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中国是最大黑马?我国风电规模世界第一欧美为何却在拆除风机?

来源:m6米乐在线登录app    发布时间:2024-06-15 10:46:52
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  风力发电是使用涡轮机将风能转化为电能的发电方式,和传统的火电相比,风电最大的优点就是零污染、零排放,是一种备受推崇的清洁能源。

  为应对全球气候平均状态随时间的变化,我国将风电产业定位为战略性能源产业,并在2016年的《巴黎气候变化协定》向世界郑重承诺:到2030年,中国非化石能源的比例将占到一次能源的20%左右,而发展风电就是实现这一战略目标的重要途径。

  一方面,全球风电产业掀起基建浪潮,风机规模日趋壮大;另一方面,风电的开发利用也面临着两难的困境,业内人士因风电的弊端将其称为“垃圾电”,欧美还掀起了拆除风机叶片的热潮。关于风电的问题,我们从历史发展说起。

  世界风电的第一个阶段可追溯到19世纪后半叶,1887年7月,英国的詹姆斯·布莱斯教授建成了第一台用于发电的风车,这架风电装置高达10m,借助风力涡轮机将流动空气的动能转化成电能并储存在蓄电池中,为当地提供夜间照明服务。布莱斯的风电在技术和原理上均可行,但由于发电装置体积非常庞大,发电效率较低,经济性方面不如小型发电机,最终并未受到充分重视。

  风电产业的第一个小高潮出现在1930~1970年代,1936年是一个转折点。当年,美国的城市已基本普及电力,但偏远的农场、牧场等地还无电可用,美国为此通过了《农村电气化法案》,致力于解决偏远地区的用电问题。受技术限制,20世纪的远距离输电技术并不成熟,风力发电反倒成了可行的方案。

  在1950年代,丹麦工程师开发出了Gedser风力涡轮机,叶片跨度达24m,可产生200kW的交流电并进入电网系统,首次实现了商业规模的发电试验。该设计被风力涡轮机制造商采用,对现代风电行业的发展起到了开创性作用。到70年代,欧美的风力发电产业已初具雏形,但侧重于为农村提供小规模电力。

  第二个阶段是1970年~2010年,这一时期是风电产业的技术突破期与加快速度进行发展期。70年代的石油危机为风电的发展创造了机遇,各国政府开始加大研发风电项目,80年代开发出的固态电力电子技术提高了风力涡轮机的发电效率和可靠性,降低了经济成本,额定容功率高达数百千瓦的风力涡轮机问世。

  90年代,欧美国家的风力发电装机速度进入黄金时期,美国、丹麦、德国、西班牙、荷兰成为风电基建的全球领导者,变速涡轮机的开发、优化的转子设计和控制管理系统进一步提升了风电转换的效率和性能。此时中国的风电产业初露锋芒,全球格局悄然转变。

  第三个阶段是2010年至今,风电装机进入全球扩张期,中国凭借发达的制造业迅速崛起,一举成为全世界风电产业的最大黑马。2010年,中国新增风电机组12904台,新增装机容量18927.99兆瓦,累计总量首次超过美国,位居世界第一。

  中国的风电成就是厚积薄发的成果,我国在80年代完成了早期示范,90年代进入产业探索,新世纪的前10年又解决了规模化发展的关键难题,近10年的装机速度得以一骑绝尘。随着中国的快速崛起,亚太地区跃升为全球最大的风电市场,欧洲老牌风电国家降为第二市场,位居第三的则是以美国为首的北美地区。

  但始料未及的是,在风电产业蒸蒸日上的当下,欧美国家却开始大规模拆除风机,我国大概率也会面临相似的困境,这究竟是怎么一回事?

  有资料显示,从2018年开始,欧美国家拆除了大量的风力发电设施。一些欧美电力专家觉得,风电存在“靠天吃饭”的固有缺陷,风能时大时小,电力供应缺乏稳定性。在某些特定的程度上,风电的供应不可预测,利用起来也不像水电、火电那样人为可控,产生电能的效率较低。

  其次,风电场的修建需要占用大面积的土地,城镇、森林、道路、农田等用地类型都不适合修建风电项目。在当前的技术条件下,即便不考虑环境效益,风电产生的用电价格也同样是整体偏高,产电的质量也比较差,功率因数和谐波难以有效控制,“低电压穿越能力”比较薄弱。

  另一个缺点在于风电会带来一定的噪音污染。电机在运行过程中会产生机械噪音、结构噪音、空气动力噪音以及通风设备噪音。根据《声环境品质衡量准则》GB 3096-2008的要求,居民住宅区属于一类声环境功能区,按规定日间环境噪声不允许超出55dB,夜间不允许超出45dB。而在风力涡轮机在运行时,机舱噪音可超过90dB,在距离风机300m处的噪音可达45dB,对附近居民的生活、候鸟的迁徙均会产生一定的影响。

  上述原因揭示了风电发展的缺点和弊端,但还不是欧美拆除风机的主因,真实原因是风机集中达到了报废年限。这是因为风机叶片的材质一般为金属和玻璃钢,设计寿命通常为20~30年,而欧美国家在90年代掀起过装机热潮,如今基本达到了设计年限,叶片疲劳运转存在安全风险隐患。因此,老旧的风机必须拆除。

  我国也面临着类似的前景。根据装机时间推算,国内的风电机组将在2025~2030年迎来一波风电叶片的报废高潮,届时也将大规模拆除风机叶片。据业内预测,到2025年,国内退役的风电叶片将达到8112吨,2028年骤增到41.28万吨,2029年预计增至71.57万吨,换机浪潮在所难免。

  不过,拆除风机并不代表风能不被看好,恰恰相反,全球风力发电方兴未艾,新增项目仍在持续发力。据《全球风能报告》发布的多个方面数据显示,2022年全球新增风电装机容量达77.6GW,累计容量突破900GW,同比增长9%。不难看出,世界各国仍然重视风电的发展,风能在新能源中依旧处于“顶流位置”。

  比拆除、更换风机叶片更令人担忧的,其实是风能的消纳问题。国内有经验的人指出,中国的风能面临着“消纳难”的问题,产生的电能无法及时外送,造成了极大的能源浪费。

  数据显示,2022年全国弃风电量高达497亿kW·h,其中甘肃的弃风率高达43%,新疆的弃风率达39%,西北地区成为弃用风电的重点区域。而在北京、天津、上海、江苏、浙江、福建等经济发达地区,风电的利用率则可达到100%,不存在浪费风电的现象。这一现象出现的原因,和我国产电、用电的格局有很大关系。

  根据中国风能资源分布图,我国风能密度达到150W/m²以上的区域主要分布西北与华北地区,我国因地制宜,在新疆哈密、甘肃酒泉、蒙西、蒙东、冀北等地建成了大型风电基地,但产电中心与人口、经济和电力的消费中心距离超过1000km。这导致风能资源丰富的地区都是人口稀疏、经济欠发达的地区,不具备消纳电力的条件,唯一的选择就是电力外送。在国内,能满足长距离、大容量输电的技术首推特高压输电技术。

  在2017年,我国就建成了连接酒泉-湖南的±800千伏特高压直流输电线工程,这是中国首条大规模输送清洁电力的输电工程,全长2383km,每年可输送400亿kW·h的电能。但由于输电量负荷高,维护开支大,对应的投资也达到了262亿元。要把西部的富余风电全部外送,就要配套建成大规模的特高压直流工程,工程规模是不小的挑战。

  电网建设滞后也是影响风电外送的主要的因素。产生的风电必须接入电网才能用,一般而言,电网的建设周期为两年,风电场的建设周期只需要一年,我国电网和风电场的建设规划欠缺协同性,前者的建设进度相对滞后,部分风机在建成后难以接网,导致大量电力白白浪费。

  一定有网友会想到储电技术,就地建设大容量的储电设备,将来不及消纳的风电先储藏起来,同时对间歇性、随机产生的电能加以调蓄。这种想法虽好,但经济可行性并不高。根据储能系统成本和经济性测算,我国张北风光输储示范项目建成的储能电池为20兆瓦,但建设成本高达4亿元,储能的电力成本达到1.1~1.5元/度,比民用电价的一倍还要高。

  在甘肃酒泉的风电基地,我国还新建成了10兆瓦的储能系统,可同时储藏风电、光电,单项成本高达1.8亿元,储电成本同样偏高。因此,通过储能设备收纳的电力在价格上缺乏市场竞争力,研发大规模、低成本的储电技术将是解决风电外送难题的重点方向。


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