十四五背景下風(fēng)力發(fā)電趨勢(shì)研究

韓穎

摘要：風(fēng)能作為一種清潔能源，為國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，經(jīng)濟(jì)變化和升級(jí)以及對(duì)環(huán)境和氣候變化的響應(yīng)做出了積極貢獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，風(fēng)力渦輪機(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，政策支持也逐漸下降。我國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)通過(guò)大規(guī)模發(fā)電進(jìn)入了高質(zhì)量發(fā)電階段。它將與傳統(tǒng)的火力發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)。本文在十四五背景下研究了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，分析了影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素，并預(yù)測(cè)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：十四五;風(fēng)力發(fā)電;發(fā)展趨勢(shì)

一、我國(guó)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀

我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展仍然存在許多問(wèn)題，例如變速恒頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，大型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和變槳距控制技術(shù)等都未取得較大突破。 大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電機(jī)幾乎全部依賴進(jìn)口的低壓穿越、高壓穿越，阻尼控制等特性使電機(jī)不熟悉應(yīng)用中的水和土壤，經(jīng)常發(fā)生斷線事故，棄風(fēng)率比較高。我國(guó)當(dāng)前的風(fēng)電技術(shù)是建立在基礎(chǔ)理論、狀態(tài)檢測(cè)、傳感技術(shù)和集成化基礎(chǔ)之上的。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，機(jī)械技術(shù)和其他領(lǐng)域仍然存在差距。應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，仍然有必要?jiǎng)?chuàng)新和加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)。此外，與國(guó)外相比，國(guó)產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的利用率較低，在某些國(guó)產(chǎn)機(jī)器中，運(yùn)行期間出現(xiàn)主軸故障、電機(jī)故障、變速箱故障等的頻率更高。風(fēng)力發(fā)電的總體設(shè)計(jì)軟件渦輪與我國(guó)類似，資源狀況不一致，海上風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電場(chǎng)選擇技術(shù)和風(fēng)資源測(cè)量分析技術(shù)均不及歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家。

二、十四五我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)

從發(fā)展理念上，“十四五”能源規(guī)劃注重生態(tài)保護(hù)，重點(diǎn)考慮碳減排問(wèn)題;從發(fā)展思路上，“十四五”則更加注重能源的質(zhì)量提升;在時(shí)間維度上，“十四五”注重更長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。需要注意的是，“十四五”能源規(guī)劃是開(kāi)啟能源高質(zhì)量發(fā)展的第一個(gè)五年計(jì)劃，不但要解決“十四五”期間能源如何清潔低碳、安全高效發(fā)展的問(wèn)題，還要為2035年、2050年的長(zhǎng)期發(fā)展找準(zhǔn)方向;從產(chǎn)業(yè)空間來(lái)看，“十四五”將注重能源全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展;而從發(fā)展實(shí)質(zhì)上來(lái)看，“十四五”則將偏重生產(chǎn)關(guān)系調(diào)整。

繼續(xù)開(kāi)發(fā)高容量機(jī)組，同時(shí)擴(kuò)大機(jī)組中單機(jī)的容量。增加風(fēng)力渦輪機(jī)的單機(jī)容量可以降低操作的成本并增加操作的規(guī)模效應(yīng)。為了適應(yīng)大容量風(fēng)力渦輪機(jī)，有必要設(shè)計(jì)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并使用先進(jìn)的復(fù)合材料來(lái)延伸風(fēng)力渦輪機(jī)葉片等，以實(shí)現(xiàn)單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輕便、靈活和小型化。 2020年7月12日，在福建三峽集團(tuán)福建省福清市興化灣二期海上風(fēng)力發(fā)電廠，中國(guó)首臺(tái)10兆瓦海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成功并網(wǎng)發(fā)電。這是目前亞太地區(qū)最大的海上風(fēng)力渦輪機(jī)，作為我國(guó)獨(dú)立研發(fā)的世界第二大海上風(fēng)力渦輪機(jī)，為我國(guó)海上風(fēng)力發(fā)電創(chuàng)造了新紀(jì)錄。

考慮到我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的問(wèn)題，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要集中在雙電源異步發(fā)電技術(shù)，直接驅(qū)動(dòng)，功率轉(zhuǎn)換技術(shù)，低壓騎行技術(shù)。升級(jí)大型機(jī)組性能的主要組件，并加大對(duì)大容量直驅(qū)風(fēng)力渦輪機(jī)的研究與開(kāi)發(fā)。將智能控制技術(shù)引入設(shè)備操作中，例如研究改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最佳功率跟蹤控制策略，以及將智能控制技術(shù)集成到整個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)中。通過(guò)風(fēng)電技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新應(yīng)用，將確保風(fēng)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。加快海上風(fēng)力發(fā)電發(fā)展，海上風(fēng)速大而穩(wěn)定，海上風(fēng)電場(chǎng)的年平均運(yùn)行時(shí)間超過(guò)3000小時(shí)，年發(fā)電量比陸上發(fā)電量高50%以上，但中國(guó)的海上風(fēng)電發(fā)電相對(duì)落后，主要是由于從以下四個(gè)方面來(lái)看：首先，中國(guó)企業(yè)沒(méi)有海上風(fēng)力發(fā)電的核心技術(shù);其次，中國(guó)海上風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行和維護(hù)成本較高，金額較大，海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)需要投入更多資金;第三，海上風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電的機(jī)制還不完善，營(yíng)管理應(yīng)包括海事管理部門(mén)，漁業(yè)部門(mén)等協(xié)調(diào)管理機(jī)制不健全。

本文從風(fēng)機(jī)技術(shù)、運(yùn)行維護(hù)、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方向提出以下預(yù)測(cè)。

（1）直驅(qū)風(fēng)機(jī)的市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大。直接通過(guò)輪轂使發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的變速箱類型是直接驅(qū)動(dòng)。通過(guò)節(jié)省投資，減少傳輸鏈損失和停機(jī)時(shí)間，降低維護(hù)成本并提高可靠性，直驅(qū)式風(fēng)力渦輪機(jī)的市場(chǎng)份額將繼續(xù)增長(zhǎng)。

（2）智能風(fēng)能技術(shù)飛速發(fā)展。智能風(fēng)電場(chǎng)以數(shù)字化、信息化和標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，利用大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提高了風(fēng)電場(chǎng)的智能識(shí)別，智能運(yùn)維、智能控制和智能決策功能，減少了維護(hù)工作量、人員、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，并使風(fēng)電場(chǎng)在其整個(gè)生命周期中獲得最大的綜合收益。

（3）風(fēng)電競(jìng)爭(zhēng)力將進(jìn)一步增強(qiáng)。隨著風(fēng)輪直徑的增加，使用風(fēng)能的效率逐漸提高。隨著單個(gè)機(jī)組容量增加，相同規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)的投資將減少。通過(guò)智能控制進(jìn)一步降低了運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本。技術(shù)的進(jìn)步將促進(jìn)設(shè)備價(jià)格的進(jìn)一步降低，并且風(fēng)力發(fā)電將比傳統(tǒng)的化石能源更具競(jìng)爭(zhēng)力。

（4）有效利用風(fēng)能實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈的擴(kuò)展。參與風(fēng)能供暖，電力輔助服務(wù)，并取代燃煤燃?xì)忮仩t，以實(shí)現(xiàn)高效率的利用。風(fēng)能制氫促進(jìn)制氫工業(yè)的發(fā)展。集中生產(chǎn)后，風(fēng)氫的生產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離，靈活的運(yùn)輸和使用。

（5）風(fēng)能和太陽(yáng)能儲(chǔ)能的多能互補(bǔ)將有助于風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。儲(chǔ)能可以解決風(fēng)力發(fā)電的間歇性和可變性，提高與電網(wǎng)相關(guān)的性能，并減少風(fēng)力發(fā)電的減少和配電。

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