風能的利用最早出現在古埃及,五千年前就開始利用風帆航行,風能陸地應用出現在三千年前,當時主要用于碾米和提水,形式為垂直軸,中國的古代應用主要是風力水車,屬于水平軸。
全球風電裝機快速增長:從1996年起,全球累計風電裝機連續11年增速超過20%,平均增速達到28.35%。2003年以前的5年里,風電成本下降約20%,是可再生能源技術中成本降低最快的技術之一。1997年至2006年,全球風電裝機容量年平均增長率約為25%。至2006年底,全球風電裝機容量約為7422萬千瓦,其中歐洲占的比率高于50%。2006年全球風電新增裝機1519萬千瓦。目前,風力發電量約占世界總電量的0.7%,預計到2020年風力發電量比重可升至12%。丹麥BTM咨詢公司2005年5月所做的市場預測報告稱,1999年到2004年全球風電平均增長率為30%,全球2005年至2009年新安裝機組容量年平均增長率為16.6%;2009年之后預計2010年至2014年的年增長率為10.4%;亮點主要在于美國市場和亞洲主要市場的增長。
歐盟的目標是實現到2020年20%的能源消耗來自可再生能源,這正促使成員國家采用可再生能源發電來替代礦物燃料。未來5年,絕大部分歐盟國家將增加可再生能源投資來實現2020年的目標。
在歐洲,風電引領著可再生能源發電,16個國家中有13個正在開發價值3000億美元的風電項目。
英國以1820億美元的項目價值成為歐洲風電投資之最,并且擁有最貴的發電項目。英國大多數投資在海上風電場。德國位居第二,風電項目價值379億美元。相比英國最貴的項目375億美元的CrownRoundIII風電場,德國最昂貴的項目價值27億美元。
新能源應用是中國國家發展戰略之一,2014年全國的非礦物能源發電量占全國總發電量的8%,而歐洲新能源應用先進的國家,非礦物能源發電量最大的達到55%,為此,國家將在2020年對非礦物能源發電量的比例將達到20%,這預示著未來5年中國非礦物能源應用將是此前應用總量的2.5倍,新增非礦物能源發電量將超過此前總和的1.5倍。
中國風電在經歷了“十一五”和“十二五”初的超高速發展之后,正進入一個調整期。“十一五”是中國風電迅速崛起的一段時期,由政府主導的大規模集中開發模式,將中國推向了世界風電裝機之冠。正是在這個時期,中國風機制造技術全面提升,國產化率不斷提高,風電的全產業鏈日趨成熟。然而,當發展進入到一個新的歷史階段時,這種模式也帶來了難以避免的困境:棄風限電、風機求大、產能過剩、利潤下滑、技術無突破……一系列紛至沓來的問題似乎昭示著風電行業的寒冬已經來臨。
國內現有風電具有的隨機性、間歇性和風能利用局限的特點,使其無法像其他常規電源那樣進行調度和控制,大規模集中開發大風電對電網的安全運行會產生一定負面影響,同時在電源結構配置上要留有調劑的容量。我國傳統的電源結構以煤電為主,系統調峰手段有限,風電的大規模集中開發使電網調節更為困難。而對于風電投資人來說,或許他們寧愿風電少一些,也不愿看到風機閑置,盡管絞盡腦汁地減少棄風率,有限的市場終難以承受“風電三峽”之重。在中國的電力環境中,棄風限電、單獨求大風機的資源浪費已成為“風電三峽”的隱痛。
如何更好地在風能利用上獲得突破,是中國風電具有完全的知識產權是風電行業有識之士所關注的最重要問題。
現在各地的低風速風電是指風速在6-8米/秒之間,年利用小時數在2000小時以下的風電開發項目,就目前的統計數據來看,全國范圍內可利用的低風速資源面積約占全國風能資源區的68%,而超低風速是指二級風圈和三級風圈,是指風速在2-6米/秒之間,超低風速資源達到全國風能資源的85%,且超低風速資源接近電網負荷的受端地區。以前這些區域的低風速和超低風速風電開發,幾乎一片空白。超低風速更由于國內外技術沒突破,國內外都沒有利用在2-5米/秒之間的超低風速發電,而這個超低風速占全國風能資源的85%,成為了風能利用的空白。
為突破并網瓶頸,在風電發展方面,國家在“十二五”期間將改“建設大基地、融入大電網”的模式為“集中+分散”的方式,發展低風速風場,開啟超低風速利用,并鼓勵分散接入電網。
隨著政策變化,眾多風電開發商、風機制造企業紛紛調整戰略,把開發低速風電作為“十二五”時期的重要發展方向之一。此前早有分析認為,在一、二類風區基本瓜分完畢之后,三、四類風區成為風電行業新一輪投資重點。
我國風能實際可利用的50%以上是三、四類風區,目前全國范圍內可利用的低風速資源面積約占全國風能資源區的68%,且接近電網負荷中心。低風速地區風電裝機規模的發展目標,也從不足10%提高到20%,在“十二五”規劃提出的1億千瓦風電裝機目標中,有2000萬千瓦的份額屬于低風速風電開發。由于超低風速此前沒有技術和產品,因此所有的風能利用中都沒有相應的指標和項目,成為了空白。
我國其實超低風速的風能利用市場巨大,就是五類風區。即是常年風力在2-6米/秒的地區,五類風區涵蓋了廣大的城市地區以及全國85%的土地面積。無論是城市鄉鎮,都至少是五類風區,該五類風區的風能利用潛力最大。2-6米/秒風速利用進行風力發電,其潛力巨大。
蘇州云能電氣有限公司根據國內風能利用的情況,組成研發團隊進行了超低風速風力發電機的研發,該公司認為,現在能夠開發超低風速風電場,主要得益于中國自主知識產權技術水平的提高和超低風速地區的廣闊。
蘇州云能電氣有限公司通過近三年的研發和試制,超低風速風力發電機正式研制成功,該發電機啟動風速為1.3M/S,有效電能利用風速2.1M/S(經有關部門檢測的有效實際充電風速為2.1米/秒時有4A充電電流)。從而可以成為世界上有效發電風速最低的超低風速風力發電機。同時也開啟了超低風速利用的廣闊前景。
蘇州云能電氣有限公司的超低風速風力發電產品,完全是中國自主知識產權,從所有技術和結構上,完全擺脫了國外和現有風力發電技術和結構的范疇,真正成為一種由中國本土設計、研發、制造的超低風速風力發電機。目前生產制造超低風速風力發電機的蘇州云風新能源設備制造有限公司已經成立并第一批產品投放市場,首批超低風速風力發電機為中小型的20-50KW超低風速風力發電機,可以滿足國內在石油開采、城市節能改造、并網發電、企業離網供電等方面應用。
超低風速風力發電機在中國的誕生,還給普通公路建設分散式電動汽車充電站、對山區和邊疆等偏遠地區的離網供電成為了最佳資源。
蘇州云風新能源設備制造有限公司,已經開始利用超低風速發電技術,將建設成一個年生產20萬KW超低風速風力發電機的新能源制造基地。未來每年將使中國減少數十億噸煤炭的使用,減少二氧化碳排放更將達到百億噸。
隨著超低風速風力發電機的應用,將使得三、四和五類風能區的風電最大利用成為可能,也將使得超低風速風電場具備盈利能力,從而有力推動了全國廣大地區以及城市城鎮超低風速風電場的開發。
以目前大型風力發電機為例,以前是70型(指風機風輪直徑為70米),后來逐漸增大到77型、82型、86型,直到現在的93型,5.6米/秒的風速都能開發。但是哪怕不久大型風力發電機,5.1米/秒、5.2米/秒的風速也能開發。大型風機風輪直徑增大后,能在更低的風速下運行,相應地風電利用小時數就能達到更高。但是建設成本也不斷提高,基礎建設的成本更大。
據了解,蘇州云風新能源設備制造有限公司的第一批超低風速發電機在風速小于1.3米/秒時也可正常啟動發電,2.1米/秒風速已經可以實際有效充電,發電量在原有普通風力發電機基礎可增長2倍以上。我們了解到,超低風速風機產自于蘇州云能電氣有限公司,這家低調的公司在超低風速風機領域的這次技術突破,被認為將結束占我國風資源85%的超低風速地區無法有效開發風電的歷史。
據蘇州云風新能源設備制造有限公司介紹,超低風速風力發電機的核心技術,使用了該公司自主研發的逐級離合分級發電技術,而這個技術啟發于汽車的離合器裝置,對一臺整體的風力發電機采用逐級離合,在風速小的情況下啟用三分之一或四分之一發電荷載,當風力逐漸增大時,加載的發電荷載也隨之增加,從而做到了超低風速發電到風力較大時候的發電。該技術完全具有中國自主知識產權,真正意義上在風電領域的中國創造!
超低風速風力發電機適用于年均風速2-6米/秒的大型風力發電機風能利用棄風地區,如果年平均風速為4.5米/秒,那么每年發電7000標準小時以上,國內的城市周邊、鄉鎮農村均可以達到該發電標準時間。
目前蘇州云風新能源設備制造有限公司與之配套的專利技術包括分散式電動汽車充電站、石油開采節能改造供電、離網交流220V-380V供電、風能儲能后并網發電四種專利產品。
如上圖的并網發電,采用了儲能后并網,可以使風力發電所產生的電能質量比國家電網供電質量更好的電源質量,經過查看檢測報告看到儲能后輸出的交流220V電壓和交流380V電壓偏差都只有0.5%,大大高出國家供電電源標準。
在分散式新能源汽車充電站方面,采用該技術更可以全面在國內任何地方進行推廣。
如下圖。
超低風速風力發電機供電的分散式充電站,給以后電動汽車充電站建設的離網供電提供了廣闊市場和利用空間,可以在縣省和鄉鎮公路邊不占地即可建設,在電動汽車用量不夠大情況下,可以將所發電能并網,從而給電動汽車充電站發展以及提供城鄉投資提供了更大的平臺。
由于采用的是中小型超低風速風力發電機發電供電,分散式充電站投資成本將都不超過百萬元,投資小,建設周期短,對未來新能源汽車的推廣將起到實質性的作用。
在城市城鎮2-3.5M/S風速的V類二級風區,一臺20KW超低風速風力發電機年發電標準時間超過6000小時,可以年發電6-8萬度,基本可以實現對城市公共用電的節能改造利用以及住宅小區公共用電自給,同時可以適用在風景區等節能環保要求高的地區。
蘇州云風新能源設備制造有限公司是一個新能源設備制造企業,已經全面開始對超低風速發電機的制造以及相關部件的配套和供電設備的配套,并開始和油田的石油開采、礦山供電及分散式電動汽車充電站供電。
蘇州云能電氣有限公司也從原來的離網儲電和供電,現在已經可以從發電、儲電、供電全面進行風能離網應用和并網服務。并根據城鎮、油田、電動汽車充電站的特點,研發的20KW-50KW中小型超低風速發電機將更適合在任何地區使用。
超低風速發電機系列適用于分散式發電,可以滿足城市、城鎮、山區、公路、公交汽車站、公共綠地等地方,結合風能離網供電系統可以滿足這些地區的發電供電。
雖然目前超低風速風力發電機成本比較高,但是相比和普通風機的投入產出比將明顯提高,同樣投入5億元進行風力發電,則投產后的效益高于目前普通風機。
由于超低風速風力發電機的小型化,20-50KW風力發電機占地面積小,安裝地選擇除了對風力情況外,安裝地選擇多樣性,為未來中國推廣應用提供了最大可行性。并且目前逐級離合分級發電、儲能、并網等配套部件都已經完善并經過測試,隨著蘇州云風新能源設備制造有限公司華東和華北制造基地在2016年投產,2016-2020年必將開始影響風能的利用范圍,并逐步在全國得到應用。而蘇州云風新能源設備制造有限公司年產5000個充電樁的投產,更將使分散式電動汽車充電站在各地建立。
采用逐級離合分級發電的中國創造超低風速風力發電機必將改變中國和世界風力發電版圖,并且在未來占風力發電的半壁江山。
責任編輯: 李穎