1 資源分布及發(fā)展現(xiàn)狀
中國幅員遼闊，風能資源豐富，風能資源的技術可開發(fā)總量為 28.6 億 kW，考慮到實際可利用 的土地面積等因素，可利用的陸地上風能儲量約 80GW （8 億 kW），近?？衫玫娘L能儲量有 15GW， 共計約 95GW。如果陸上風電年上網(wǎng)電量按等效滿負荷 2,000 小時/年計，則每年可提供 1.6 萬億 kWh 的電量，近海風電年上網(wǎng)電量按等效滿負荷 2,500 小時/年計，每年可提供 3750 億 kWh 的電量，合 計約 2 萬億 kWh 的電量，相當于 2004 年全國的用電量。但從資源分布方面分析，我國風能資源分 布較廣，且不均勻，其中較豐富的地區(qū)主要集中以下地區(qū)（中國氣象局，2006）：1) 三北（東北、華北、西北）地區(qū)豐富帶，風能功率密度在 200～300 瓦/m2以上，有的可以 達到 500 瓦/m2以上。2) 沿海及其島嶼地區(qū)豐富帶，有效風能功率密度在 200 瓦/m2以上，臺山、平潭、東山等沿海 島嶼風能功率密度在 500 瓦/m2以上。3) 內(nèi)陸風能豐富地區(qū)，風能功率密度一般在 100 瓦/m2以下，但部分地區(qū)由于湖泊和特殊地形 的影響，風能資源也較豐富，但只限于很小的范圍之內(nèi)。
由此可見，我國風能資源多集中在人口稀少、經(jīng)濟發(fā)展欠發(fā)達地區(qū)，這些地區(qū)的電力負荷通常 要遠遠小于東南沿海地區(qū)。因此，盡管我國風能資源豐富，但其開發(fā)利用、上網(wǎng)及與電力負荷的匹 配之間仍存在很大不匹配性，這為我國風能資源的大規(guī)模開發(fā)利用帶來了障礙。
自 1986 年建設山東榮成第一個示范風電場至今，經(jīng)過近 25 年的努力，中國的風電場裝機規(guī)模 不斷擴大。自 2005 年 2 月《可再生能源法》頒布之后，風電開始迅猛發(fā)展，特別是“十五”和“十 一五”期間，中國風電發(fā)展提速，總裝機容量從 2005 年的 126 萬 kW 增長到 2008 年底的 1217 萬 kW，年增長率超過 100%（中國能源網(wǎng)，2009）。據(jù)初步計算，2009 年中國風電仍然保持快速發(fā)展 狀態(tài)，年內(nèi)新增裝機超過 13GW，連續(xù) 4 年實現(xiàn)增速 100%（圖 1.3）。
2 技術發(fā)展
提高效率、降低成本一直是風電技術發(fā)展的努力方向。目前，提高風電成本效益的技術手段可 從以下兩方面入手：①向大規(guī)模風機升級；②改善設計方法，使其適應當?shù)氐娘L能運行環(huán)境，例如 改善電機、減速箱、葉片設計和葉片材料、控制系統(tǒng)，促進整體性能等。風電技術的發(fā)展主要體現(xiàn) 在以下幾方面：
風機規(guī)模——在過去 20 年中，風機單機的規(guī)模基本呈現(xiàn)線性增長趨勢，目前已達到 5～6MW（見 圖 1.4），風機轉(zhuǎn)子直徑達到 126 米，風電技術快速發(fā)展（IEA，2008）。通過改進葉片材料（利用環(huán) 氧樹脂基和玻璃纖維來減輕風機重量，同時提高負荷強度）、采用低速直趨發(fā)電機（在大規(guī)模風機中 采用直趨技術是指在低速發(fā)電機中應用單階驅(qū)動技術，從而降低發(fā)電機的直徑尺寸；另外分布式驅(qū) 動系統(tǒng)也可有效降低重量和尺寸）、對驅(qū)動和轉(zhuǎn)子負荷實施反饋控制等技術，未來風機的規(guī)模仍有上 升的空間（R. Thresher, A. Laxson, 2006）。但是值得注意的是交通工具對大型風機運輸安裝的限 制將隨著風機規(guī)模的增大而愈加突出。
1996 年以來，我國新增風電機組的單機容量基本上以 750～850kW 為主，從 2007 年開始，新 增風電機組轉(zhuǎn)為以兆瓦級為主。目前，國產(chǎn)風電機組單機容量已達到 1.5MW、2MW 甚至更高（蔣 麗萍，2008）。代表技術發(fā)展方向的兆瓦級直驅(qū)式變速恒頻風電機組和兆瓦級雙饋式變速恒頻風電機 組已實現(xiàn)批量生產(chǎn)，其軸承、變流器及控制系統(tǒng)等核心技術仍然依靠國外廠家。
安裝——風機規(guī)模的增大會對其安裝帶來很大影響。轉(zhuǎn)子直徑的增加和人們希望通過增加塔筒 高度以將轉(zhuǎn)子置于更高風速的位置都將提高輪轂的高度。目前，風機輪轂高度已從 65 米增加到 80～ 100 米（2.5～3.5MW）。 而隨著輪轂質(zhì)量和塔筒高度的增加，塔筒的直徑也必然隨之增加，同時塔筒 的厚度也必然增厚以承擔更大的撓度和折斷載荷，這些都增加了風機的安裝成本。為了降低使用大 型吊車的高成本，目前對于風機塔筒的設計進行了新的探索：一方面是利用可伸縮或自行架設塔筒， 這種設計使得發(fā)動機艙和轉(zhuǎn)子的安裝接近地面，然后使用利用水力學原理將機艙和塔筒升至其運行 高度。另一方面是尋求利用塔筒的安裝軌道將機艙和轉(zhuǎn)子運輸?shù)剿茼敳?，這種方法具有可將機艙 降至地面進行全面修理的額外優(yōu)勢，從而減少了大型起重機的使用成本。而采用新型復合材料和優(yōu) 化結構的塔筒可降低系統(tǒng)重量，在保證穩(wěn)固的前提下減少生產(chǎn)和運輸成本。
控制系統(tǒng)——控制系統(tǒng)是風電機組關鍵的核心零部件，在我國過去沒有相關產(chǎn)業(yè)基礎的尖端技 術。未來中國市場將需要兆瓦級及以上變漿變速恒頻風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)。另外，具有干擾容納 控制（DAC, disturbance accommodating control）和周期控制的全狀態(tài)反饋技術也開始應用。該技術 是通過控制環(huán)將風機的狀態(tài)實時反饋，從而決定實施何種控制，達到降低系統(tǒng)負荷的目的。
海上風電技術——由于陸地資源的逐漸稀少，而海上風能資源已被確認具有豐富的儲量，因此 海上風電的發(fā)展呈現(xiàn)出一派繁榮景象。海上風機一般單機較大，因此對可靠性的要求更高，同時其 維護和運營比陸地風電更加復雜。國內(nèi)廠商主流機型為雙饋式；而金風和湘電則采用直驅(qū)式機型。 另外，風力和海浪負荷及海底狀況的勘察對未來海上風電的發(fā)展也具有至關重要的影響。目前急需 的技術是開發(fā)成本低的浮動或固定平臺，為海上發(fā)電提供負擔得起的、可靠的平臺系統(tǒng)。
綜上所述，21 世紀初以來，風電技術面臨的挑戰(zhàn)主要是在風速較低而用電負荷較大的地區(qū)實現(xiàn) 風力發(fā)電具有成本效益，同時盡量避免電力輸送的障礙。這些挑戰(zhàn)要求風機增加高度，以在低風速 地區(qū)增加風能獲取量；以及積極探索在淺海甚至深海地區(qū)發(fā)展海上風電技術。未來技術的突破點為： 特殊設計的永磁發(fā)電機（釹－鐵－硼永磁材料的選用，可以使鋼的磁通密度接近的銅線圈的磁通密 度鐵，同時不增加設備質(zhì)量，規(guī)模及成本）、具有更佳性能和更強可靠性的變速電力電子電源轉(zhuǎn)換器、更小更輕的減速箱、能夠更好預測載荷變化，適應更廣闊氣候變化的空氣動力學和結構動力學代碼、 用環(huán)氧樹脂基等高級材料制成的葉片、能夠減少機器符合但不增加成本的控制技術、利用高級合成 材料制造的新塔筒、建立在浮動平臺上的海上風機、改進的海上電力收集系統(tǒng)（R. Thresher, A. Laxson， 2006） 。
3 成本分析
風電總成本的 75%均與前期成本相關，包括風機、基建、電子設備、聯(lián)網(wǎng)等。因此與化石能源 發(fā)電技術不同，風電是資本密集型技術。根據(jù)歐洲風能協(xié)會的計算，依據(jù)資源條件不同，陸上風電 的投資成本在 800～1150 歐元/千瓦，發(fā)電成本在 4～7 歐分/千瓦時；海上風電的投資成本在 1250～ 1800 歐元/千瓦，發(fā)電成本在 7.1～9.6 歐分/千瓦時。中投證券發(fā)表研究報告的分析結果表明：目前 風電場的建設投資基本在每千瓦 8000～10000 元人民幣，按照 30%的自有資金投資，等效滿負荷利 用小時數(shù)1800小時計算，測算出5萬千瓦風電場度電成本為0.43～0.53元/千瓦時（中投證券，2009） 。
中國政府把風電上網(wǎng)標桿電價按地市級行政邊界分 4 個等級：0.51 元/kWh、0.54 元/kWh、0.58 元/kWh 和 0.61 元/kWh，因此，目前我國風電成本已經(jīng)低于發(fā)改委標桿電價（關于完善風力發(fā)電上網(wǎng)電價政 策的通知，2009）。根據(jù)世界風能理事會最近對風力發(fā)電成本下降趨勢進行的研究表明，風力發(fā)電成本的下降中 60% 依賴于規(guī)?；l(fā)展，40%依賴于技術進步，而隨著規(guī)模的增加，未來中國風電成本有進一步下降的空間。
一般陸上風機的基礎施工費用約占總投資的 10%，而海上基礎施工費用高達總投資的 40%以上， 從而導致了海上風電投資成本比陸上同類風機高出 50～100%。即使海上風速條件好（一般高出陸地 20～40%），相應的每千瓦時的發(fā)電成本也要提高 2～4 歐分。依據(jù)歐洲風能協(xié)會計算的海上風電和 陸上風電的成本比較，可以近似說明兩者的差距，即海上風電成本比陸上高出 30%左右。如果再考 慮海底電纜輸電等費用，海上風電成本可能高出陸上 50%左右。
4 發(fā)展?jié)摿?/p>
風電是我國除水電外成本最低的可再生能源資源，近幾年風電的超速發(fā)展更是引起了政府、企 業(yè)、社會的廣泛關注。根據(jù)最新的研究，中國提出建設千萬千瓦級風電基地思路，落實了“建設大 基地，融入大電網(wǎng)”的發(fā)展方針，其中對于風電的具體規(guī)劃如下：1）甘肅酒泉地區(qū)啟動的千萬千瓦風電基地規(guī)劃，制定目標 1100 萬 kW；2）新疆哈密地區(qū)規(guī)劃建設 1100 萬 kW；3）內(nèi)蒙古規(guī)劃建設 5700 萬 kW，其中蒙西 2700 萬 kW，蒙東 3000 萬 kW；4）河北規(guī)劃在沿海和北部地區(qū)共建設 1000 萬 kW；5）吉林規(guī)劃在西部地區(qū)建設 2300 萬 kW；6）江蘇規(guī)劃建設 1000 萬 kW 海上風電基地；7）山東也規(guī)劃在沿海建設 1000 萬 kW。
七個千萬千瓦級風電基地規(guī)劃加上其他省區(qū)的規(guī)劃容量到 2020 年達到 1.5 億 kW，到 2030 年有 望達到 3.2 億 kW。
