上海市風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

江彥宏，廖衛(wèi)華，張 婷，羅青霄

(上海電力學(xué)院 能源與機械工程學(xué)院，上海 200090)

能源對國家發(fā)展極為重要，在國際的需求和地位中也具有極大的影響力，是各國經(jīng)濟高速發(fā)展和人民生活水平提高的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和保障.其中，用于發(fā)電的煤炭則是運用最廣和最多的能源.但煤炭、天然氣等作為一次性能源不可重復(fù)利用.另外，煤炭等一次性能的利用會排放大量污染物，造成我國將近一半的城市污染物超標，嚴重污染環(huán)境.同時，大量用煤導(dǎo)致能源效率低下.我國各類能源利用效率要比同時期國際先進水平低10%，造成這一現(xiàn)象的主要原因與我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)密切相關(guān).再者，煤炭的運輸給交通業(yè)帶來了巨大的壓力.例如，山西北部的煤炭要運到上海，運輸距離達2 000 km以上.[1]如果不加快能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的步伐，將無法有效地帶動我國經(jīng)濟建設(shè)更好更快的發(fā)展，目前已涌現(xiàn)出風(fēng)能、太陽能、地熱能等一系列新能源技術(shù)，并且這些能源的重要性也越發(fā)突出.[1]其中，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展尤為顯著.

1 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展情況

國外風(fēng)電機組發(fā)展已趨向大型化，其中變距型為750 kW，而且正向兆瓦級邁進.1990年全世界并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機組總?cè)萘考s為2 500 MW，其中美國占64%，相當于一座中型核電站.

德國地處歐洲大陸的北部，擁有豐富的風(fēng)力資源.其風(fēng)電開發(fā)利用規(guī)模目前處于世界領(lǐng)先地位.通過2002年的裝機容量對比顯示，德國的裝機容量為1.09×104MW，位列世界第一.德國通過制定一系列的激勵政策促進風(fēng)電發(fā)展，包括再生能源所發(fā)電量都由電力公司購買、銀行為建設(shè)風(fēng)電廠提供融資幫助等.20世紀80年代，德國政府資助了一系列研究計劃，比如投資補貼、增收節(jié)能減排費用于風(fēng)力發(fā)電等.

丹麥作為世界上最早發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電的國家之一，在技術(shù)和管理上都有豐富的經(jīng)驗.首先，丹麥利用特殊的地理優(yōu)勢，積極開發(fā)風(fēng)力資源;其次，與周邊國家緊密聯(lián)合，開放和發(fā)展風(fēng)力發(fā)電市場;再者，丹麥政府一直對地方政府施壓，要求地方政府優(yōu)先發(fā)展風(fēng)力發(fā)電.[2]

2 上海發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢

上海是一個國際化的大都市，其經(jīng)濟的飛速發(fā)展離不開能源的支撐.但上海本身卻是能源匱乏，對外界的能源依賴非常嚴重.上海若要持續(xù)高速發(fā)展，就必須尋找和開發(fā)其他可再生能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)資源.發(fā)展風(fēng)力發(fā)電可以緩解電力緊張，改善能源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展.[3]在上海建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場有諸多優(yōu)點.首先，風(fēng)力發(fā)電是一種可再生清潔能源，符合上海的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整政策.其次，由于風(fēng)力發(fā)電場本身規(guī)模相對較小，對電網(wǎng)穩(wěn)定性影響很小，如果依托大電網(wǎng)，配合大電網(wǎng)，作為電力供應(yīng)的補充，可以滿足用電需求.再次，建成后的風(fēng)力發(fā)電場可以作為一道新型景觀，為人們提供休閑放松的好去處.

上海位于我國的沿海地區(qū)，具有較長的海岸線和廣闊的灘涂，季風(fēng)盛行，氣候溫和，風(fēng)力資源豐富，具有大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的潛力和自然條件.而且風(fēng)力發(fā)電以引進外國先進制造技術(shù)為基礎(chǔ)，上海本身具有的經(jīng)濟、地理、政策、技術(shù)等方面的優(yōu)勢，也為風(fēng)電在上海的發(fā)展鋪平了道路.

上海全年最多風(fēng)向主要出現(xiàn)在東南、西北和東北3個方位，以偏東南風(fēng)最為顯著.在地區(qū)分布上，上海比較平坦，范圍也小，年盛行風(fēng)向和季節(jié)變化基本保持一致.上海冬季較多盛行西北風(fēng)，比率占50%～55%;夏季風(fēng)向多以東南風(fēng)為主，比率高達60%左右，兩者相互結(jié)合使得上海的風(fēng)力資源充沛.上海市區(qū)風(fēng)速最慢，向外擴散則呈梯形變化趨勢并不斷加大.根據(jù)上海氣象部門統(tǒng)計，上海郊區(qū)平均風(fēng)速在3.6～4.0 m/s，比市區(qū)附近大很多，臨近江海岸線地區(qū)，臨時觀測氣象哨的平均風(fēng)速約比郊區(qū)城鎮(zhèn)氣象站大0.5 m/s.沿海大部分灘涂地區(qū)以及廣闊的近海陸面高空平均風(fēng)速約為 4.5 ～5.5 m/s.[4]根據(jù)環(huán)境地勢等因素分析，同時考慮到上海的土地資源相當稀缺，因此在城市規(guī)劃上風(fēng)力發(fā)電廠的選址一般是在海島或郊區(qū).隨著計算機設(shè)計技術(shù)的廣泛應(yīng)用和自動控制技術(shù)的不斷改進，上海在機械、電子和電氣制造技術(shù)方面相當成熟，這為大力發(fā)展上海的風(fēng)力發(fā)電提供了技術(shù)支持.

3 上海風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

3.1 上海風(fēng)電場裝機規(guī)模

目前上海已在崇明三島海域，南匯(臨港)海域，奉賢、金山海域建立海上風(fēng)電廠.2003年10月成功建成奉賢風(fēng)電場，投入運行4臺風(fēng)力發(fā)電機組，裝機容量為850 kW，實現(xiàn)了上海風(fēng)電發(fā)展史上“零”的突破.南匯、崇明風(fēng)電場是利用世界銀行貸款的建設(shè)工程，采用美國GE風(fēng)能公司生產(chǎn)的14臺風(fēng)電機組，單機容量為1 500 kW，其中11臺安裝在南匯大治河口南側(cè)海岸，3臺安裝在崇明東旺沙東海岸.南匯、崇明風(fēng)電場已于2005年投入商業(yè)運行.至2010年上海風(fēng)電場裝機規(guī)模已達340 MW，其中已完成業(yè)主招標工作的10 kW東海大橋海上風(fēng)電場是上海市“十一五”期間重點建設(shè)的項目之一;至2020年 ，上海市風(fēng)電場裝機規(guī)?？蛇_100萬 kW 以上.[5]

3.2 上海風(fēng)力發(fā)電場現(xiàn)狀

上海地區(qū)8個風(fēng)力發(fā)電場的基本情況如表1所示.根據(jù)地形和技術(shù)的制約，各有其特點，裝機容量亦不同，但一般都在100 MW 左右.在成本的計算中可以看出，對于灘涂地區(qū)，土質(zhì)比較松軟，建造高大的風(fēng)力發(fā)電架比較困難，所以建設(shè)成本很高.

就東海大橋風(fēng)電場而言，風(fēng)資源特性如下.(1)風(fēng)能資源豐富，70 m高度年平均風(fēng)速達8 m/s以上，風(fēng)力密度也很大.

(2)有效風(fēng)時數(shù)較高，風(fēng)力發(fā)電有效風(fēng)速小時數(shù)約為8 000 h以上.

(3)較穩(wěn)定的場址區(qū)主風(fēng)向，有利于風(fēng)機的布置，減少了風(fēng)機間尾流影響引起的電量損失.

(4)日風(fēng)速、風(fēng)功率分布較好，風(fēng)電場風(fēng)功率高值在1 500～2 300 W之間，有利于電網(wǎng)的調(diào)度與調(diào)節(jié).由于上海位于長江入?？冢L江每年挾下的泥沙，在入?？诓粩喑练e，慢慢形成大片淺灘為風(fēng)電廠建設(shè)提供了足夠的場地.[6]

表1 上海市各風(fēng)力發(fā)電場的基本情況

4 上海風(fēng)力發(fā)電存在的問題

由于上海風(fēng)力發(fā)電正處于初級發(fā)展階段，在發(fā)展方面還存在不少問題.

(1)國家對風(fēng)力發(fā)電的扶持力度還不夠大，缺少有效的制度和政策的保障，缺乏具有明確目的性的、易于操作的補貼政策和稅收政策等;

(2)企業(yè)組織生產(chǎn)資金緊張，流動資金較少;

(3)對風(fēng)力發(fā)電的宣傳力度還不夠大;

(4)售后維修服務(wù)、技術(shù)培訓(xùn)工作跟不上，使小型風(fēng)力發(fā)電機的推廣和應(yīng)用達不到預(yù)期的效果;

(5)風(fēng)電場附屬設(shè)施費用和管理成本在電價中的比例較高，不利于降低發(fā)電成本.

上海在發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的同時必須關(guān)注其對環(huán)境的影響.風(fēng)力發(fā)電將會對大氣層對流產(chǎn)生阻礙作用，破壞我國的季風(fēng)性自然氣候.若大規(guī)模建造風(fēng)力發(fā)電場，將會嚴重影響到風(fēng)的產(chǎn)生，城市上空的污濁空氣將長時間籠罩著城市.根據(jù)我國盛行季風(fēng)的種類顯示，來自海洋的濕潤的東南季風(fēng)會給我國大陸帶來大量的降雨.如果季風(fēng)被風(fēng)力發(fā)電機大量攔截，則會給我國大陸帶來不可估量的影響.

5 上海風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢

上海是一個國際大都市，用電量非常緊張.由于人民生活水平提高和我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對用電量的需求不斷增加，將來可以將小型風(fēng)力發(fā)電機組引進住戶家里，通過此方法可以使得風(fēng)力發(fā)電更加快速發(fā)展，而逐年增加大功率機組.同時，可以在沿海郊區(qū)采取風(fēng)光互補發(fā)電.采用風(fēng)光互補多臺組合式系列發(fā)電系統(tǒng).該配置具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點.為合理開發(fā)利用上海的風(fēng)力資源，使上海的風(fēng)力資源開發(fā)建設(shè)能抓住全國風(fēng)資源開發(fā)和風(fēng)力發(fā)電行業(yè)蓬勃發(fā)展的良好機遇 ，需結(jié)合各場址的建設(shè)條件 ，優(yōu)先開發(fā)風(fēng)資源條件好的風(fēng)電場.

預(yù)測未來上海風(fēng)力發(fā)電具有以下發(fā)展趨勢:

(1)功率由小變大，為滿足家用電器的需要機組從小功率發(fā)展到大功率;

(2)由一戶一臺擴大到聯(lián)網(wǎng)供電;

(3)由單一風(fēng)力發(fā)電發(fā)展到多能互補，多種結(jié)合;

(4)逐步擴大應(yīng)用范圍，向其他用電領(lǐng)域發(fā)展.

總之，有國家的支持和上海本身的優(yōu)勢，風(fēng)力發(fā)電的前景非常廣闊.

6 上海發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的建議

(1)爭取國家優(yōu)惠政策 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，不僅依靠技術(shù)，也需要國家多方面的政策支持.在世界風(fēng)電發(fā)展的初期，正是憑借著各國的政策支持才形成現(xiàn)在的規(guī)模.如果上海要大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，就必須要有國家政策的支持，以加快電網(wǎng)合理布局，形成完備的風(fēng)電輸電系統(tǒng).

(2)加快風(fēng)機國產(chǎn)化 與其他許多先進的設(shè)備一樣，目前我國的風(fēng)力發(fā)電機組還不是非常完善，技術(shù)發(fā)展還不夠，需要借助很多國外的技術(shù)，雖然上海是一個對外交流開放的城市，但是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的國產(chǎn)化依舊非常有必要.

(3)做好管理體制改革 一個電力系統(tǒng)的發(fā)展，不僅依靠其先進的技術(shù)，更依靠好的管理體制.完備的技術(shù)、優(yōu)秀的人才和先進的管理，方可使風(fēng)力發(fā)電更為快速發(fā)展.

(4)加強人才隊伍建設(shè) 國外風(fēng)電發(fā)展表明，優(yōu)秀的風(fēng)電管理人才是風(fēng)電安全生產(chǎn)、正常運行的必要條件.要適應(yīng)風(fēng)電發(fā)展的需求，就要不斷提高風(fēng)電人員的素質(zhì)，在技術(shù)上，管理上都要有更進一步的發(fā)展.同時，還需要引進外國人才或者選派優(yōu)秀人才出國學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電技術(shù).畢竟進口器件需要付高昂的關(guān)稅，只有自己掌握了這種關(guān)鍵技術(shù)，自行開發(fā)研究，發(fā)明屬于自己的產(chǎn)品，才能大大降低風(fēng)力發(fā)電成本.[7]

7 結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電是一個關(guān)乎國家能源發(fā)展的重要問題，是國家能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分.通過數(shù)據(jù)分析，上海市目前大型風(fēng)力發(fā)電趨于完善，但是小型風(fēng)力發(fā)電還沒有得到很好的發(fā)展.從環(huán)境保護角度來看，火力發(fā)電畢竟不是長久之計，所以還是要積極促進風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，改變能源結(jié)構(gòu)，使上海乃至整個國家得到較為穩(wěn)定充足的電力供給.

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[2]嚴曉建.丹麥海上風(fēng)電發(fā)展及其經(jīng)驗借鑒[J].中國市場，2010(13):23-28.

[3]張希良.風(fēng)能開發(fā)利用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005:6-145.

[4]仇中柱，龔少林.上海橫沙島風(fēng)能資源評估[J].上海電力學(xué)院學(xué)報，2010，26(3):223-227.

[5]孫健剛.上海風(fēng)力發(fā)電發(fā)展前景展望[J].風(fēng)力發(fā)電的前景與應(yīng)用，2007(1):20-21.

[6]陳振千.加大力度積極發(fā)展上海風(fēng)力發(fā)電[J].能源技術(shù)，2006，12(6):254-256.

[7]王智勇.上海風(fēng)力發(fā)電資源初探[J].節(jié)能論壇，2008(2):41-43.