一、風(fēng)電技術(shù)發(fā)展趨勢

 

　　(一)世界風(fēng)電技術(shù)趨勢

 

　　近年來，各國在加大風(fēng)電技術(shù)推廣應(yīng)用的同時，繼續(xù)注重技術(shù)研發(fā)。目前，風(fēng)電技術(shù)愈加成熟，新型技術(shù)不斷出現(xiàn)，專項(xiàng)技術(shù)有所突破，適應(yīng)范圍愈加廣泛，運(yùn)行水平逐步提升?？傮w來看，世界各國的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)單機(jī)容量不斷增大、容量系數(shù)與風(fēng)速區(qū)間不斷提高、適應(yīng)溫度更加廣泛、風(fēng)功率預(yù)測精度穩(wěn)步提升、可用率不斷提高等特點(diǎn)。

 

　　(二)我國風(fēng)電技術(shù)趨勢

 

　　我國風(fēng)電技術(shù)發(fā)展趨勢與世界趨于一致，同時我國又具有自身的特點(diǎn)。高海拔區(qū)域風(fēng)電技術(shù)逐漸突破。高海拔地區(qū)空氣稀薄，風(fēng)功率密度低，電機(jī)絕緣性能較差，電機(jī)散熱不良。相比低海拔區(qū)域，高海拔區(qū)域風(fēng)機(jī)建設(shè)、運(yùn)營以及維護(hù)面臨更大挑戰(zhàn)。鑒于高海拔區(qū)域具有較好的風(fēng)力資源，我國相關(guān)科研機(jī)構(gòu)、政府部門以及企業(yè)聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，已經(jīng)在云貴高原、青藏高原等高海拔地區(qū)建設(shè)并運(yùn)營風(fēng)電項(xiàng)目，推動了技術(shù)進(jìn)步，同時也促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。

 

　　單機(jī)容量增加更為迅速。我國新增風(fēng)電裝機(jī)單機(jī)容量呈逐年上漲態(tài)勢，2005年新增風(fēng)機(jī)單機(jī)容量849.7千瓦，2013年增加至1720千瓦，增加近一倍。2013年新增裝機(jī)中，1.5兆瓦機(jī)型5466臺，其余3692臺單機(jī)功率均大于1.5兆瓦，1.5兆瓦機(jī)型已經(jīng)成為基本機(jī)型。

 

　　直驅(qū)式技術(shù)得到推廣。直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)由風(fēng)力直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)，省略齒輪這一部件，亦稱無齒輪風(fēng)機(jī)。直驅(qū)風(fēng)機(jī)可有效減少風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障，而且具備高效率、低噪音以及高壽命等優(yōu)點(diǎn)。目前，我國部分風(fēng)電制造企業(yè)與外企合作，已經(jīng)為多數(shù)風(fēng)電運(yùn)營企業(yè)供應(yīng)了大量直驅(qū)風(fēng)機(jī)，如金鳳科技與德國Vensys公司合作研制出了1.5兆瓦直驅(qū)式風(fēng)機(jī)，目前已經(jīng)運(yùn)行數(shù)千臺;湘電公司研制的2兆瓦直驅(qū)式風(fēng)機(jī)也已進(jìn)入市場，其中5兆瓦直驅(qū)式風(fēng)機(jī)也已經(jīng)開始運(yùn)行。2013年新增大型風(fēng)電機(jī)組中，永磁式直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組約占33%。我國低風(fēng)速的三類風(fēng)區(qū)占到全部風(fēng)能資源的50%左右，直驅(qū)式風(fēng)機(jī)具有較大的發(fā)展空間。

 

　　變槳變速功率調(diào)節(jié)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。變槳距功率調(diào)節(jié)方式具有載荷控制平穩(wěn)、安全和高效等優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)機(jī)采用變槳距技術(shù)后，可通過改變槳距角獲取風(fēng)機(jī)需要的轉(zhuǎn)矩，即調(diào)整槳距角予以改變氣流對葉片的攻角，從而改變風(fēng)電機(jī)組對空氣動力的獲取，保持功率穩(wěn)定(高風(fēng)速)，或提高風(fēng)能利用效率(低風(fēng)速)。變速恒頻技術(shù)允許風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，而輸出頻率保持穩(wěn)定，通常與變槳距技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。2013年，我國安裝的風(fēng)電機(jī)組全部采用了變槳變速恒頻技術(shù)，而且2兆瓦以上風(fēng)電機(jī)組大多采用三個獨(dú)立的電控調(diào)槳機(jī)構(gòu)，通過三組變速電機(jī)和減速箱對槳葉分別進(jìn)行閉環(huán)控制。

 

　　全功率變流技術(shù)得到應(yīng)用。全功率變流技術(shù)是指在發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)之間接入變頻器(功率與發(fā)電機(jī)相同)，發(fā)電機(jī)電流經(jīng)過整流、逆變后成為與電網(wǎng)電壓以及頻率相同的電力。全功率變流技術(shù)在發(fā)電機(jī)故障時可進(jìn)行無功輸出，維持電壓穩(wěn)定。此種技術(shù)可較好解決低電壓穿越問題，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)友好型發(fā)展，是風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的一種趨勢。

 

　　目前，我國風(fēng)電機(jī)組葉片長度不斷增加，關(guān)鍵零部件故障率不斷降低，風(fēng)電機(jī)組可靠性能日趨提升。隨著我國風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)大，新型技術(shù)有望繼續(xù)出現(xiàn)，同時成本將有望繼續(xù)降低。

 

　　二、風(fēng)電成本研究

 

　　(一)世界主要國家風(fēng)電成本特點(diǎn)

 

　　風(fēng)電成本逐漸下降。從投資成本(包括風(fēng)機(jī)、并網(wǎng)、基建、其他設(shè)施以及安裝等等)來看，2009年全球風(fēng)電投資成本為每千瓦1450～2600美元。隨著原材料(鋼鐵、銅)成本逐漸下降、供需情況出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)以及制造商競爭激烈等因素影響，目前全球風(fēng)電成本有所下降而且范圍更加寬泛，達(dá)到每千瓦1100(中國)～2600美元(日本)，其中美國與西歐分別為每千瓦1600美元以及1700美元。相比2008年，2013年，全球(不含亞洲)風(fēng)電投資成本已經(jīng)下降近1/3，具體如圖1所示。

 

      

　　在部分風(fēng)力資源豐富的國家，風(fēng)電已經(jīng)幾乎可以和常規(guī)電源競爭。例如，巴西、澳大利亞、智利、墨西哥、新西蘭、土耳其以及南非等國家的陸上風(fēng)電幾乎可以和新建燃煤機(jī)組以及新建燃?xì)鈾C(jī)組競爭。

 

　　各國風(fēng)電成本差異顯著。各國環(huán)境差異顯著，發(fā)展規(guī)模不一，技術(shù)研發(fā)情況有所不同。在多種因素影響下，中國、美國、丹麥以及西班牙等風(fēng)電大國成本較低，而日本等國平均成本仍然較高。2012年，中國風(fēng)機(jī)平均成本為每千瓦436.6歐元，單位造價(即投資成本)為每千瓦1220歐元。相比之下，日本風(fēng)機(jī)成本為1740歐元/千瓦，造價為每千瓦2610歐元(海上風(fēng)電成本較高也是影響其他國家風(fēng)電成本較高的部分原因)。

 

　　風(fēng)電造價規(guī)模效益明顯。伯克利實(shí)驗(yàn)室對美國2012年建造的部分電站進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，電站裝機(jī)規(guī)模從小于5兆瓦到50-100兆瓦，單位投資成本隨規(guī)模增加明顯下降;大于100兆瓦時，規(guī)模經(jīng)濟(jì)逐漸消失。另外，風(fēng)電單機(jī)容量也呈現(xiàn)出一定的規(guī)模效應(yīng)，即風(fēng)電平均單位造價隨著單機(jī)容量增加而降低，尤其在低容量時這一現(xiàn)象尤為明顯。

 

      

　　(二)我國風(fēng)電成本現(xiàn)狀

 

　　2006～2013年，我國風(fēng)電造價總體呈下降趨勢。其中，2007～2009期間風(fēng)電投資成本有所回升，一方面由于風(fēng)機(jī)成本上漲，另一方面與勞動力成本以及并網(wǎng)成本上升等因素相關(guān)。2009～2013年，我國風(fēng)機(jī)供不應(yīng)求局面得到緩解，隨著規(guī)?；瘧?yīng)用以及技術(shù)不斷進(jìn)步，風(fēng)電造價重新回歸下降趨勢，2013年已經(jīng)跌至每千瓦8000元左右。

 

　　(三)風(fēng)電成本預(yù)測

 

　　1.研究方法介紹

 

　　從國際主要研究機(jī)構(gòu)(IEA、PCC、EIA等)研究方法來看，可將規(guī)模效應(yīng)作為影響投資成本的重要因素。另外，從世界以及我國風(fēng)電發(fā)展歷程來看，世界風(fēng)電裝機(jī)每年以近20%的規(guī)模增長(2003～2011)，我國多年累計(jì)風(fēng)機(jī)增長速率超過100%，而且中長期目標(biāo)顯示出明顯的規(guī)模潛力。基于以上考慮，本文假定規(guī)模效應(yīng)是影響價格的主導(dǎo)因素，結(jié)合相關(guān)機(jī)構(gòu)研究成果，利用學(xué)習(xí)曲線對我國風(fēng)電投資成本進(jìn)行預(yù)測，即根據(jù)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模預(yù)測風(fēng)電成本。若學(xué)習(xí)率為10%，即風(fēng)電規(guī)模增加一倍，單位成本下降10%。度電成本是投資者考慮的主要因素之一。考慮到投資成本、運(yùn)行成本以及貼現(xiàn)率等多種因素對度電成本的影響，本文采用國際上常用評價方法——平準(zhǔn)化發(fā)電成本——進(jìn)行研究(Levelized Cost of Electricity, LCOE)，即各項(xiàng)費(fèi)用考慮貼現(xiàn)率后，單位電量的平均成本。

 

　　2.國外風(fēng)電學(xué)習(xí)曲線及風(fēng)電成本研究進(jìn)展介紹

 

　　美國能源部對美國風(fēng)電造價進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，1982～2012年期間，美國風(fēng)電學(xué)習(xí)率為7.2%，982～2004期間學(xué)習(xí)率為14.1%，未來風(fēng)電造價仍有下降空間。IPCC匯總了主要文獻(xiàn)關(guān)于風(fēng)電造價學(xué)習(xí)率的成果，世界各國風(fēng)電造價學(xué)習(xí)率位于4%～32%區(qū)間(最早時期為971年左右)，從最新時期來看，風(fēng)電造價學(xué)習(xí)率為9%～19%。

 

　　IEA指出，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)改造以及優(yōu)化運(yùn)行等手段，2030年風(fēng)電平準(zhǔn)化發(fā)電成本可降低20%(相比2010年);同時IEA對主要專家關(guān)于平準(zhǔn)化發(fā)電成本的研究成果進(jìn)行了匯總，根據(jù)具體情況，2030年LCOE可比2011年降低0～40%。

 

　　3.我國陸上風(fēng)電成本研究

 

　　考慮到早期風(fēng)電技術(shù)處于研發(fā)示范階段、2006～2008期間風(fēng)電無序發(fā)展以及其他因素影響，本文以2009～2013年風(fēng)電造價為基礎(chǔ)對2020年進(jìn)行預(yù)測。綜合多種因素影響，采用多種學(xué)習(xí)率情景進(jìn)行了分析。其中：

 

　　8.8%學(xué)習(xí)率情景：假設(shè)未來成本符合2009～2013年趨勢，學(xué)習(xí)率為8.8%。

 

　　0%學(xué)習(xí)率情景以及5%學(xué)習(xí)率情景：考慮到市場供求關(guān)系對價格影響、地形條件影響以及不當(dāng)競爭影響，未來學(xué)習(xí)率可能偏低，本文以0%以及5%學(xué)習(xí)率予以替代。

 

　　2009～2013年新增風(fēng)電學(xué)習(xí)系數(shù)E=0.132，學(xué)習(xí)率LR=8.8%。各情景下風(fēng)電造價預(yù)測如下表所示。

 

      

 

　　三、建議

 

　　根據(jù)世界以及我國風(fēng)電技術(shù)發(fā)展趨勢，以及對我國風(fēng)電經(jīng)濟(jì)特性分析，提出建議如下：

 

　　統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。目前風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)不僅僅限于發(fā)電領(lǐng)域，還涉及到信息通訊、控制以及氣象預(yù)測等領(lǐng)域，建議以風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈為基礎(chǔ)，統(tǒng)籌考慮各領(lǐng)域?qū)︼L(fēng)電的影響，加大各部門各領(lǐng)域?qū)夹g(shù)研發(fā)的投入，推動涉及風(fēng)電行業(yè)的各領(lǐng)域共同并積極參與風(fēng)電相關(guān)技術(shù)研發(fā)，提高風(fēng)電技術(shù)整體競爭力，促進(jìn)風(fēng)電與電網(wǎng)友好型發(fā)展，同時也為提高風(fēng)電國際競爭力打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

 

　　完善技術(shù)研發(fā)體系建設(shè)。學(xué)習(xí)曲線效應(yīng)顯示，按照目前發(fā)展速度，2020年新建風(fēng)電仍然難以與煤電相競爭，提高風(fēng)電競爭力，必須進(jìn)一步通過技術(shù)進(jìn)步降低成本。我國風(fēng)電企業(yè)數(shù)量較多，競爭較為激烈，導(dǎo)致重復(fù)性技術(shù)研發(fā)頻繁發(fā)生，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，建議國家應(yīng)建立大型公共研發(fā)示范平臺，聯(lián)合多家實(shí)力較強(qiáng)企業(yè)，加大對先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)以及攻關(guān);同時加大對國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資金投入，并盡快推動科研成果向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化;進(jìn)一步建立完善的技術(shù)評級制度以及知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度，提高企業(yè)技術(shù)研發(fā)積極性以及進(jìn)一步加快企業(yè)間技術(shù)交流;進(jìn)一步完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)企業(yè)公平競爭。

 

　　充分發(fā)揮學(xué)習(xí)曲線最大效應(yīng)。受多種因素影響，各國學(xué)習(xí)曲線均不相同。我國風(fēng)電發(fā)展規(guī)模相比其他國家較大，而且發(fā)展速度較快，提升我國風(fēng)電學(xué)習(xí)率潛力較大。研究結(jié)果顯示，我國陸上風(fēng)電8.8%學(xué)習(xí)率情景相比5%學(xué)習(xí)率情景系統(tǒng)造價低11.3%左右。為充分發(fā)揮學(xué)習(xí)曲線效益，需合理規(guī)劃產(chǎn)業(yè)發(fā)展，注重地域布局，合理銜接產(chǎn)業(yè)各個環(huán)節(jié)，制定適度年度目標(biāo)，提高勞動者技能，改進(jìn)加工工藝，不斷積累工作經(jīng)驗(yàn)，推動產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)發(fā)展，降低產(chǎn)業(yè)成本。

 

　　從各個環(huán)節(jié)降低風(fēng)電LCOE。在項(xiàng)目前期過程中，注重資源選擇，重視微觀選址，落實(shí)電量輸送與消納;在建設(shè)施工階段，應(yīng)注重優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重視工程質(zhì)量;在設(shè)備采購環(huán)節(jié)注重價格控制與質(zhì)量把控，同時注重先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用與推廣;在運(yùn)營過程中，重視功率預(yù)測系統(tǒng)的應(yīng)用，提高運(yùn)營人員素質(zhì)，強(qiáng)化管理，提高系統(tǒng)可靠性;在運(yùn)營模式方面，應(yīng)不斷創(chuàng)新，發(fā)展風(fēng)光互補(bǔ)或風(fēng)氣互補(bǔ)等新型模式;在融資方面，應(yīng)創(chuàng)新商業(yè)模式，改善融資結(jié)構(gòu)，爭取國家支持。