風力發(fā)電技術及應用課件：中國風力發(fā)電狀況 -

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風力發(fā)電技術及應用

2中國風力發(fā)電狀況3【本章教學要點】知識要點掌握程度相關知識中國風能資源了解中國風能資源分布情況中國的風資源狀況及風力發(fā)電可能性中國風電發(fā)展狀況了解中國風電發(fā)展現狀中國風力發(fā)電發(fā)展的裝機容量及風電場建設情況中國風電發(fā)展趨勢了解中國風電產業(yè)發(fā)展趨勢風電產業(yè)的發(fā)展狀況及目前風電存在問題中國風電發(fā)展前景了解中國風電發(fā)展前景風電發(fā)展的有利條件及前景規(guī)劃4【導入案例】世界風能協會主席：中國有大力發(fā)展風能的條件新浪財經訊5月21日下午消息，世界風能協會主席阿尼爾－凱恩今日表示，中國有大力發(fā)展風能的條件。阿尼爾－凱恩是在中國高新企業(yè)發(fā)展國際論壇上做出上述表示的。他表示，根據MIT的研究，在世界電能方面的需求將在2050年的時候比現在將要達到三倍以上的發(fā)展。現在電力能源的裝機容量只有360萬兆瓦，在今后將會發(fā)展到1100兆瓦，是非常大的化石燃料的消耗。為此必須開發(fā)一些技術，解決其中80%不能獲得更多的能源地區(qū)的電力的使用。阿尼爾－凱恩稱，現在中國由于快速的發(fā)展出現了非常多的污染，作為全世界發(fā)展速度最快的國家，中國是需要有發(fā)展風能的，目前在技術的層面可以使用玻璃的纖維或者是竹纖維來進行風能的生產，中國有非常多的竹子的資源，竹子實際上有很多的竹纖維可以進行使用。把竹子當中的纖維抽出來，可以安裝在一些風機，使得風機的重量會逐漸地減低。中國有大力發(fā)展風能的條件。資料來源：/news/20110218/10/7-391009925_1.shtml，201110.1中國風能資源6【10.1中國風能資源】中國風能儲備在世界上排名第一，陸上可用風能高達2.5億kW，海上可用風能高達7.5億kW。一般認為，可將風電場風況分為3類：年平均風速6m/s以上為較好；7m/s以上為好；8m/s以上為很好?？砂达L速頻率曲線和機組功率曲線，估算國際標準大氣狀態(tài)下機組的年發(fā)電量。中國風電場風況相當于6m/s以上的地區(qū)，僅僅限于少數幾個地帶。就內陸而言，大約僅占全國總面積的1/100。主要分布在長江到南澳島之間的東南沿海及其島嶼，這些地區(qū)是我國最大的風能資源區(qū)以及風能資源豐富區(qū)，包括山東半島、遼東半島、黃海之濱，南澳島以西的南海沿海、海南島和南海諸島，內蒙古從陰山山脈以北到大興安嶺以北，新疆達坂城、阿拉山口，河西走廊、松花江下游、張家口北部等地區(qū)以及分布于各地的高山山口和山頂。中國初步探明的風電資源總計約為10億kW(10m低空范圍的風能)，如果擴展到50~60m以上高空，風電資源將至少再擴展一倍，可望達20億~25億kW。中國2011年發(fā)電總裝機容量已達42.3吉瓦，已經超過美國成為世界第一。中國風能資源豐富的地區(qū)主要分布在“三北”(即東北、西北、華北)地區(qū)以及東南沿海地區(qū)?！叭薄钡貐^(qū)可開發(fā)利用的風力資源占全國陸地可開發(fā)利用風力資源的79%。其中，新疆、甘肅、寧夏和內蒙古是風能儲量最豐富的地區(qū)。7【10.1中國風能資源】圖10-1我國風能資源分布圖8【10.1中國風能資源】中國氣象局于2010年初公布了中國首次風能資源詳查和評價取得的進展和階段性成果：中國陸上離地面50m高度達到3級以上風能資源的潛在開發(fā)量約23.8億kW；中國5--25m水深線以內近海區(qū)域、海平面以上50m高度可裝機容量約2億kW。中國陸上風能資源主要集中在內蒙古的蒙東和蒙西、新疆哈密、甘肅酒泉、河北壩上、吉林西部和江蘇近海等7個千萬千瓦級風電基地，僅這些地區(qū)的陸上50m高度3級以上風能資源的潛在開發(fā)量就達18.5億kW。目前，在國內銷售的風電機組主要來自西班牙、美國、丹麥等國家。其中，西班牙、丹麥的機型比較適合第三類風區(qū)，發(fā)電量比國內同類機組高出10%以上，但造價偏高。近期，國內多家企業(yè)，如上海電氣、大連重工等紛紛投身風機制造業(yè)，但其產品方向主要是生產兆瓦級以上的大機組，并沒有針對不同風資源需要對產品進行市場細分。面對豐富的市場機遇，應對風機市場進行細分，研制適合第三類風區(qū)、高寒地區(qū)、高溫地區(qū)、沿海地區(qū)等不同條件的地區(qū)需要的風機，加大技術創(chuàng)新力度，生產出低成本、高性能、適合市場需求的風電機組。10.2中國風電發(fā)展現狀【10.2.1裝機容量】據統(tǒng)計，從2005年開始，中國的風電總裝機連續(xù)三年實現翻翻，截至2011年底，中國以約4182.7萬千瓦的累積風電裝機容量首次超越美國位居世界第一，較2009年同比大增62%按照國家電網此前出具的研究報告，到2015年，電網覆蓋范圍內可吸納風電上網的規(guī)模達1億千瓦，到2020年可達1.5億千瓦、風電投資企業(yè)包括開發(fā)商與風電裝機制造企業(yè)。從風電開發(fā)商的分布來看，更向能源投資企業(yè)集中，2009年能源投資企業(yè)風電裝機在已經建成的風電裝機中的比例已高達90%,其中中央能源投資企業(yè)的比例超過了80%，五大電力集團超過了50%，其他國有投資商、外資和民企比例的總和還不到10%，地方國有非能源企業(yè)、外企和民企大都退出，僅剩下中國風電、天潤等少數企業(yè)在“苦苦掙扎”，當年新增和累計在全國中的份額也很小、從風電裝機制造企業(yè)來看，主要是國內風電整機企業(yè)為主，2009年累計和新增的市場份額中，前3名、前5名和前10名的企業(yè)的市場占有率，分別達到了55.5%和59.7%，70.7%和70.4%以及85.3%和84.8%。2【10.2.1裝機容量】年份當年新增(萬kW）累計（萬kW）累計增長率%風電占全國電力總裝機比例%新增風電裝機的省份2009138025801142.9廣西200862512151061.5重慶、云南、江西20073305911270.8北京、山西、河北、湖南20061342601050.4江蘇200550126表10-12005-2009我國風電增長情況截止到2009年12月31日，中國(不含臺灣)風電累計裝機超過1000MW的省份超過9個，其中超過2000MW的省份4個，分別為內蒙占、河北、遼寧、吉林。內蒙占當年新增裝機5545MW,累計裝機91962MW，實現150%的大幅增長?！?0.2.1裝機容量】省份2008年累計2009年新增2009年累計內蒙古3650.995545.179196.16河北1107.701680.402788.10遼寧1224.261201.052425.31吉林1066.46997.402063.86黑龍江836.3823.451659.75山東562.25656.851219.10甘肅639.95548.001187.95江蘇645.25451.501096.75新疆576.81443.251020.06

表10-2超過1000MW裝機的省份單位：MW【10.2.1裝機容量】

表10-3沿海各省海上風電發(fā)展規(guī)劃容量海上風機目前在運行的主要是華銳在上海東海大橋的34臺3MW的海上風機，以及明陽在如東和徐聞的緊湊型海上風力發(fā)電機組(SCD)。目前，國內主要是華銳，其次明陽發(fā)展很快.首次海上特許權招標,中標的是華銳(60萬千瓦)、金風和上海電氣分別20萬千瓦。華銳目前在雙饋式風力發(fā)電機，走在了國內的前列，目前的海上風電也是這樣。地區(qū)2015年2020年上海7001550江蘇46009450浙江15003700山東30007000福建3001100其他(暫定)500010000合計151003280014【10.2.2風電場概況】我國并網風電建設始于20世紀80年代，發(fā)展初期風電規(guī)模小，建設速度較為緩慢，設備主要依賴進口，建設成本高，市場競爭力弱。2002年底，全國風電裝機僅為45萬kW,最大投運機組600kW。2003年以來，國家相繼推出了五期特許權項目2005年2月頒布了《可再生能源法》2005年6月《可再生能源發(fā)電價格和費用分攤管理試行辦法》和2007年9月實施的和《電網企業(yè)全額收購可再生能源電量監(jiān)管辦法》15【10.2.2風電場概況】圖10-22000～2009年我國裝機容量圖16【10.2.2風電場概況】風力發(fā)電場的建設是使風能成為補充能源和發(fā)揮規(guī)模效益的主要方式。目前國內有大小風電場近百家，主要分布在三北地區(qū)和東南部沿海，三北地區(qū)以內蒙古和東北三省等省份分布較為密集。國家能源局在2008年啟動了6個千萬千瓦級風電基地建設計劃。這六個千萬千瓦級風電基地分別規(guī)劃在內蒙古、甘肅、新疆、河北和江蘇等風能資源豐富地區(qū)。其中，甘肅酒泉岡電基地建設規(guī)劃目前己經完成，率先進入實施階段。同時，新疆哈密東南部和北部三塘湖——淖毛湖風區(qū)的2000kW風電場也己經規(guī)劃完畢，準備進入施工階段?！?0.2.2風電場概況】中國風電發(fā)展進程整體落后于歐美國家，雖然前幾年我國已經在海上風電項目上進行了初步探索，但海上風電快速發(fā)展是在近幾年才開始的。2009年９月４日首座、也是亞洲首座海上風力發(fā)電場——東海大橋風電場首批３臺機組正式并網發(fā)電，這標志著我國海上風力發(fā)電產業(yè)穩(wěn)穩(wěn)走出了第一步。該項目安裝34臺國產單機容量3兆瓦的離岸型風電機組，總裝機容量102MW。上海電氣也已承擔了國家“十一五”科技支撐計劃項目—近海風電場關鍵技術開發(fā)；在該項目的推動支持下，由上海電氣、上勘院、同濟大學、交通大學等單位組成的“產學研”平臺已開始對海上風力發(fā)電機組、海上風電場關鍵技術進行深入地研究和開發(fā)。2011年12月28日電，國電龍源江蘇如東15萬千瓦海上示范風電場一期工程28日正式投產發(fā)電，標志著我國已建成全國規(guī)模最大的海上風電場?？傮w來看，我國目前尚沒有一個完全商業(yè)化的海上風電站成功運行。海上風電項目處于探索、起步階段。【閱讀材料】中國成世界風電裝機容量最多國家世界風能協會主席、中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會理事長賀德馨，近日在天津舉行的2012天津風電產業(yè)創(chuàng)新論壇上表示，據初步統(tǒng)計，2011年中國新增風電裝機容量接近1800萬千瓦，總裝機容量達到6500萬千瓦，中國已經是世界上風電設備制造大國和風電裝機容量最多的國家。賀德馨說，中國初步建立起包括風電整機、零部件在內的風電研發(fā)體系和產業(yè)配套體系。中國現在是風電大國，但還不是風電強國，特別是在風電科技上與發(fā)達國家相比還有較大差距，中國的風電市場主要還是在國內。他介紹，雖然現在還沒有正式指標下來，但國家要求2020年風電裝機容量的努力目標是2億千瓦。更重要的是，如何實現從風電大國向風電強國轉變，從風電數量向風電質量、風電電量轉變，從本國市場向國際市場轉變。資料來源：華西都市報，2012-3-510.3風電產業(yè)發(fā)展趨勢及現狀【10.3.1風電行業(yè)成本研究分析】1.中國的風電定價機制中國風電上網電價的價格形成機制，經歷了四個不同的歷史階段：完全競爭階段：20世紀90年代初到1998年左右，上網電價很低，上網電價的收入僅夠維持風電場運行。審批電價階段：1998年左右到2003年。上網電價由各地價格主管部門批準，報中央政府備案。這一階段的風電價格五花八門，最低的仍然是采用競爭電價，與燃煤電廠的上網電價相當，最高上網電價超過1元/千瓦時。招標和審批電價并存階段：這是風電電價的“雙軌制”階段，即從2003年到2005年。這一階段與前一階段的分界點是首期特許權招標，出現招標電價和審批電價并存的局面，即國家組織的大型風電場采用招標的方式確定電價。在省區(qū)級項目審批范圍內的項目，仍采用的是審批電價的方式。招標加核準方式階段：這一階段是在2006年之后。主要標志是2006年1月《可再生能源法》生效以及國家可再生能源發(fā)電價格等有關政策的出臺。根據國家有關政策規(guī)定：風電電價通過招標方式產生，電價標準根據招標電價的結果來確定。因此，這一階段的風電電價采用的是招標加核準的方式?！?0.3.1風電行業(yè)成本研究分析】2.風電場投資成本分析風電場項目的投資成本中，風電機組大約占70%左右的比例，其余電氣、土建、安裝工程等費用約占30%。風電的單位電度成本中，折舊費用攤銷大約占65%左右的份額，其余的營運費用、財務費用大約占35%的份額。因此，風電電度成本能否下降最大的影響因素就是機組的成本。以金風科技08年2月1日公告設備中標的內蒙古巴彥淖爾烏蘭伊力更風電場300兆瓦風電特許權項目為例，總裝機為200臺1.5MW金風科技生產的機組。該項目總投資27.14億元，單位投資成本約9046元/千瓦。其中機組價格19.23億元，折合6411元/千瓦（或961萬元/臺），機組成本占總投資比例約70.87%。按發(fā)電期限25年、每年有效發(fā)電時間2000小時、設備折舊占65%估算，單位電度成本約0.278元，接近于當前內蒙古省內安裝脫硫設施的燃煤上網電價0.274元/千瓦時。若單位機組售價從6400元/千瓦下降至3800元/千瓦（750KW風機單位售價），在不考慮其它因素的情況下，單位電度成本將下降至0.226元/千瓦時，屆時即使與火電同樣的上網電價，風力發(fā)電也具備一定的競爭力【10.3.1風電行業(yè)成本研究分析】2.風電場投資成本分析

當前，國家組織了一批風電特許權項目，承諾固定發(fā)電小時內（滿負荷發(fā)電3萬小時）的固定電價。這個電價要高于一般的上網電價，能夠保證風電場投資一定的贏利空間。如上述的巴彥淖爾項目，經發(fā)改委批準，風電場累計發(fā)電等效滿負荷小時數在30000小時之內的上網電價為0.468元/千瓦時,比普通火電上網電價高出70%左右。單位風機成本（元/千瓦）單位風機成本（萬元/臺）單位發(fā)電成本（元/千瓦時）64119610.27850007500.23538005700.226表10-4上述項目不同風機成本下的電度成本【10.3.1風電行業(yè)成本研究分析】3.其它形式發(fā)電成本比較火力發(fā)電：以國投電力為例，2008年上半年發(fā)電煤耗339.88克/千瓦時，平均標煤成本546元/噸。據此估算，僅煤耗成本就達到0.185元/千瓦時。按一般火電廠中燃料成本占發(fā)電成本70%估算，火力發(fā)電的成本大約0.264元。而07年標煤單價432元/噸，發(fā)電成本約0.211元。水力發(fā)電：以長江電力為例，2007年發(fā)電量439.69億千瓦時，成本26.49億元，折合0.06元/千瓦時。核電：成本大約0.2-0.25元/千瓦時。太陽能：由于多晶硅價格的高昂，太陽能發(fā)電的成本較高，大致在3元/千瓦時左右。根據估算，多晶硅價格從250美元/公斤降至50美元/公斤，發(fā)電的費用會從3.65元/千瓦時下降至1.77元/千瓦時。隨著煤炭石油等不可再生資源的日趨減少，價格逐漸上漲。一旦電煤價格繼續(xù)上漲，將導致火力發(fā)電的成本優(yōu)勢越來越小，有望推動風力發(fā)電的進一步發(fā)展?！?0.3.1風電行業(yè)成本研究分析】4.風電市場容量分析根據中電聯的數據，2007年中國發(fā)電量32559億千瓦時，其中火電比例約82.86%，水電、核電、風電所占比例分別為14.95%、1.9%、0.17%。其07年發(fā)電量增長率分別為13.8%、17.6%、14.1%和95.2%，風力發(fā)電仍然處于發(fā)展初期，但增長速度較快。對比目前世界上主要風力發(fā)電國家，丹麥風電裝機容量達到其國內總裝機容量的25%，發(fā)電量占16%，領先于全球其他國家。德國、西班牙等歐洲國家風力發(fā)電也頗具規(guī)模，07年裝機容量增長率仍然分別達到8.1%、30.3%。相比中國裝機容量僅占0.56%，仍處于較低水平，2007年底全球主要國家風電裝機容量和發(fā)電量占該國發(fā)電裝機容量和發(fā)電量的比例（見表10-5）。德國丹麥西班牙美國印度中國裝機容量比例（%）172518.71.790.56發(fā)電量比例（%）7161014.50.17表10-52007年底全球主要國家風電裝機容量和發(fā)電量【10.3.1風電行業(yè)成本研究分析】4.風電市場容量分析根據發(fā)改委《可再生能源十一五規(guī)劃》目標，至2010年風電裝機容量達到1000萬千瓦，則未來三年新增容量達到410萬千瓦，按3800元/千瓦（金風750KW機型售價）的價格估算，風電機組市場容量約155.8億元。若按6400元/千瓦（金風1500KW機型售價），風電機組市場容量約262.4億元。根據中國可再生能源委員會的預計，至2015年全國風電裝機容量將達到5000萬千瓦，約占全國發(fā)電裝機容量5%的比例。按3800元/千瓦的售價估算，至2015年風電機組的總市場容量約1670億元，年均200多億元。若按6400元/千瓦的售價估算，市場容量約2282億元，年均285億元?！?0.3.1風電行業(yè)成本研究分析】5.風機零部件行業(yè)分析風電機組的零部件主要包括葉片、軸承、齒輪箱、發(fā)電機等設備（如圖）。其中葉片、軸承等部件國內供應能力較弱，尚不能完全滿足國內需求?！?0.3.1風電行業(yè)成本研究分析】5.風機零部件行業(yè)分析（1）葉片葉片式風力發(fā)電機的核心部件之一，目前中國對風電機組中葉片的研制技術已經基本掌握，能批量生產1.5MW以下各系列化葉片。目前國內葉片供應商主要包括天津LM公司（艾爾姆玻璃纖維制品公司）、保定惠騰、中復連眾、上海玻璃鋼研究院等，此外還有Vestas和Gamesa等風機巨頭為自身提供葉片的工廠。上市公司中，中材科技，鑫茂科技、九鼎新材、棱光實業(yè)、天奇股份等企業(yè)已經介入風電葉片的研制和生產。葉片根據其材料不同大致可分為玻璃鋼結構、木質結構（Vestas）、竹質結構（天奇股份）等，各具優(yōu)劣勢。其原材料之一的玻璃纖維，國內目前主要由浙江巨石集團供應（中國玻纖）。從市場競爭格局來看，2005年時國內能進行葉片生產的僅有天津LM和保定惠騰兩家，年產量不足400套，隨著國內風機裝機容量的迅速增長，葉片供應已不能滿足需求，導致價格居高不下。新介入或擴大產能的葉片生產商增加?！?0.3.1風電行業(yè)成本研究分析】5.風機零部件行業(yè)分析（2）軸承風電機組主軸承目前幾乎全部依賴進口，主要的國外廠商有SKF、FAG等；其他部位的軸承，如偏航軸承和變槳軸承，徐州羅特艾德公司可以生產。國內企業(yè)中，天馬股份、瓦軸和洛軸都已經開始試制風電軸承，方圓支承也是潛在的供應方。根據風力發(fā)電機組的結構，一個兆瓦級以上的風力發(fā)電機組將需要4個精密級回轉支承與之配套，分別為一個偏航支承和三個變槳支承，兆瓦級以下的風力發(fā)電機組需要1個偏航支承。此外風力發(fā)電機組還需要1個主機主軸軸承和1個增速箱主軸軸承。軸承售價約8萬元/套，支承的售價約6萬元/套。一臺風力發(fā)電機中軸承的成本約40萬元，占總成本713.97萬/臺（金風1.5MW）的比例約5.6%。風電軸承的技術壁壘較高，從目前的情況來看，由于機床的關鍵設備的訂購需要一定的周期，因此，風電軸承達到供需平衡的時間會比較晚。國內軸承的供應仍不能完全滿足風機生產所需。預計短期之內軸承價格大幅下降的可能性較低，對于風機整體成本下降影響較小?！?0.3.2中國風電的發(fā)展現狀】現狀一：風電產業(yè)增長速度居各種新能源發(fā)展之首，前景看好風電是新型綠色能源，據統(tǒng)計，風力發(fā)電每生產100萬千瓦時的電量，便能減少排放600噸的二氧化碳。2009年中國成為全球第三大風電市場，總裝機容量達2.51萬兆瓦，僅次于美國和德國，其中新增裝機容量1.3萬兆瓦，連續(xù)5年翻番。2010年中國風電裝機容量新增量還將在1萬兆瓦左右，但同比增速會稍有回落。來自國家能源局的數據顯示，2011年我國風電產業(yè)已連續(xù)5年實現翻番、總裝機容量躍居世界第一。2011年第一季度，我國風力發(fā)電量達到188億千瓦時，增長60.4%，增速分別高出火電、水電和核電49.8個、27.5個和43個百分點，居各大能源發(fā)電之首。但是我國風電發(fā)展中存在很多制約因素。主要原因是電網瓶頸難以在短期內解決。受制于風電的不穩(wěn)定，現有電網無法消化大規(guī)模投產的風電，因此全國有近30%的風電機組空轉或閑置，這一難題也迫使智能電網加快建設步伐。根據相關研究頂測，我國風電裝機容量在2020年將達到150GW，這意味著今后11年我國風電裝機容量年均將增加12.17GW，年均負荷增加民率將超過20%?！?0.3.2中國風電的發(fā)展現狀】現狀二：目前我國風電發(fā)展存在的瓶頸（1）國內風電整機制造市場競爭激烈（2）國內風電產業(yè)鏈發(fā)育不完善（3）海上風能發(fā)電前景良好，但是技術和定價上存在一定的問題①海上風電區(qū)域規(guī)劃尚未出臺近海風能資源探測不夠②海上風電施工技術落后，管理經驗匱乏，使得項目