丹麦大力发展风力发电的原因在于
(2)风力发电是一种清洁能源,可以改善空气质量;
(3)丹麦三面环海,陆上和海上风能资源丰富;
(4)发展风力发电的历史较早,技术也在进步。
(5)国家政策的大力支持。
丹麦风电发展经验及其对中国的借鉴
丹麦虽然人口不到600万,但却是世界风力发电和风机生产大国。丹麦风电总装机容量一直位居世界前列。丹麦风电协会2010年10月25日发布的数据显示,2009年丹麦西门子风电公司和Westas风电系统公司供应了欧洲海上风电场几乎90%的装机容量,人均风能拥有量位居世界第一。2009年,欧洲8个海上电厂共安装了65,438+099个风力发电站,容量为577兆瓦(MW),比2008年增长了54%。丹麦已经安装了305座风力发电站,以287座排在欧洲第一,英国第二。中国风力资源居世界第一,但风电发展相对落后。借鉴丹麦经验,加快发展风电,无疑是解决我国经济社会发展中能源短缺问题的重要途径之一。
通过总结和分析丹麦风力发电的成功经验,从风力发电机组制造技术、政策法规、海上风电发展等方面对我国风力发电的发展提出建议。
1丹麦风力发电发展历史和现状
丹麦是最早利用风力发电的国家之一。由于丹麦缺乏自然能源,风力发电的研究早在1891就开始了。第一次世界大战期间,石油短缺刺激了丹麦风力发电的发展。到1918,25%的农村电站使用风力发电,当时风力发电机的功率多为20^-35千瓦。第一次世界大战后,石油供应恢复,风力下降。到1920,只保留了75台风机。二战时石油又吃紧,风电又重又旺。丹麦的两个风力发电公司,Lykkegard和Smidth,一度很出名。二战后,欧洲各国讨论欧洲未来的石油供应,促使丹麦进一步探索如何开发利用风力发电。1973和1979的石油禁运,能源危机和绿色环保意识的加强促进了风电行业的发展;此外,丹麦是世界上人均二氧化碳排放量最高的国家之一,丹麦政府非常重视环境保护。近年来,温室效应的出现和环境恶化让丹麦看到了风能在实现可持续发展中的重要作用。
在丹麦,使用煤作为发电燃料已被禁止,核电站也被拒绝。丹麦对环境和生态的严格要求为风力发电的发展创造了千载难逢的机遇。
目前,丹麦的风力发电水平在世界上处于领先地位。主要表现在以下几个方面。一是装机容量大。20世纪80年代,丹麦政府为2005年的装机容量设定了1 500 111的目标。这一目标提前7年实现。到2004年,装机容量已达到365,438+000 MWf,居世界第四位。人均装机容量540 W,是世界平均水平的71倍,是中国目前水平的770倍。第二,风扇技术提升很快。2000年每台风机平均功率为856千瓦,2003年上升到1 356千瓦,2003年跃升到2045千瓦。平均功率增长率高达34960。目前已安装和在建海上风电场6座,装机容量超过420兆瓦。第四,风电比重世界第一。在丹麦政府制定的更早的目标中,2005年风能的比例计划达到10%,之后在2003年调整为16%。但早在1999就达到了1296,现在在丹麦环境能源部的长期计划中已经超过了20%。
丹麦根据自身国情,大力发展风力发电,一方面部分解决了能源问题,另一方面创造了庞大的风力发电机产业,既满足了丹麦对风力发电的需求,又开拓和占领了国际市场。丹麦多年来对风扇技术的不懈追求,使丹麦成为世界上技术水平最高、产品质量最好的风扇生产国和出口国。目前,世界上超过50%的风力发电是由丹麦的风力发电机产生的。在世界上最大的风扇制造商中,第一、第二和第四大公司是丹麦公司。现代风车也成为丹麦的国家象征。
作为全球最权威的风电研究机构,丹麦风电研究协会从以下几个方面对风电项目进行了深入研究:风力发电面临的市场风险:风力发电的投资回报率;风力发电与其他发电形式的关系;风力发电对国民经济和社会的影响,并针对以上问题向政府提出相应的政策建议。
2丹麦风力发电发展经验
2.1风机制造业发达。
2003年,丹麦风力涡轮机制造商* * *生产了3 2亿台风力发电设备,创造了30亿欧元的产值,提供了20,000个就业机会。除了Vestas和Bonus这两家世界著名的最大的风机制造商之外,丹麦还有大量的风机零部件制造商和许多小型供应商。风扇制造业已经成为丹麦重要的工业部门之一。风扇制造业是外向型产业。丹麦生产的风扇主要用于出口。在电力方面,全世界风力发电机组的装机容量中几乎有5096产自丹麦。每年有数千名丹麦风机安装调试人员在世界各地从事服务工作。
随着德国、美国等大国风电建设的加速发展,丹麦风力发电机制造业面临越来越多的挑战。尽管如此,丹麦风机制造商在大型高效风机开发和风机控制技术等关键领域仍将处于领先地位。
在丹麦,早期有针对性的R&D活动和严格的认证标准相结合,是大规模风力涡轮机制造业发展的主要驱动力。丹麦政府在风力涡轮机技术开发的初始阶段资助了重要的R&D活动,目的是降低大规模风力发电系统的成本,以便风力发电能够与传统电力竞争。早期的R&D活动重视风力发电机组的技术领域,包括风电场场址调查、并网研究和风资源评估(Sawin,2001)。早在1990,风机制造商就拓展了技术研发领域,政府资助也转向支持风资源数据收集和公众教育。目前,政府资助的研究领域包括并网研究、海上风资源侧测试和评估。虽然丹麦政府的R&D资助水平近年来有所下降,但丹麦的风力发电技术已经成熟(Sawin,2001)。丹麦制造商也从欧盟的R&D项目中获得了资金。
丹麦是世界上最早倡导风机技术质量认证和标准化体系的国家,目前在该领域仍处于领先地位。在丹麦,只有通过严格的丹麦风电发展经验和对中国的借鉴,经过安全和质量检验的风机才能安装使用。自1979以来,国家Riso实验室负责批准和认证风扇的设计,以确保产品的可靠性并满足风扇安全运行的标准(Sawin,2001)。丹麦风机批准和认证体系是应风机制造商、设备所有者和权威机构的要求而建立的,因为他们希望采用一系列一致的规则来保证在丹麦安装和使用的风机的质量。风电设备的认证以产品型号认证和质量认证体系为基础,涵盖了风电机组的生产安装、基础动态曲线检测和噪声检测。《风电并网导则》也从1998开始生效。目前丹麦的认证规则已经更新并纳入了《丹麦风机型式认可和认证技术标准》,风机的生产厂家全部通过了IS09000质量认证体系(Lemming和Andemon)。丹麦能源署负责项目管理,而国家Riso实验室充当秘书处和信息中心。
2.2政府支持,全民参与风电。
丹麦的风力发电如此成功的原因之一是,每一届政府在国家能源计划上都有非常坚定的立场,以减少对进口燃料的依赖,尽可能实现可持续发展。1976,1981,1990,1996,政府公布了四个能源计划。1981年提出到2000年风电装机容量在900 MW左右,满足10%的电力需求。因此,提前三年实现了目标。1996的能源规划中,能源前景规划延长至2030年,提出风电满足约5096的电力需求,减少5096的二氧化碳排放。为实现这一新目标,风电装机容量将超过5 500 MW,其中相当一部分将来自海上风电场。并制定了一系列政策支持的具体措施。
支持风能研发
丹麦国家实验室风能部约有50名科学家和工程师,从事空气动力学、气象学、风能评估、结构力学和材料力学等方面的研究工作。为了保证风扇的质量和安全性能,丹麦政府专门立法,要求风扇的型号必须得到国家实验室的认可和执行。
(2)财政补贴和税收优惠
丹麦政府在前期资助了30%的风机安装费,并规定了风电等可再生能源的最低价格。每千瓦补贴H0.17克朗,每千瓦二氧化碳退税H0.1克朗。有一个节能基金,政府补贴技术和设备,以提高能源效率。
(3)实施绿色认证
丹麦政府实施绿色标签计划,鼓励消费者购买一定数量的绿色能源,以扩大风能等可再生能源的使用。电力供应法要求电力公司必须以固定价格购买可再生能源:2003年以后。全国所有消费者的可再生能源消费比例必须高于20%。
(4)市场准入和互联网优惠准入
政府通过强制措施、税收优惠等多重政策,消除了风电发展初期的市场准入壁垒,建立了有效的投融资机制。鼓励风电上网。电力公司必须将售电收入优先给予私人风力涡轮机所有者。可以看出,在这些政策法规下,在丹麦建设运营风电是有利可图的。所以在丹麦,可以说是全民参与跑风电。大多数风力发电机由私人或专门成立的风能利用合作社购买,超过654.38+0.5万丹麦家庭或风力发电机所有者可以持有一定的股份。哥本哈根附近装机容量为40兆瓦的Middelgrunden大型海上风力发电场的部分股权由一个拥有8500名成员的风能利用合作社拥有。
2.3海上风电位居世界前列。
2.3.1丹麦海上风电建设
目前,海上风力发电已经成为风力发电的重要方向,丹麦已经成为世界海上风力发电的中心。丹麦的国家目标是到2030年产生5 500兆瓦的风能(其中4 000兆瓦将来自沿海风电场),因此丹麦在世界上已投入使用的529兆瓦海上风力涡轮机容量中占有很大份额。2002年,丹麦在霍姆斯列夫建成了第1座大型海上风电场,安装了80台标称功率为2 MW的风力发电机组,总装机功率为160 MW。2003年,纽约证券交易所建造了第二个海上风电场,总装机容量为158 MW。未来几年,丹麦将继续建设几个新的大型海上风力发电场。在丹麦建设一个示范海上风电场的目的是了解其技术、经济和环境可行性。五个风电场全部建成后,将能够满足丹麦现有的电力供应,同时减少二氧化碳排放265,438+百万。丹麦政府庞大的海上风电场示范计划是为2030年建成总发电量为5 500 MW的风力发电厂做准备。
在海上风力发电的行政管理中,丹麦能源局负责海上风力发电项目的行政审批。在丹麦建立海上风力发电场的过程分为三个步骤。首先,申请人应通过对风、海流、海底条件的调查研究,提出建设方案,同时提交建设方案的环境影响评价报告。其次,丹麦能源局通过公众参与环境影响评估报告和其他技术文件的审查和查询,批准了项目建设。最后,项目建设完成后,丹麦能源局将批准项目并网发电并投入运营。
2.3.2丹麦海上风电相关的科研活动
早在20世纪80年代,丹麦在讨论海上风力发电的可行性时,就得出结论:为了弥补海上风力发电的建设和输电成本,必须采用1-2 MW的大型风机,而当时并不具备生产这种大型风机的能力。现在,3兆瓦的风力涡轮机已经在丹麦和其他国家得到应用,Rizzo实验室正在其位于日德兰半岛西北部的实验区研究5兆瓦的风力涡轮机。测试区分为五个区块,供风力发电机制造商短期租用。2005年在年平均风速达到9 m/s的地方建成了1高165 m、功率高达5 MW的风力发电机组,说明风力发电机组制造技术的发展越来越适应海上风力发电的实际情况。在Horns Rev Redsand示范项目开展的区域,已经按计划预留了试验场地,用于大功率风机的研究。
目前,水泥或钢结构的风机基础仅适用于浅海,但对于深海,类似小型油气生产平台的底脚基础可能适用。现在丹麦正在像吸盘一样研究开发深海基地。
丹麦在发展风力发电的过程中,其风力分析软件一直处于领先水平。此外,适应海上风力发电的电力传输和管理技术也在不断研究中。为了促进风力发电的产、学、研相结合,里索实验室、数据传输单位和奥尔堡大学于2002年结成联盟,加强研究、培训和产业化方面的合作,重点领域包括气象分析、风力涡轮机设计、电力传输和市场分析。
3丹麦风电发展经验对中国的借鉴
通过对丹麦风电发展经验的分析,结合我国风电发展的实际情况,提出以下建议和意见,以供参考。
3.1加快风扇制造技术的发展
丹麦对风扇制造技术的不懈追求,使其成为世界上技术水平最高、产品质量最好的风扇生产国和出口国。这方面值得我们借鉴和学习。我国应依靠科技进步,大幅提高风能等可再生能源开发设备的制造能力,大力推进风力发电设备的国产化进程,降低风电设备成本,提高市场竞争力。风电产业科技含量高,涉及学科多,必须依靠科技进步,有自主开发的技术支撑。大中型风力发电机组的发展涉及空气动力学、流体力学、微电子学、自动控制等高新技术,应纳入国家计划。应鼓励国内科研机构和电力设备制造商加大对风电设备特别是大容量风机的科研投入,组织跨行业联合攻关,加快突破技术瓶颈,尽快开发生产具有自主知识产权的风电设备,减少对进口设备的依赖,降低风电设备价格,提高国产风机的市场竞争力。在发展风机制造技术的过程中,应采取三步走战略,逐步缩小与风机制造技术先进企业的距离,将技术创新贯穿于整个过程。第一阶段,以技术引进的方式从国外引进先进技术,并在此过程中加大消化吸收和再创新的力度;第二阶段,与国外先进技术企业合作,吸收国外先进经验,充分发挥集成创新的作用;第三阶段即将过渡到自主研发阶段。其实整个过程也是一个技术创新的过程。第一阶段是本土创新,利用国外的技术,针对国内的实际环境进行一些本土创新。第二阶段是整体技术优化,从局部到整体,第三阶段是在前两个阶段积累的技术基础上的原始创新。因此,必须将技术引进与自主创新相结合,通过技术引进,在消化吸收的基础上进行二次开发和组装,提高中国风扇制造企业的自主创新能力。
目前我国大部分企业还是注重引进而不注重消化吸收,无法过渡到自主创新的最后阶段,风扇制造企业也存在同样的劣势。因此,中国风机制造商应改变不注重创新的传统观念,本着引进、消化、吸收和自主开发相结合的原则,逐步掌握兆瓦级大型风机的制造技术。
3.2 .充分发挥政府在促进风电产业发展中的支持作用。
风力发电的开发利用是功在当代、利在千秋的新事业。它需要国家制定相关的法律法规、奖励和优惠政策,并给予大力支持。中国应该借鉴国外的经验,用政策促进产业发展,推动技术进步,依靠技术进步和规模生产降低生产成本,通过提高质量和降低价格赢得更大的市场。开发和利用风能,我们必须走这样一个良性循环的发展。目前,我国风电发展取得了显著成就,但仍需克服技术、经济和机制的制约,进一步推动风能发展,并需要实施一系列更加合理的公共政策和措施来帮助克服这些障碍。目前,风能的发展受到市场风险和自然条件的双重制约。为了促进我国风能产业的发展,实现规划目标和要求,国家政府和相关部门需要制定相关政策并付诸实施。
(1)加快我国风能法规建设。为了保证风电场的长期电力接入,需要制定详细的购电协议和规则。制定《风能开发利用管理条例》、《风能可再生能源促进法》等法律法规。
(2)完善风电价格政策,最重要的是详细制定风电价格机制中的定价规则、标准和方法,包括如何确定风电场的投资利润率,如何在同一电网内不同区域的用户之间分摊风电与火电的差价。
(3)建立健全经济激励政策体系,逐步制定税收、信贷、投资、价格、补贴等方面的经济激励政策。
(4)建立合理的管理机制,加强对全国风能工作的统一领导,实行归口管理,避免工作的盲目性、分散性和重复性,推动出台统一的政策措施。
3.3吸引个人投资风电产业
要实现风电快速发展的目标,除了减少风电场的初期投资,大幅降低风电价格外,另一个重要因素是吸引个人投资风电领域。由于风电行业被几家电力公司垄断,阻碍了个人资本的进入。只有建立清晰明确的法律法规,个人资本才能在计算清楚投资收益后才敢进入风电行业。有两种方法可以解决这个问题。一种是制定购电协议,明确风电场投资者和电力公司的权利义务。但是,达成购电协议也很难。首先,购电协议非常复杂,各方谈判成本非常高,很难在所有问题上都达成一致。其次,上网电价很难确定,因为每个风电项目都有其特殊性。第二种方法是建立全国统一的风电上网电价,丹麦正在采用这种方法。一旦上网电价确定,私人投资者就可以自己计算收益,敢于投资风电行业。
3.4 .发展海上风电,制定海上风电发展战略。
丹麦发展海上风电场的经验值得中国借鉴。与陆上风电相比,海上风电有其独特的优势。海上风能资源比陆地上的大。不仅风速高。比平原海岸高2091,发电量可提高70%。海上平静期少,可以更有效的利用风力发电机的发电能力。海水的表面粗糙度低。海平面的摩擦力很小。所以风切变,即风速随高度的变化很小,不需要很高的塔架,可以降低风机的成本。此外,海上风的湍流强度较低,海面与其上方空气的温差小于陆地表面与其上方空气的温差,不存在复杂地形对气流的影响,因此作用在风机上的疲劳载荷减小,可以延长使用寿命。一般估计,陆地上设计寿命为20年的风机,在海上可以达到25-30年。
我国东部沿海地区风能资源条件良好,海上可开发风能资源约7.5亿千瓦,海上风电发展潜力广阔,海上风电将是我国未来风电发展的一个重点。在世界海上风电进入大规模开发阶段的背景下,我国海上风电建设也已经开始。随着我国海上风电技术的不断成熟和运行经验的积累,将会出现海上风电的投资热潮。借鉴国内外海上风电发展经验,坚持统一规划和管理,制定我国海上风电发展战略。
4结论
中国风能资源丰富,风能发展潜力巨大。随着风电技术的进步和大规模开发,风电的成本将大大降低,达到与常规能源相当的水平。借鉴国外风电发展经验,风电产业规模将逐步扩大,设备成本和发电成本将不断降低,与燃煤、水电、核电的市场竞争力将大幅提升。随着社会各界对风力发电的日益重视,相信风力发电在中国有着广阔的前景,并将在中国未来的能源结构中发挥越来越重要的作用。