分布式利用是風(fēng)能發(fā)展的重要方向*

祁和生　胡書(shū)舉　中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)風(fēng)能設(shè)備分會(huì)　北京　0085　中國(guó)科學(xué)院電工研究所　北京　0090

分布式利用是風(fēng)能發(fā)展的重要方向*

祁和生1胡書(shū)舉2
1中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)風(fēng)能設(shè)備分會(huì)北京100825
2中國(guó)科學(xué)院電工研究所北京100190

文章從推動(dòng)分布式風(fēng)能利用的意義出發(fā)，分析了世界范圍分布式風(fēng)能利用的發(fā)展現(xiàn)狀和政策機(jī)制，對(duì)比討論了我國(guó)分布式風(fēng)能利用的現(xiàn)狀和相關(guān)政策，說(shuō)明了我國(guó)當(dāng)前存在的問(wèn)題及障礙。重點(diǎn)分析并提出了我國(guó)分布式風(fēng)能發(fā)展的前景與發(fā)展路線圖，指出未來(lái)將在分布式風(fēng)電機(jī)組及其關(guān)鍵部件、分布式風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)、分布式風(fēng)能利用與其他可再生能源互補(bǔ)綜合利用等方面開(kāi)展基礎(chǔ)理論研究、高技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新、示范應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化推廣，進(jìn)一步提升自主創(chuàng)新能力。分析說(shuō)明了分布式風(fēng)能利用技術(shù)創(chuàng)新的需求，提出了政策保障措施的建議。通過(guò)技術(shù)、政策、市場(chǎng)機(jī)制等多方面的協(xié)同創(chuàng)新，推動(dòng)包括分布式風(fēng)能在內(nèi)的可再生能源在我國(guó)綠色低碳能源戰(zhàn)略實(shí)施及生態(tài)文明建設(shè)過(guò)程中更好地發(fā)揮作用。

風(fēng)能，分布式利用，分散式風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)電機(jī)組，低風(fēng)速

1　推動(dòng)分布式風(fēng)能利用的重要意義

近年來(lái)，我國(guó)在風(fēng)能大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用、裝備研制等方面已經(jīng)取得了重大成績(jī)，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)和利用規(guī)模均居世界第一。截至 2014 年底，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到 1.14 億千瓦，位居世界首位［1］。按照我國(guó)近期醞釀的風(fēng)能發(fā)展規(guī)劃，到 2020 年底，風(fēng)電裝機(jī)容量將實(shí)現(xiàn) 2 億千瓦發(fā)展目標(biāo)，力爭(zhēng)達(dá)到 2.5 億千瓦，年發(fā)電量達(dá)到 4 600 億千瓦時(shí)，風(fēng)電將在規(guī)模化發(fā)展中加速產(chǎn)業(yè)升級(jí)，不斷提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，逐步實(shí)現(xiàn)從“補(bǔ)充能源”向“替代能源”的轉(zhuǎn)變。

但當(dāng)前仍然面臨著一些制約風(fēng)能利用產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的突出問(wèn)題，如棄風(fēng)問(wèn)題嚴(yán)重、原創(chuàng)技術(shù)缺乏、產(chǎn)品性能與可靠性仍落后于國(guó)外先進(jìn)水平等。2014 年我國(guó)風(fēng)電平均利用小時(shí)數(shù)僅有 1 908 小時(shí)，因“棄風(fēng)限電”造成的損失電量達(dá) 148.84 億千瓦時(shí)，平均棄風(fēng)率為 7.9%。我國(guó)陸上風(fēng)能資源多分布在“三北”地區(qū)，當(dāng)集中式開(kāi)發(fā)不能有效解決電力外送及就地消納問(wèn)題時(shí)，“棄風(fēng)限電”就是必然，因此未來(lái)風(fēng)電發(fā)展需要有效解決棄風(fēng)限電問(wèn)題，需要從技術(shù)路線、政策、體制、關(guān)鍵技術(shù)等多個(gè)方面進(jìn)行協(xié)調(diào)和突破。

“十二五”期間，國(guó)家能源局發(fā)布“374號(hào)”文件（國(guó)能新能 ［2011］ 374號(hào)）指出要“探索分散式風(fēng)電開(kāi)發(fā)的新模式”，標(biāo)志著風(fēng)電開(kāi)發(fā)從“規(guī)?；虚_(kāi)發(fā)”，轉(zhuǎn)向“集中規(guī)模式開(kāi)發(fā)”與“分散式開(kāi)發(fā)”的“兩條腿走路”新模式［2］。《可再生能源發(fā)展十二五規(guī)劃》中也明確提出鼓勵(lì)分散式并網(wǎng)風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)，探索與其他分布式能源相結(jié)合的發(fā)展方式，實(shí)現(xiàn)分散的風(fēng)能資源就近利用。分散式風(fēng)電，即位于負(fù)荷中心附近，不以遠(yuǎn)距離大規(guī)模輸送電力為目的，所產(chǎn)生的電力就近接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)進(jìn)行消納的風(fēng)電項(xiàng)目［3，4］。與集中式風(fēng)電相比，分散式風(fēng)電開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在小規(guī)模、分散開(kāi)發(fā)以及就近接入，且輸送電壓一般在 110 千伏、35 千伏和 10 千伏 3 個(gè)電壓等級(jí)。另外，由于分散式風(fēng)電項(xiàng)目一般無(wú)需新建升壓站，而且規(guī)模也比較小。因此無(wú)論從規(guī)劃選址還是從經(jīng)濟(jì)方面考慮都是可行的。

發(fā)展以風(fēng)電為代表的可再生能源是全球大勢(shì)，是我國(guó)推進(jìn)能源革命的大政方針。而分布式應(yīng)用模式是解決就地消納和棄風(fēng)限電問(wèn)題的一種有效方案，也是轉(zhuǎn)變電力供應(yīng)方式和電力市場(chǎng)改革的重要手段，在風(fēng)電集中與分散開(kāi)發(fā)并重的形勢(shì)下，推動(dòng)風(fēng)能的分布式利用，支撐我國(guó)風(fēng)能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，支撐風(fēng)能利用在未來(lái)能源體系中發(fā)揮更加重要的作用。

2　世界范圍內(nèi)分布式風(fēng)能利用研究與應(yīng)用

2.1世界風(fēng)能利用整體現(xiàn)狀

在過(guò)去的 5 年間，全球風(fēng)電市場(chǎng)規(guī)模增加了約200 吉瓦，保持著世界增長(zhǎng)最快能源的地位。根據(jù)世界風(fēng)能協(xié)會(huì)（WW EA）的統(tǒng)計(jì)，2014 年全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量 50 吉瓦，累計(jì)裝機(jī)容量約 370 吉瓦［5］，2014 年全球風(fēng)電年發(fā)電量達(dá)到 7 500 億千瓦時(shí)，折合標(biāo)準(zhǔn)煤 24 750 噸。從未來(lái)市場(chǎng)來(lái)看，中國(guó)、美國(guó)、歐洲三大市場(chǎng)整體是增長(zhǎng)趨勢(shì)，南美、亞洲、非洲等新興市場(chǎng)也在增加，預(yù)計(jì)未來(lái)風(fēng)電市場(chǎng)還會(huì)穩(wěn)步持續(xù)發(fā)展。

近年來(lái)，國(guó)外已對(duì)風(fēng)資源進(jìn)行了系統(tǒng)地觀測(cè)，開(kāi)展了較全面的分析和研究；風(fēng)電機(jī)組繼續(xù)向大型化、智能化和高可靠性方向發(fā)展；陸上風(fēng)電場(chǎng)向更大型發(fā)展，應(yīng)用環(huán)境更加多元化，在丘陵、山區(qū)等復(fù)雜地形和低溫、低風(fēng)速等特殊環(huán)境的應(yīng)用越來(lái)越多；海上風(fēng)電場(chǎng)逐步向大型化、深海（水深大于 50 米）領(lǐng)域發(fā)展，施工、運(yùn)維裝備專(zhuān)業(yè)化程度不斷提高。風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維正在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的推動(dòng)下，繼續(xù)沿著智能化、信息化的方向發(fā)展。

2.2世界分布式風(fēng)能發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外在風(fēng)電開(kāi)發(fā)上不顯著區(qū)分集中式和分布式，一般根據(jù)資源、電網(wǎng)、負(fù)荷條件等情況，確定風(fēng)電場(chǎng)的開(kāi)發(fā)規(guī)模，并接入合適的電壓等級(jí)［6］。丹麥、德國(guó)等歐洲國(guó)家有一定比例的小規(guī)模開(kāi)發(fā)的風(fēng)電，接入配電網(wǎng)就地消納，類(lèi)似于我國(guó)的分散式風(fēng)電開(kāi)發(fā)。西班牙、美國(guó)等國(guó)由于風(fēng)資源與負(fù)荷中心分布不均衡，小規(guī)模風(fēng)電開(kāi)發(fā)比例較低，多采用大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)，通過(guò)輸電網(wǎng)外送到負(fù)荷中心，類(lèi)似于我國(guó)的集中式風(fēng)電開(kāi)發(fā)［7］。

歐洲和美國(guó)是最早發(fā)展分布式風(fēng)電的地區(qū)。丹麥風(fēng)電機(jī)組主要并入配電網(wǎng)，接入20 千伏或更低電壓配電網(wǎng)的風(fēng)電裝機(jī)容量約占全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量的 86.7%，接入30 千伏—60 千伏電網(wǎng)的約占 3.1%。主要有兩方面原因，一是其風(fēng)電起步較早（20 世紀(jì) 70 年代），當(dāng)時(shí)受技術(shù)限制，機(jī)組規(guī)模較小，所以一般就近接入配電網(wǎng)；另一個(gè)原因是丹麥早期的各種優(yōu)惠政策鼓勵(lì)個(gè)人聯(lián)合投資開(kāi)發(fā)，且在風(fēng)電開(kāi)發(fā)過(guò)程中注重風(fēng)電機(jī)組對(duì)城市規(guī)劃及自然景觀的影響，因此社區(qū)周?chē)稚⑶乙?guī)模較小的風(fēng)電場(chǎng)較常見(jiàn)。

英國(guó)政府一直試圖通過(guò)能源效率最佳方案計(jì)劃（EEBPP）促進(jìn)風(fēng)光互補(bǔ)分布式能源的發(fā)展。在過(guò)去 20年間，已有超過(guò) 1 000 個(gè)這樣的能源系統(tǒng)被安裝在英國(guó)的農(nóng)場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、港口和海島等場(chǎng)所。尤其在農(nóng)場(chǎng)，農(nóng)場(chǎng)主只需提供出一塊地皮，自己不用投資就可以無(wú)償使用清潔能源，而投資商則可以通過(guò)電價(jià)補(bǔ)貼獲得自身利益。德國(guó)陸地風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模較小，基本連接到 6 千伏—36 千伏或 110 千伏電壓等級(jí)的配電網(wǎng)，以就地消納為主。

美國(guó)是分布式風(fēng)電應(yīng)用發(fā)展速度較快的國(guó)家之一，取得快速發(fā)展的主要因素包括：（1）分布式風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目獲得美國(guó)社會(huì)各界的大力支持；（2）美國(guó)承諾 2020年溫室氣體排放量在 2005 年的基礎(chǔ)上減少 17%，并預(yù)測(cè)2030 年全美國(guó)所需電量的 20% 將由風(fēng)電提供；（3）分布式風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的規(guī)模多樣，從 50 千瓦的小型機(jī)組到兆瓦級(jí)的大型并網(wǎng)型機(jī)組，以固定電價(jià)來(lái)滿足不同種類(lèi)用戶(hù)的電力需求；（4）分布式風(fēng)電場(chǎng)的開(kāi)發(fā)流程簡(jiǎn)單，從風(fēng)場(chǎng)評(píng)估到商業(yè)運(yùn)行的周期較短；（5）分布式風(fēng)電場(chǎng)可直接通過(guò)當(dāng)?shù)嘏渚W(wǎng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)接入。

2.3世界各國(guó)分布式風(fēng)能政策

歐洲風(fēng)電大國(guó)對(duì)風(fēng)電的發(fā)展政策主要實(shí)行強(qiáng)制回購(gòu)（Feed-in Tariff）、凈電量結(jié)算（Net Metering）和投資補(bǔ)貼（Capital Subsidies）相結(jié)合。強(qiáng)制回購(gòu)政策流行范圍較廣，歐洲大部分風(fēng)電大國(guó)都采用強(qiáng)制回購(gòu)政策；凈電量結(jié)算也是卓有成效的政策，丹麥?zhǔn)褂玫木褪窃撜?。德?guó)、西班牙和丹麥等國(guó)都建立了可再生能源配額制［8］，可再生能源發(fā)電量占比標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于吸引分布式風(fēng)電項(xiàng)目的投資起到了積極作用。

美國(guó)的風(fēng)電激勵(lì)政策也適用于分布式風(fēng)電場(chǎng)。此外，聯(lián)邦政府還專(zhuān)門(mén)針對(duì)小型分布式風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目量身訂制了詳細(xì)的政策。其中包括：可再生能源配額制、稅收抵免政策、新能源補(bǔ)貼、凈電量交換政策、清潔可再生能源債券和節(jié)能債券、設(shè)立分布式風(fēng)電項(xiàng)目專(zhuān)項(xiàng)基金用于風(fēng)電場(chǎng)評(píng)估及項(xiàng)目前期開(kāi)發(fā)、制定分布式風(fēng)力發(fā)電的接入電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)等［9］。

3　我國(guó)分布式風(fēng)能利用研究及發(fā)展現(xiàn)狀

3.1我國(guó)風(fēng)能利用整體現(xiàn)狀

“十二五”期間我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)初步形成了完整的全產(chǎn)業(yè)鏈體系，風(fēng)電機(jī)組整機(jī)設(shè)計(jì)逐步從引進(jìn)國(guó)外技術(shù)、聯(lián)合設(shè)計(jì)向自主設(shè)計(jì)發(fā)展，葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、電控系統(tǒng)等主要部件都實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化。1.5 兆瓦、2 兆瓦、2.5 兆瓦和 3 兆瓦風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)批量生產(chǎn)和應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)基本成熟；3.6 兆瓦、4 兆瓦風(fēng)電機(jī)組已小批量生產(chǎn)并在海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行；5 兆瓦、6 兆瓦風(fēng)電機(jī)組完成樣機(jī)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行；7 兆瓦風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)正在研制。風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)及運(yùn)維已形成行業(yè)分工，但風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維、管理的智能化和信息化水平不高。風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)、認(rèn)證體系已基本建立。

同時(shí)，我國(guó)在風(fēng)資源特性研究、翼型的氣動(dòng)理論、設(shè)計(jì)方法和翼型族的研發(fā)等方面取得了一些成果，初步具備風(fēng)力機(jī)專(zhuān)用翼型的自主研發(fā)能力。在適應(yīng)我國(guó)低風(fēng)速、高海拔、抗臺(tái)風(fēng)、低溫條件的風(fēng)電機(jī)組技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了自主創(chuàng)新，大型風(fēng)電機(jī)組葉片、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、變流器等關(guān)鍵部件實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)進(jìn)步，可滿足我國(guó)陸上風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)的需要；中小型風(fēng)電也得到發(fā)展。潮間帶風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)以及潮間帶海上風(fēng)電運(yùn)輸、吊裝和運(yùn)維等關(guān)鍵技術(shù)取得進(jìn)展。

3.2我國(guó)分布式風(fēng)能利用發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)風(fēng)能分布式開(kāi)發(fā)利用落后于國(guó)外風(fēng)電大國(guó)，到目前為止，分布式開(kāi)發(fā)仍相對(duì)有限。中小型分布式風(fēng)電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)比較早，經(jīng)過(guò) 40 多年的發(fā)展歷程，技術(shù)日臻完善，使用的領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)大，近年來(lái)逐步擴(kuò)展到海島、湖區(qū)和哨所等偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行推廣和應(yīng)用。我國(guó)風(fēng)能在分布式利用方面的一大亮點(diǎn)是近幾年來(lái)建成的分散式風(fēng)電項(xiàng)目，風(fēng)能分散式并網(wǎng)應(yīng)用具有較好的靈活性和適應(yīng)性，可以做到就地消納和少棄風(fēng)或無(wú)棄風(fēng)；對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的控制、管理、后期服務(wù)也更加容易。分散式開(kāi)發(fā)將成為大型風(fēng)電設(shè)備分布式利用的一種極具潛力的模式。

到 2014 年底，國(guó)家能源局?jǐn)M核準(zhǔn)計(jì)劃內(nèi)的分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目有 18 個(gè)，共計(jì) 83.7 萬(wàn)千瓦。已核準(zhǔn) 15 個(gè)項(xiàng)目，核準(zhǔn)容量達(dá) 76.2 萬(wàn)千瓦。目前國(guó)內(nèi)已建成并網(wǎng)的項(xiàng)目有 11 個(gè)，并網(wǎng)容量為 52.35 萬(wàn)千瓦。如華能定邊狼爾溝分散式示范風(fēng)電場(chǎng)、內(nèi)蒙達(dá)茂高腰海風(fēng)電場(chǎng)等。達(dá)茂高腰海風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組投運(yùn)后，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)網(wǎng)提供了有力的電源支撐點(diǎn)，在春、夏高負(fù)荷時(shí)期，有效地緩減了農(nóng)網(wǎng)的用電負(fù)荷，減少了地區(qū)網(wǎng)損；風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行電量就地消納，未發(fā)生過(guò)限電情況，等效利用小時(shí)遠(yuǎn)超當(dāng)?shù)卮笮惋L(fēng)電場(chǎng)平均值。

近幾年我國(guó)也建起數(shù)座以風(fēng)電為主、多能源互補(bǔ)的分布式微電網(wǎng)系統(tǒng)，如金風(fēng)科技股份有限公司以大型風(fēng)電機(jī)組為主的分布式智能微網(wǎng)示范項(xiàng)目——江蘇大豐商業(yè)園區(qū)分布式微電網(wǎng)示范項(xiàng)目（圖1），每度電成本達(dá)到 0.48元，單位電價(jià)低于電網(wǎng)，每度電可節(jié)省 0.11 元左右，為園區(qū)提供了 37% 的電力供應(yīng)。浙江電力科學(xué)院承建的舟山東福山島風(fēng)光儲(chǔ)柴微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（圖2），全島負(fù)荷用電基本由新能源提供；獨(dú)立供電系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式下的電能質(zhì)量都能達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，為偏遠(yuǎn)地區(qū)供電提供了一種新模式。

3.3我國(guó)分布式風(fēng)能政策

2011 年以來(lái)，國(guó)家能源局出臺(tái)了《關(guān)于分散式接入風(fēng)電開(kāi)發(fā)的通知》和《分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)》，對(duì)分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目的定義、接入電壓等級(jí)、項(xiàng)目規(guī)模、核準(zhǔn)審批、工程建設(shè)和驗(yàn)收等都作了嚴(yán)格的界定，清晰表明了國(guó)家鼓勵(lì)風(fēng)電分散式開(kāi)發(fā)的態(tài)度［2，10］。作為行業(yè)風(fēng)向標(biāo)的《做好 2014 年風(fēng)電并網(wǎng)和消納工作》通知中，提出大力推動(dòng)分散風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)建設(shè)。

盡管我國(guó)政府和相關(guān)機(jī)構(gòu)出臺(tái)了一些有關(guān)分布式發(fā)電政策，但分布式風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)發(fā)展總體有所滯后，可借鑒的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)也較少。國(guó)家電網(wǎng)公司制定了《分散式風(fēng)電接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，對(duì)并網(wǎng)技術(shù)做出了規(guī)定，但是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系還亟待健全。因此需要結(jié)合我國(guó)發(fā)展的實(shí)際需求，建立完善相應(yīng)的政策、法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)，以加速風(fēng)能分布式應(yīng)用的發(fā)展。

圖1　江蘇大豐商業(yè)區(qū)接入智能微電網(wǎng)示范項(xiàng)目的風(fēng)電機(jī)組

圖2　東福山島接入風(fēng)光儲(chǔ)柴微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組

4　我國(guó)分布式風(fēng)能利用發(fā)展前景與路線圖

4.1我國(guó)未來(lái)風(fēng)能發(fā)展資源與成本分析

我國(guó)風(fēng)能資源豐富，開(kāi)發(fā)潛力巨大。按照第四次全國(guó)風(fēng)能資源詳查和評(píng)價(jià)，70 米高度陸上 3 級(jí)及以上風(fēng)能開(kāi)發(fā)量在 26 億千瓦以上，海上（5—50 米水深）100 米高度的潛在開(kāi)發(fā)量在5億千瓦左右。在現(xiàn)有風(fēng)電技術(shù)條件下，中國(guó)風(fēng)能資源足夠支撐 20 億千瓦以上風(fēng)電裝機(jī)［11］。風(fēng)電可以成為未來(lái)能源和電力結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。

根據(jù)我國(guó)陸上風(fēng)能資源、建設(shè)條件和現(xiàn)有主流的兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理等技術(shù)水平，目前陸上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的成本在 0.35—0.5 元/千瓦時(shí)左右，電價(jià)水平確定為 0.47—0.6 元/千瓦時(shí)，未來(lái)將逐年下調(diào)。而分散式、分布式風(fēng)電的成本和電價(jià)都要高于大型風(fēng)電場(chǎng)的成本和電價(jià)。在現(xiàn)有定價(jià)機(jī)制下，即不考慮煤電的資源、環(huán)境成本前提下，風(fēng)電成本和電價(jià)水平高于煤電成本和電價(jià)水平。

從未來(lái)發(fā)展來(lái)看，陸上風(fēng)電機(jī)組仍有 10%—20% 左右的成本下降空間，如果考慮人工和施工價(jià)格可能的上漲因素，2020 年、2030 年和 2050 年陸上風(fēng)電開(kāi)發(fā)投資可分別降至 7 500、7 200 和 7 000 元/千瓦時(shí)左右（按照目前不變價(jià)格計(jì)算）［12］。而分散式、分布式風(fēng)電的成本和電價(jià)也會(huì)是下降的趨勢(shì)。

因此，風(fēng)電機(jī)組價(jià)格、風(fēng)電場(chǎng)投資和運(yùn)行維護(hù)成本的降低將相應(yīng)地拉低風(fēng)力發(fā)電成本。而 2020 年后，風(fēng)電價(jià)格將低于煤電的價(jià)格。

4.2我國(guó)未來(lái)風(fēng)能利用發(fā)展前景分析

（1）2020 年前。每年風(fēng)電新增裝機(jī)達(dá)1500萬(wàn)千瓦左右，到 2020 年，風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)達(dá)到 2 億千瓦［12］。風(fēng)電在電源結(jié)構(gòu)中具有一定的顯現(xiàn)度，占電力總裝機(jī)的11%，風(fēng)電電量滿足 5% 的電力需求。

（2）2020—2030 年。風(fēng)電成本低于煤電，每年新增裝機(jī)在 2 000萬(wàn)千瓦左右，全國(guó)新增裝機(jī)中，30%左右來(lái)自風(fēng)電。到 2030 年，風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)超過(guò) 4 億千瓦，在全國(guó)發(fā)電量中的比例達(dá)到 8.4%，在電源結(jié)構(gòu)中的比例擴(kuò)大至 15% 左右［12］。

（3）2030—2050 年。風(fēng)電每年新增裝機(jī)約 3 000萬(wàn)千瓦，占全國(guó)新增裝機(jī)的一半左右，到 2050 年，可以為全國(guó)提供 17% 左右的電量，風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到 10 億千瓦，在電源結(jié)構(gòu)中約占 26%，風(fēng)電成為我國(guó)主力電源之一［12］。

（4）全面推進(jìn)分布式并網(wǎng)用電技術(shù)應(yīng)用和能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。從根本上改善“三北”和東中部地區(qū)分散式、分布式風(fēng)電的并網(wǎng)和消納條件。

圖3　分布式風(fēng)電產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路線圖

4.3我國(guó)分布式風(fēng)能利用發(fā)展路線圖

在分布式風(fēng)能利用方面，未來(lái)將在基礎(chǔ)理論研究、高技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新、示范應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化推廣方面進(jìn)行整體布局（圖 3）。

（1）2016—2020 年，將在分布式風(fēng)電機(jī)組及葉片、電氣控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部件，分布式風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估、微觀選址以及分布式風(fēng)能利用與其他可再生能源互補(bǔ)綜合利用等方面開(kāi)展基礎(chǔ)理論、共性技術(shù)問(wèn)題研究與公關(guān)；在分布式風(fēng)電機(jī)組整機(jī)設(shè)計(jì)、電機(jī)、變流器等關(guān)鍵部件，分布式風(fēng)能利用與其他可再生能源互補(bǔ)綜合利用系統(tǒng)集成及關(guān)鍵設(shè)備等方面開(kāi)展研發(fā)及研制。在發(fā)展大型風(fēng)電機(jī)組的同時(shí)兼顧考慮中小型風(fēng)電在分布式利用中的作用。

（2）2020—2030 年，將進(jìn)一步推動(dòng)高效、低成本、高可靠性和安全性的分布式風(fēng)能利用系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備示范應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化，在分布式風(fēng)電機(jī)組及其關(guān)鍵部件、分布式風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)方面進(jìn)一步提升自主創(chuàng)新和研發(fā)能力；在分布式風(fēng)能利用與其他可再生能源互補(bǔ)綜合利用方面，加快可再生能源多能互補(bǔ)及微電網(wǎng)示范應(yīng)用項(xiàng)目建設(shè)，將分布式風(fēng)能利用與以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等為基礎(chǔ)的信息化和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分結(jié)合，總結(jié)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和模式，推動(dòng)分布式風(fēng)能利用的規(guī)?；l(fā)展。

5　分布式風(fēng)能利用的技術(shù)創(chuàng)新需求

5.1分布式風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用基礎(chǔ)理論研究

研究高海拔、高溫、沙塵暴、臺(tái)風(fēng)、雷暴、雪霜等惡劣環(huán)境下風(fēng)特性與模型構(gòu)建，復(fù)雜地形中尺度風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模式基本數(shù)據(jù)的觀測(cè)理論方法，為進(jìn)行適合分布式風(fēng)能利用的風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)提供理論數(shù)據(jù)。

5.2適用于分布式風(fēng)電的風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)

研究耐低溫、防沙塵、抗災(zāi)害性大風(fēng)、防鹽霧及適合高原地區(qū)等各類(lèi)適合我國(guó)環(huán)境特點(diǎn)和地形條件的風(fēng)電機(jī)組整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全與先進(jìn)控制設(shè)計(jì)優(yōu)化、高性能電氣部件設(shè)計(jì)、新型材料工藝設(shè)計(jì)、制造工藝設(shè)計(jì)技術(shù)等。完善風(fēng)電公共試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，研究疲勞和極端載荷預(yù)測(cè)方法，對(duì)新型傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行再創(chuàng)新；研究分散式風(fēng)電機(jī)組在高穿透功率下的故障穿越技術(shù)；風(fēng)電機(jī)組在低風(fēng)速情況下功率控制技術(shù)以及功率波動(dòng)抑制方法，噪聲分布特點(diǎn)和噪聲分級(jí)評(píng)價(jià)方法；研究分散式風(fēng)電機(jī)組的調(diào)壓調(diào)頻技術(shù)，研究區(qū)域電網(wǎng)孤島和面臨電網(wǎng)電壓崩潰情況下的風(fēng)電機(jī)組控制方法。

5.3分布式風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件技術(shù)

開(kāi)展分布式風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件技術(shù)創(chuàng)新，包括研究先進(jìn)翼型族優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)，抗污染和抗沙塵的仿生葉片技術(shù)，抗臺(tái)風(fēng)大厚度、鈍尾緣葉片技術(shù)，葉片新型復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)性能技術(shù)。研究各應(yīng)用部件單元的運(yùn)行載荷、零部件抗疲勞、在線監(jiān)測(cè)與故障診斷等技術(shù)。研究風(fēng)電機(jī)組變流器和變槳控制系統(tǒng)等的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，研究變流器全數(shù)字化矢量控制、電磁兼容和中高壓變流等技術(shù)；研究軸承、偏航系統(tǒng)等其他零部件設(shè)計(jì)技術(shù)。中小型風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件技術(shù)創(chuàng)新。

5.4分散式風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

研究基于數(shù)值模式、遠(yuǎn)距離測(cè)風(fēng)塔的分散式風(fēng)電場(chǎng)虛擬測(cè)風(fēng)技術(shù)，研究綜合考慮風(fēng)能資源、電網(wǎng)網(wǎng)損和電能質(zhì)量等因素的分散式風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化選址方法，提出特殊地形、特殊環(huán)境下的分散式風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，結(jié)合不同地形、環(huán)境及應(yīng)用情景因地制宜開(kāi)展分散式風(fēng)電場(chǎng)典型應(yīng)用示范及實(shí)證研究。

5.5分散式風(fēng)電并網(wǎng)接入技術(shù)

為提高分散式風(fēng)電的供電可靠性，所采用的機(jī)組除應(yīng)滿足能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的低電壓穿越能力和有關(guān)電壓偏差、閃變、諧波等技術(shù)要求外，還應(yīng)進(jìn)一步提升技術(shù)水平。針對(duì)分散式風(fēng)電機(jī)組接入對(duì)配電網(wǎng)的影響，分析分散式風(fēng)電接入對(duì)配電網(wǎng)的影響特性和規(guī)律，研究分散式風(fēng)電接入的電壓與無(wú)功優(yōu)化控制技術(shù)；研究分散式風(fēng)電接入配電網(wǎng)后的潮流控制與保護(hù)技術(shù)；研究分散式風(fēng)電機(jī)組防孤島保護(hù)技術(shù)。

5.6分布式風(fēng)能利用與其他可再生能源互補(bǔ)綜合利用

分布式風(fēng)能利用可以方便地與光伏、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等可再生能源相結(jié)合，進(jìn)一步可以結(jié)合水電、氫能、常規(guī)化石能源、智能電網(wǎng)等，開(kāi)展分布式風(fēng)能與其他可再生能源甚至常規(guī)化石能源的綜合利用，探索分布式風(fēng)能利用的新模式。研究分布式風(fēng)能利用與其他能源形式互補(bǔ)綜合利用的系統(tǒng)集成技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)、協(xié)同控制技術(shù)等，結(jié)合當(dāng)?shù)刎?fù)荷與電網(wǎng)條件，因地制宜，合理設(shè)計(jì)，優(yōu)化能源利用效率。

6　我國(guó)分布式風(fēng)能發(fā)展政策保障措施

對(duì)于分散式風(fēng)電，按照國(guó)家能源局《關(guān)于分散式接入風(fēng)電開(kāi)發(fā)的通知》，風(fēng)電發(fā)電量的電價(jià)補(bǔ)貼執(zhí)行國(guó)家統(tǒng)一的分地區(qū)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國(guó)分散式風(fēng)電開(kāi)發(fā)的布局和項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模，分散式風(fēng)電主要集中于中部和南部等風(fēng)資源一般的地區(qū)，考慮到這類(lèi)地區(qū)覆蓋范圍廣，不同地區(qū)風(fēng)資源差異大，且分散式風(fēng)電單個(gè)項(xiàng)目規(guī)模?。ú怀^(guò) 5 萬(wàn)千瓦），安裝機(jī)組數(shù)量較少，風(fēng)電開(kāi)發(fā)單位成本較高，因此現(xiàn)有電價(jià)無(wú)法反映風(fēng)電實(shí)際成本，存在電價(jià)激勵(lì)不足的問(wèn)題。建議根據(jù)分散式風(fēng)電開(kāi)發(fā)的資源條件、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)容量、運(yùn)行維護(hù)等情況，精細(xì)化制定分散式風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)政策。

按照國(guó)家能源局《關(guān)于分散式接入風(fēng)電開(kāi)發(fā)的通知》，電網(wǎng)企業(yè)對(duì)分散式風(fēng)電發(fā)電量應(yīng)認(rèn)真計(jì)量，全額收購(gòu)。借鑒集中式風(fēng)電消納的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)于分散式風(fēng)電的收購(gòu)應(yīng)綜合考慮分散式風(fēng)電開(kāi)發(fā)潛力、配電網(wǎng)的分散式風(fēng)電接納能力、當(dāng)?shù)刎?fù)荷水平、配電網(wǎng)運(yùn)行安全水平等的協(xié)調(diào)，制定合理的分散式風(fēng)電開(kāi)發(fā)總量目標(biāo)，確定合理的電量收購(gòu)制度，從而保證全額收購(gòu)切實(shí)可行。近期國(guó)家能源局起草了《可再生能源發(fā)電全額保障性收購(gòu)管理辦法（征求意稿）》，并于 2015年 12 月 28 日向全社會(huì)廣泛征求意見(jiàn)。

同時(shí)我國(guó)應(yīng)進(jìn)一步完善適應(yīng)可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的市場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)制，建立完善可再生能源法律保障、綜合管理和專(zhuān)業(yè)監(jiān)管體系，完善投資、電價(jià)、電網(wǎng)調(diào)節(jié)電源補(bǔ)貼政策，鼓勵(lì)商業(yè)模式創(chuàng)新，推動(dòng)包括風(fēng)能在內(nèi)的多種可再生能源在我國(guó)綠色低碳能源戰(zhàn)略實(shí)施及生態(tài)文明建設(shè)過(guò)程中更好地發(fā)揮作用。

7　結(jié)語(yǔ)

分布式風(fēng)能利用可以作為風(fēng)能大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)的一種有益補(bǔ)充，在我國(guó)未來(lái)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮積極作用。但只有在適當(dāng)?shù)恼摺C(jī)制的激勵(lì)下以及持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新支撐下，才能促進(jìn)我國(guó)風(fēng)能開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)向集中規(guī)模開(kāi)發(fā)與分布式開(kāi)發(fā)并重的局面，推動(dòng)我國(guó)風(fēng)能產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。總體而言，分布式利用是風(fēng)能未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向和趨勢(shì)。

1 中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì). 2014中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì). ［2015-12-20］http：//www.cweea.com.cn/htm l/hangyeshuju1/201505/07-43747. htm l.

2 國(guó)家能源局. 分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)（國(guó)能新能 ［2011］ 374號(hào)）. 2011.

3 李征， 蔡旭， 郭浩， 等. 分散式風(fēng)電發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)及政策分析.電器與能效管理技術(shù)， 2014， （9）： 39-44.

4 祁和生. 政策驅(qū)動(dòng)分布式風(fēng)電迎來(lái)發(fā)展新機(jī)遇. 風(fēng)能產(chǎn)業(yè)，2013， （5）： 11.

5 世界風(fēng)能協(xié)會(huì). New Record in Worldw ide W ind Installations. http：//www.ww indea.org/new-record-in-worldw ide-w indinstallations/.

6 王彩霞， 李瓊慧. 促進(jìn)我國(guó)分散式風(fēng)電發(fā)展的政策研究. 風(fēng)能產(chǎn)業(yè)， 2013， （9）： 46-52.

7 何國(guó)慶. 分散式風(fēng)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題分析. 風(fēng)能產(chǎn)業(yè)， 2013，（5）： 12-14.

8 于海洋， 武國(guó)良， 陳光， 等. 國(guó)外分散式風(fēng)力發(fā)電政策研究及對(duì)中國(guó)的啟示. 黑龍江電力， 2013， 35 （3） ： 235-238.

9 齊放， 劉亞非， 梁亮， 等. 美國(guó)分布式風(fēng)力發(fā)電政策研究及啟示. 能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)， 2012， 24 （2）： 5-9.

10 國(guó)家能源局. 關(guān)于分散式接入風(fēng)電開(kāi)發(fā)的通知（國(guó)能新能 ［2011］ 226號(hào)）. 2011.

11 中丹可再生能源發(fā)展項(xiàng)目管理辦公室. 中國(guó)可再生能源發(fā)展路線圖 2050. ［2016-1-12］.http：//www.cspp laza.com/ article-4436-1.htm l.

12 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所.中國(guó)風(fēng)電發(fā)展路線圖2050. ［2016-1-12］.http：//www.fenglifadian.com/new s/ china/33489BB97.htm l.

祁和生中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)風(fēng)力機(jī)械分會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)兼秘書(shū)長(zhǎng)，教授級(jí)高級(jí)工程師。從事風(fēng)力機(jī)械方面的研究工作，曾實(shí)施了機(jī)械部系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)械科研、新產(chǎn)品項(xiàng)目，曾獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)；參與推動(dòng)實(shí)施了“七五”到“十五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目；參與了250 千瓦、330千瓦、600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)引進(jìn)工作；完成了“十一五”國(guó)家支撐計(jì)劃項(xiàng)目“大功率風(fēng)電機(jī)組研制與示范”的可研報(bào)告及課題的組織實(shí)施工作和“十二五”專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃以及“十三五”風(fēng)能子領(lǐng)域戰(zhàn)略研究；參與了《電工術(shù)語(yǔ)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的起草等工作。E-mail： qhsheng@263.net

Qi HeshengBorn in China， in 1961. He is working in the Chinese Wind Energy Equipment Association （CWEEA） and served as executive vice chairman and secretary general. He is a professor level senior engineer. He is engaged in the research of the mechanical aspects in w ind energy application. He has implemented the research and development of new products of the mechanical aspects in w ind energy application. He won the National Science and Technology Progress third prize in 1987. He participated in from 7th Five-Year to 10th Five-Year Key Programs for Science and Technology Development of China. He participated in technology import of 250 kW， 330 kW and 600 kW w ind turbine. He completed the feasibility study report and organization and implementation of 11th Five-Year National Support Program， namely Large scale w ind turbine development and demonstration. He finished the 12th Five-Year Special Plan and 13th Five-Year strategy research of w ind energy field. He participated in the drafting work of national standard， namely Electrical Term inology——W ind Turbine Generator systems. E-mail： qhsheng@263.net

Distributed App lication is an Important Direction for W ind Energy Development

Qi Hesheng1Hu Shuju2
（1Chinese Wind Energy Equipment Association， Beijing 100825， China；2Institute of Electrical Engineering， Chinese Academy of Sciences， Beijing100190 ， China）

Currently， w ind energy has become one of the most prom ising renewable energies in China. From the current problems of w ind power development， the significance of promoting the distributed application of w ind energy is pointed out. In the paper， the world-w ide development status and policy mechanism s about distributed application of w ind energy are analyzed. Then the development status and policy mechanisms in China are contrastively discussed. By contrast， the existing problems and obstacles are illustrated.The development prospects and roadmap of w ind energy distributed application in China are analyzed and proposed in detail. It is pointed out that in the future，China w ill launch the basic theory research， common technical and scientific research on w ind turbine for distributed application， the key components including blades and electrical control system， w ind resources assessment and m icro-sitting of distributed w ind farm， other renewable energy comprehensive utilization w ith distributed w ind energy and so on. Research and development w ill be carried out in the following items， including w ind turbine design for distributed application， the key components such as generator and converter， other renewable energy com prehensive utilization w ith distributed application of w ind energy， optim ized design and grid access of distributed w ind farm s. The demonstration and industrial application in w ind turbine and its key components for distributed application w ill be further promoted. The distributed w ind energy utilization w ill be fully integrated w ith information technology and internet technology based on cloud computing and big data. The advanced experience and modes are summarized to promote scale development of distributed w ind energy.In the paper，technology innovation demand of distributed wind energy application is also analyzed and proposed， which mainly includes basic research of distributed w ind energy utilization， the key technology of w ind turbine and the key com ponents for distributed utilization， optim ized design of distributed w ind farms， grid access of distributed w ind farms， other renewable energy comprehensive utilization w ith distributed w ind energy， and so on. In order to provide theoretical data for w ind turbine design of distributed application， the w ind characteristics and model building on the harsh environment， such as high altitude， high temperature， dust storms and typhoons， w ill be studied. The key technology of w ind turbine and the key components for distributed utilization w ill be researched， mainly containing w ind turbine suitable for Chinese environmental characteristics and terrain conditions， advanced blade design， modular design of converter and pitch control system. The research on virtual w ind measurement technology of distributed w ind farm based on numerical simulation and remote masts will be carried out to point out the optimized design of distributed w ind farm s for special terrain and special circum stances. The research on voltage and reactive power control， flow control and protection， islanding protection w ill be carried out when the distributed w ind power access to distribution network. A new model of distributed w ind energy w ith other renewable energy comprehensive utilizations w ill be explored. The system integration technology， key equipment， cooperative control technology of distributed w ind energy and other renewable energy comprehensive utilization w ill be studied.Suggestions of policy guarantee measures are also presented in the paper. According to the resource， project capacity， operation and maintenance of distributed w ind energy utilization and development， the tariff policy of distributed w ind energy should be elaborately developed. Reasonable amount goal of distributed wind energy development and legitimate power electricity acquisition system should be determined. M arket regulation mechanism should be im proved. A t the same time， renewable energy legal guarantee， integrated management and professional regulatory system should be established and improved. The policies of investment， pricing and power subsidies also should beimproved. Through the collaborative innovation of technology， policy and market mechanism， the renewable energy including the distributed w ind energy is promoted and plays a better role in the implementation of green low-carbon energy strategy and the development of ecological civilization.

w ind energy， distributed application， dispersed w ind farm， w ind turbine， low w ind speed

10.16418/j.issn.1000-3045.2016.02.003

*資助項(xiàng)目：中科院學(xué)部咨詢(xún)項(xiàng)目“大力發(fā)展分布式可再生能源應(yīng)用和智能微網(wǎng)”修改稿收到日期：2016年1月22日