風從哪里來?
風是地球上的一種自然現象,由太陽輻射熱引起。太陽照射到地球表面,地球表面各處受熱不同——地表升溫的速度較海面快,故產生溫差,從而引起大氣的對流運動形成風。
風力發電的原理,是利用風力帶動風車葉片旋轉(風能轉化成機械能),再透過增速機將旋轉的速度提升,來帶動發電機發電(機械能轉化成電能)。風力發電所需要的裝置,稱作風力發電機組。這種風力發電機組,大體上可分風輪(包括尾舵)、發電機和鐵塔三部分。
風輪是把風能轉變為機械能的重要部件,它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。當風吹向槳葉時,槳葉上產生氣動力驅動風輪轉動。風輪的轉速比較低且轉速不穩定,所以,在連接發電機前,還必須附加一個把轉速提高到發電機額定轉速的齒輪變速箱,再加一個調速機構使轉速穩定。為保持風輪始終對準風向以獲得最大功率,還需在風輪的后面裝一個類似風向標的尾舵。
發電機的作用,是把由風輪得到的恒定轉速,通過升速傳遞給發電機構均勻運轉,把機械能變為電能。
鐵塔是支撐風輪、尾舵和發電機的構架。鐵塔高度視地面障礙物對風速影響情況,以及風輪直徑大小而定。
多大的風才可以帶動葉片發電呢?專業人士測算顯示,從經濟合理的角度出發,風速大于每秒4米才適宜發電。據測定,一臺55千瓦的風力發電機組,當風速為每秒9.5米時,機組的輸出功率為55千瓦;當風速每秒8米時,功率為38千瓦;風速每秒6米時,只有16千瓦;而風速每秒5米時,僅為9.5千瓦。
風能利用何時開始?
20世紀80年代,通過一些小項目的示范,歐洲風電大國將他們的風機輸出到中國進行試驗運行,我國風力發電進入試驗階段。隨后,國產風機技術取得初步成果。在此基礎上,各級政府相繼出臺了相關優惠政策以鼓勵風電市場加速發展。在2012年,我國已取代美國成為世界第一風電大國。
人們很早就意識到,合理利用風能可以為生產生活帶來便利。
我國位于亞洲大陸東南、瀕臨太平洋西岸,季風強盛,風力資源極為豐富,特別是東北、西北、西南高原和沿海島嶼,平均風速更大。有的地方,一年三分之一以上的時間都是大風天。在這樣的天賦資源背景下,我國成為世界上最早利用風能的國家之一。早在公元前,我國就利用風車提水、灌溉、磨面和利用風帆推動船舶前進。
在歐洲,12世紀以來,風能利用迅速發展。由于風力發電在可再生能源發電技術中成本最接近常規能源,因而成為產業化發展最快的清潔能源技術之一。
歐洲風能發電的發展速度一直全球領先。德國風電在1996年以后進入平穩發展時期,目前已建立較全面的可再生能源支持政策體系。較早進行風電開發的荷蘭,在1990年就制定了國家環境戰略,完善了可再生能源的支持機制,包括用溫室氣體減排費來支付風電與常規電能的電價差額等。丹麥風力發電發展迅速,1918年,丹麥風力發電能滿足全國3%左右的用電需求,而進入21世紀,其風力發電已可以滿足18%的用電需求。英國雖較晚實施市場激勵機制以鼓勵風電發展,但由于“非化石燃料義務計劃”的實施,其風電發展速度也很快。
風電如何消納?
風電和電網之間形成了相互促進、良性互動、共同發展的新局面。2013年2月27日,國家電網公司發布了《關于做好分布式電源并網服務工作的意見》,業內預測分布式風電將成為免費服務政策的又一重大受益者。按照此《意見》,截至2015年年末,分布式風電裝機容量將達3000萬千瓦。
在江蘇東臺沿海,灘涂廣闊,晴好的天氣里,風機葉片迎風轉動。到2012年年底,這里的沿海并網發電的風電、太陽能發電裝機總容量已達51萬千瓦,越來越多的漁民用上了風電。
2013年3月13日,中國風能協會發布《2012年中國風電裝機容量統計》顯示,截至2012年年底,中國已成為除英國、丹麥以外,海上風電裝機最多的國家。
我國并網型風電技術在上世紀80年代中期開始試驗、示范。“十一五”以來,在《可再生能源法》的推動下,我國頒布實施了鼓勵風電發展的電價支持、優先并網、費用分攤等多種政策措施,建立了促進風電發展的政策框架,并陸續開展了風能資源評價、風電特許權招標、海上風電示范等一系列促進風電產業發展的工作,使我國風電產業有了顯著進步,步入了全面、快速、規?;l展的新階段。
但是,人們用上清潔的風電,并非“風吹電來”那么容易,而是多方長期努力的結果。在風電迅猛發展的幾年里,大規模開發風電帶來了并網和輸送的難題,電網處于風電發展的關鍵環節,也始終是各種矛盾的焦點。
為了促進風電健康發展,國家電網公司做了大量有效的工作。從750千伏線路到特高壓電網,國家電網公司加快基礎工程建設,建設友好型電網,接納大風電;注重科技創新,積極研究并網問題,解決風電大規模接入后的電網安全穩定問題;統一調度,優先接納新能源,大幅提升電網接納承載能力,積極促進風電消納。
此外,根據《關于做好分布式電源并網服務工作的意見》,國家電網公司將積極為分布式電源項目接入電網提供便利條件,為接入系統工程建設開辟綠色通道。