商業化,但是大量進口設備,價格高,難以推廣。要鼓勵外資和民間資本進入可再生能源產業,實現裝備制造本地化。”
上個世紀50年代以來,我國開始研制現代風力發電機,而到上世紀80年代,我國已有從50瓦到200瓦之間的各種風力發電機,有百瓦級風力發電機幾萬臺在內蒙古、甘肅、青海、新疆等地運行中國風電前景,它們主要是與蓄電池配合,為牧民提供生活用電;還有10千瓦級風力發電機,可為島嶼、邊防哨所、高山氣象站以及偏僻地區提供生活和生產用電。據悉,1986年,中國的第一個風電場在山東榮成并網發電。到2004年,我國共有風力發電場43個,裝機容量76萬千瓦,在全國4.4億千瓦的電力總裝機中,還不足千分之二,而德國的比例為5%,丹麥高達20%。
在大型風電機組中,葉片是風電機組的關鍵部件之一,葉片質量和性能的好壞,直接影響風電機組的效率、壽命和可靠性;而葉片的設計、研制、生產涉及到多個學科,是高科技產品。長期以來,由于國內缺乏制造大型風機葉片的技術基礎,因此“九五”以前,我國的風力發電葉片幾乎全部依賴進口。“十五”以來,保定惠騰風電設備制造公司已能生產長達30余米的葉片,但尚不能完全掌握葉片的設計技術。
現在,保定惠騰風電設備制造公司與長期進行葉片研究設計的中國科學院工程熱物理研究所聯合,成立了風電葉片研發中心,以企業為主體,發揮各自的優勢,共同針對我國大規模風能利用需要解決的主要科學問題,開展涉及風力透平葉片的基礎理論研究和應用研究,并一道完成葉片的設計,以建立我國完全自主的風力發電葉片分析和設計及相應的理論支持體系,為自主發展我國風力發電技術及產業化提供理論基礎。在市場調查和分析的基礎上,雙方商定,以2兆瓦的機組為目標,開展研究與設計工作,早日研制和生產出高水平的2兆瓦風電機組,提高我國風能發電水平。