風電在中國

陳宗器 郝紅珍

1 世界風電行業形勢

2009年12月7-19日，聯合國氣候變化大會在丹麥哥本哈根召開。本屆會議由192個國家的環境部長和其他官員們參加，商討《京都議定書》一期承諾到期后的后續方案，就未來應對氣候變化的全球行動簽署《哥本哈根協議》，為發達國家實行強制減排和發展中國家采取自主減緩行動作出了安排，并就全球長期目標、資金和技術支持、透明度等焦點問題達成廣泛共識。對溫室氣體，美國作出承諾在1990年基礎上到2020年減排17%，到2050年減排80%以上；歐盟表示2020年可減排20%～30%；巴西2020年減排36.1%～38.9%；印度表示2020年單位國內生產總值二氧化碳排放將比 2005年下降20%～25%；我國溫家寶總理表態 2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。

眾所周知，所謂溫室氣體主要是 CO2、甲烷、N2O、HFC、PFC、和SF66種，前3種主要是煤電廠和天然氣電廠排放的，排放量最大。所以目前世界上鼓勵“低碳經濟”、“碳零排放”、“綠色電源”主要指的是水電、風電、核電和光伏發電。

1973年以來，由于石油危機的頻頻出現，人們不得不把眼光落在環境污染少、技術成熟的風力發電上。表1列出2000－2009年世界主要風電國家裝機容量。

從表1看出我國在世界風電的排位，由2000年的第9位，到2005年的第8位，2006年的第6位，2007年的第5位，2008年的第4位，直到2009年的第3位，幾乎每年升一級，真可謂進步不小，中國風電活力無窮。

歐洲風電發展最為耀眼，其風電裝機占世界風電裝機的60%以上。之所以發展如此之快，主要是因為依靠政府政策引導以及立法支持。如丹麥通過征收碳排放稅，對綠色電源實行國家財政補貼，包括電價補貼、投資補貼、科研經費補貼，對風電規定電網必須收購量。德國則通過《可再生能源法》，對發展可再生能源實行各種補貼，致使 1997-2007年德國風電超越美國而位居全球首位。風電始祖丹麥由于國土較小，風電已經飽和而退位，然而其發電量占全國總發電量的22%，比例之高居全球首位。

表1 世界主要風電國家裝機容量（單位：萬kW）

風電技術是一項綜合性的高技術。它涉及空氣動力學、結構動力學、材料科學、聲學、機械工程、動力工程、電氣工程、控制技術、氣象學、環境科學等多個學科和多種領域，并相互交叉。凡是風電裝機容量居前的國家，都有本國著名的風電設備制造商作為技術支撐。由于風電市場競爭激烈，個別知名廠商被并購，一些大的跨國公司開始介入風電行業。目前世界著名的風電廠商有丹麥Vestas、美國GE wind、中國華銳、德國Enercon、中國金風、西班牙Gamesa、中國東汽、印度Suzlon、丹麥Siemens、德國Repower等，它們2009年全球風電市場的份額列于表2中。

表22009年世界10大風電制造商的市場份額（單位：%）

最近歐洲趨向發展海上風電市場，因其風速比陸地高20%，發電量可增加70%，機組利用率可以提高到30%～40%；同時占地比陸上容易，景觀及噪聲影響面小。但海上安裝復雜，要抗臺風、防鹽霧潮氣，代價較高。表3列出了2000至2008年9月歐洲已造海上風電場概況。

表3 全球已建近海風電場概況（2000年至2008年9月）

另有資料表明，截止 2008年底，歐洲已造 24處海上風電場，裝機容量1423MW，在建18處，裝機容量2406MW，到2020年總規劃裝機70000MW。單機容量10MW海上風電機正在研制中。

最新資料表明，至2009年全球海上風電發展最猛的國家累計裝機容量英國為 894MW，丹麥為625.9MW，荷蘭為 246.8MW，瑞典為 163.3MW。Repower公司為德國Alpha Ventas海上風電場提供了10臺6MW海上風力機，該機的機艙和葉輪組件總重達 450t，并采用了高壓雙饋感應發電機及配套變流器，葉片長61.5m。該風電場離岸約40km，造價巨大，每千瓦造價超過3.5萬元人民幣。

2009年，在新增海上風力機裝機容量方面，西門子以70.3%的市場份額位居第一，Vestas以19.2%的市場份額位居第二。在累計海上裝機方面，西門子50.3%的市場份額高于Vestas 39%的市場份額。在海上風電場的開發中，風機價格占到總投資的30%～50%；基礎設施占 15%～25%；并網成本占15%～30%，安裝費占成本的30%。

2 我國風電為什么這樣火

我國風電行業之所以能快速發展，主要基于下列原因：

（1）風電是典型的資源節約型和環境友好型的發電方式。它是一種清潔的永久持續能源，與傳統能源相比，不依賴化石燃料，沒有燃料供求和價格風險，不排放溫室氣體和污染環境，能源回報率高；與水電相比，不淹沒土地，不產生移民問題；與核電相比，不產生難以處理的核廢料以及一旦出事造成的災難性事件；與生物質能發電方式相比，不產生環境污染，不與民爭糧，不需要龐大的物料收集系統；與光伏發電相比，電價相對低廉，且占地相對較少。表4列出了各種發電方式費用及問題比較。

（2）我國幅員遼闊，風能資源豐富。根據我國氣象局公布的我國首次風能資源詳細評價取得的發展和階段性成果表明，我國陸上離地面 50m高度達到 3級以上風速的風能資源潛在開發量為 23.8億kW，其中技術可開發量級為 6億 kW。此外，我國東部沿海水深5～25m的海域，50m高風能資源經濟可開發量級為2億kW。風能資源總量遠超我國水能資源，完全可期望在2050年達到數億kW容量，成為水力發電后又一種大規模可再生能源發電方式。而且我國風電資源豐富地區主要在新疆、甘肅、內蒙、東北高原或草原地帶以及沿海丘陵、島嶼或灘涂地帶。那里地瘠民窮，人口稀少。雖然由于風能資源密度低，建設一座10MW的風電場，至少需用地2km2，建設大型風電場需要占用大片土地，但它并不影響當地放牧或水產養殖，不擾民，且為民謀福利。

（3）我國風電行業已經初具規模。2003年以來，國家采取政府支持和市場機制相結合的方式，連續組織了七期風電特許權招標項目，有力地推動了風電規模化發展。通過許可證轉讓、技術引進、聯合和自主設計等方式，特別是眾多資深電機和機械制造商以及所有發電集團參與風電開發，進步突飛猛進，已形成風電行業的產業鏈。表5列出我國風力機市場的國產化率。

表5 我國風力機市場的國產化率（單位：%）

（4）風電技術日趨成熟，成本越來越低，在國外已接近煤電成本。根據美國最新資料，2009年美國風電總裝機量 35159MW，其發電量占總發電量2.4%。當年投入風電投資210億美元，增加風電容量9994MW，每個風電場平均規模約為90MW，造價每千瓦2000美元，平均單機容量為1.74MW，風電成本已達到每千瓦時6美分，預計2030年風電可達總電力供應量的6.4%。

根據表4，我國風電上網電價為0.55元，雖然比不上水電，但與煤電相比，價格尚嫌過高，但如果煤電要考慮建設煤礦、運煤鐵路和公路，建設火電機組的脫硫脫硝裝置，實施碳排放稅，其電價甚至就可能會超過風電電價。

另外，風電建設周期短，整機及其配套零部件全系工廠化生產，安裝調試單機僅需3個月，一座30MW的風電場也只需17個月就可以建成。

3 中國風電發展的基本歷程

中國首座風電場是山東榮城風電場，1986年5月安裝3臺丹麥Vestas 55kW風電機，此后發展緩慢，1996年才達57.5MW，2000年風電裝機才排名全球第9位。進入新世紀以后并網風電場有較大發展，從2001-2009年，并網風電場數順次為25、32、40、43、59、68、158、199、423處，到2009年風電裝機已排名世界第3位。概括說來，我國并網風電發展大致可分為3個階段。

（1）初期示范階段（1986－1993年）

此階段主要是利用國外贈款及貸款，建設小型示范風電場，政府的扶值主要是在資金方面，如投資風電場項目及風力機的研制。認識上囿于風電只能小打小鬧，成不了氣候，同時入網也困難，進展十分緩慢。

（2）產業化建立階段（1994－2003年）

1994年規定電網管理部門允許風電場就近上網，電價按發電成本加還本付息，合理利潤的原則確定，高出電網平均電價部分，其差價采取均攤方式，由全網共同擔負，電網公司統一收購處理。投資者利益得到保障，貸款建設風電場開始發展。其后國家發改委又規定，銀行還款期限延長到15年，增值稅減半為8.5%。但是隨著電力體制向競爭性市場改革，風電由于成本高，發展緩慢。

（3）規模化及國產化階段（2003年迄今）

為了大規模商業化開發風電，國家發改委從2003年起推行風電特許權項目，每年一期，通過招標選擇投資商和開發商，目前已經進行了七期。通過特許權項目招標的實踐，可以看出這是國家發展風電的重要舉措，它明確了風電不參與電力市場競爭，對規定的上網電量承諾固定電價；電網公司投資建設連接風電場的輸變電設施；降低上網電價，打破電力部門辦電網的壟斷，吸引國內外投資者，提出對機組國產化率的要求等。促進了近幾年風電的大發展，可見表6所示。

表6 2003-2009年中國風電裝機增長

各地為了貫徹胡錦濤總書記的科學發展觀，認真落實溫家寶總理在哥本哈根會議作出的節能減排的許諾，紛紛發展風電，特別是貧瘠的三北地帶，它也是一種扶貧的舉措，可以帶動當地就業。表 7列出了我國電裝機排名前8名省市。

表7 我國風電裝機排名前8名省市

根據國家《新能源產業振興規劃》，2020年我國風電總裝機容量將達1.5億kW，規劃中將打造7個千萬千瓦級風電基地，其中甘肅酒泉規劃3565萬kW，新疆哈密2000萬kW，內蒙古東部3000萬kW，江蘇1000萬kW包括近海700萬kW，吉林西部2300萬kW，主要在松原市和白城市。

在前幾期風電特許權項目中，有國產化率 70%的要求，迫使外商輸出技術或在中國合資和獨資建廠，圖謀在中國龐大的風電市場中分得一杯羹。例如丹麥Vestas2006年在天津建有風電機、機艙、葉片、機械廠和控制系統廠，后又在徐州和呼和浩特建廠。截止到2009年底，我國已累計安裝風電機2043臺，總容量達2106.6MW，擁有員工約3000人。西班牙Gamesa 2006年起在天津設廠，提供850kW中型風力機，截止到2008年底，在華裝機已超過500MW，2010年在白城建廠生產 2MW 機組。美國 GE Wind2007年起沈陽工廠投產，在中國市場主要銷售1.5MW機組，目前累計銷售895臺，其中已運行688臺，2009年安裝53臺，2010年將安裝154臺。印度Suzlon2006年起生產1.5MW風力機，從2007年到2008年末已在華安裝200臺機組。德Repower在華建立合資廠瑞能北方風電公司可生產MM82型低溫型2MW機組，已在廣東陸豐甲湖安裝24臺，山東東營河口安裝25臺，機組配有先進的控制系統，具有低壓穿越、無功補償等功能，平均可用率達98%。此前還為浙江運達及金風提供過 750kW 生產許可證，為東汽提供2MW生產許可證。另外西門子公司2009年在上海臨港建葉片和機艙廠，生產2.3MW和3.6MW葉片，生產能力年500MW。Nordex在銀川建1.5MW機組裝配廠，在東營建立葉片廠。西班牙Acciona在南通建合資風力機廠。上述廠商它們在MW級風力機，特別是海上風力機擁有相當實力。

4 我國風電行業的崛起

近4年來，我國風電場建設進程突飛猛進，表現出強勁的發展態勢。從表6能看出4年連續的裝機翻番，到2009年全國已擁有423座風電場，單臺風機平均容量已從 2001年的 681kW，躍升到 2009年的1360kW，而歐洲為2000～3000kW，美國為1740kW，全球平均為 1599kW。眾所周知，隨著單臺容量的提高，風電場投資可大幅度下降，風電成本也隨之下降。截止到2009年底我國已安裝風電機2581萬kW，并網風電達2268萬kW，累計發電量516億kW·h，規劃要求到2015達到9000萬kW，2020年達到1.5億kW。表8列出到2009年底我國風電市場分配表，可充分說明我國風電行業已達到相當水平。

目前我國已有風電整機廠82家，國內企業大致可以分為三個梯隊，第一梯隊為華銳、金風、東汽三家已占國內市場 55.5%；第二梯隊為明陽、國電聯合動力、運達、上海電氣、常州新譽、湘電、南車時代、北重等企業；第三梯隊則為其余的整機廠；第二、三梯隊只能占到我國市場的 14.7%，當然在市場劇烈競爭中還能涌現后起之秀。但是有關當局認為：隨著我國風電產業的高速發展，風電制造業的生產能力急速擴張，大批兆瓦級新型機組產品匆忙投入規模化生產和野外運行，隨之而來的是產品質量問題越來越突出，風電機組可利用率達不到95%的要求，加大了風電項目的技術和經濟風險。國家能源局將準備提出《行業準入標準》要求準入企業能生產大于等于 2.5MW 整機，生產能力年達100萬kW以上，改擴建不小于50萬kW，并且要求有5年以上的從業經歷。這些條款可能會抑制住風電制造廠的盲目發展。下面介紹國內風電巨頭。

表8 2009年止我國風電市場分配表

華銳風電科技集團股份有限公司，2006年從大連重工脫穎而出，其技術最初來自奧地利 Windtec和Fuhrlander，現已有完全自主知識產權 1.5MW、3MW雙饋式變槳變速型風力機。擁有大連、鹽城、包頭、酒泉四個基地，職工2000人，2009年營業額超過130億元。其中產品通過德國勞埃德船級社認證，截止 2009年運行風機2000臺，可利用率達96%。2010年1月成立海上風電技術裝備研發中心，其 3MW海上風電機34臺，已安裝在上海東海大橋，2010年6月8日已并網運行。2009年曾出口印度10臺1.5MW風力機。

新疆金風科技股份有限公司1998年成立，是風電行業的元老，它已收購德國Vensys公司，2009年營業額107億元，利潤達20億元，擁有北京亦莊、烏魯木齊、包頭、酒泉、西安、大豐、德國 Neunkirchen七個制造基地。職員2527人，擁有制造、投資、服務、零部件公司。2009年生產1.5MW機組1391臺，750kW機組782臺。截止到2009年9月30日完成安裝4691臺。2009年曾出口美國3臺1.5MW風力機。

東方汽輪機廠1974年投產，主要生產電站用汽輪機，2004年引進德國Repower技術生產1.5MW、2.5MW、1.0MW風電機，其配套件國產化率達80%。擁有德陽和天津兩個生產基地。2009年1月至9月共生產風力機150.15萬kW，截止2009年共生產風電機438.7萬kW。

5 我國風電發展亟待解決的問題

目前我國安裝的基本都是水平軸風力機，主要有定槳距失速型和變速變槳距型。對變速變槳距型發電機組，從風輪到發電機的驅動方式可分為3種：第一種是通過多級增速箱驅動雙饋異步發電機，簡稱雙饋式。第二種是風輪直接驅動多極同步發電機，簡稱為直驅式（或無齒輪箱式）。直驅式發電機具有傳動鏈能量損失小，維護費用低，可靠性高等優點，在市場上正在占有越來越大的份額。第三種是單級增速裝置加多極同步發電機技術，簡稱混合式，混合式設計旨在融合雙饋式和直驅式機組的優點而避免其缺點。

一般風力機具有機械、液壓、控制、電氣、偏航及制動六大系統。其部件則有葉片、輪轂 、風輪、塔架、齒輪箱、發電機、機艙底座等。我國制造的“軟肋”主要在主軸承、控制系統、變流器3個方面。對我國氣候特征，應考慮耐低溫、耐沙塵暴、耐颶風、耐鹽霧、耐雷暴、高原等特殊要求。

目前業界意見對風電發展亟需解決的問題是并網、儲能和有序發展三個主要問題。

（1）國內外進行的一些研究表明，當電網電壓跌落到一定數值時，如果不采取任何技術措施，雙饋感應發電機風力發電系統就將會被電網切除。這種情況在風電比例不高的電力系統中是可以接受的，但對主要風電機組組成的電力系統就會造成電網電壓和頻率崩潰，給工業生產帶來巨大損失。直驅多極同步發電機發電后，通過交-直-交變換后并入電網，已被證實在低電壓運行特性方面擁有出色的性能。電網公司已對并網付出了很大努力，2009年全國總安裝容量為2581萬kW，而并網風力機達2268萬kW，并網率達88%。然而電網公司對強大電風基地和當地弱勢電網感到非常棘手。

（2）風電具有的隨機性、間歇性和不可持續性，曾一度被電力界稱為“垃圾電”，歐洲有關人士曾說過，風電總量不可能超過電網總量的22%，否則對整個電能質量有較大影響。然而目前丹麥風電量已占全國電量的22%仍然安全運行。原因是丹麥屬于北歐電網一部分，當風電富余時，挪威的抽水蓄能電站就可將風電儲存起來。但是目前國內籌建的酒泉、哈密、蒙東、蒙西、河北、江蘇和吉西7個千萬千瓦級風電基地，如何送出是一個大問題，鑒于后5個基地附近都有大電網可以消納，只有酒泉及哈密如何消納風電，是值得關注的問題，其附近屬缺水地區，沒有條件建設抽水蓄能電站。因此有人曾提出在當地建設高耗能產業，或者建立火電群，將火電與風電打捆后送出。在美國發展出一種插電式電動車分布式儲能裝置在夜間充電，與風電高度發電時段正好吻合。但筆者認為這還是一種小容量的儲能裝置，對千萬千瓦級風電群起不了多大作用。

（3）風電有序發展問題。目前有輿論聲稱我國風電發展有些發瘋了。其實風電對我國還是很需要的，但是風電制造業確實有些過多，有些盲目發展。有些不具資質的企業，投入巨額的投資，一旦將來攬不到業務而破產，對整個國家來講也是一個巨大的損失。目前國家能源局擬頒發的《風電制造業準入標準》將會對此現象起到很大的遏制作用。