風力發電的現狀及化學儲能的研究進展

唐偉航

【摘 要】電能作為一種綠色環保清潔的能源，在社會發展中扮演著越來越重要的角色。在常規能源瀕臨枯竭和全球生態環境惡化的雙重壓力下，風能作為一種新興可持續性的綠色環保能源，備受世界各國的關注。論文就風力發電的發展現狀及化學儲能技術的研究進展進行綜述，旨在推進我國風電建設更加快速發展。

【Abstract】Electric energy as a green and clean energy， plays an increasingly important role in social development. Under the dual pressures of conventional energy depletion and global ecological deterioration， as a new and sustainable green energy resource， wind energy attracts more and more attention all over the world. In this paper， the development status of wind power and the progress of chemical energy storage technology are reviewed， which aims to promote the development of wind power in China.

【關鍵詞】風力發電；化學儲能；電能

【Keywords】 wind power generation； chemical energy storage； electric power

【中圖分類號】TM614 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）08-0159-02

1 我國風能資源的地域分布

我國是能源消費大國，能源消費總量位居世界第二。據國家統計局公布的數據顯示，2010年我國煤炭儲量2793.9億噸，石油317435.3萬噸，天然氣37793.2億m3，分別占世界的13.3%、1.1%和1.5%。人均資源量少、資源消耗量大、資源利用效率低下、能源結構不合理、以及能源供需矛盾突出[1]，成為我國能源行業最基本的現狀。

我國風能資源豐富，開發前景巨大。我國東北、華北、西北（三北）和東南沿海及附近島嶼地區，擁有著豐富的風能資源。資料顯示，全國平均風功率密度為100W/m2，風能資源總儲量約32.26億kW，陸地、近海地區可開發和利用的風能儲量分別有2.53億kW、7.5億kW，僅次于俄羅斯和美國。同時全國第2次風能資源普查結果也顯示，中國陸地離地面50m的風能是離地面10m的一倍，50m高的風能經濟可開發量約15億kW[2]。目前，我國已經成為全球風力發電規模最大、增長最快的國家。

2 我國風電的發展現狀

風力發電是目前最成熟、發展最快、最具開發前景和商業化發展前景的新興發電方式。我國風電發展始于上世紀80年代，起步較晚。在國家政策措施的推動下，近年來我國風電產業步入從粗放式的數量擴張，向質量型、效益型轉變，穩定持續增長的新階段。2006-2009 年連續 4 年并網風電新增裝機容量實現翻倍增長。2010年我國新增風電機組12904臺，裝機18927.99MW，2011年全年風力發電再增裝機達1763.09萬kW，累計裝機容量達到6236.42 萬kW，比同期火電、水電、核電增速高出30%～50 %，居世界第一位。2013年全國新增風電并網容量14490MW，累計并網容量77160MW，成為新能源中排名第一的能源，也是僅次于火電、水電的第三大電源[3]。2015年我國風電裝機量再創新高，全國累計安裝風電機組92981臺，累計裝機容量145362MW，同比增長26.8%，較10年風電裝機量增長47倍[3]。截至2016年10月，我國風電并網容量為14122萬kW，同比增長27.67%。2016年國家能源局《可再生能源“十三五”發展規劃》提出，到2020年非化石能源占能源消費總量比例達到15%，2030年達到20%，規劃了“十三五”風電的發展目標，到2020年底風電累計并網裝機容量達到2.5億kW。隨著風電技術的進一步成熟，相信風電必將由補充能源發展為替代能源，并最終成為主流能源。

3 我國風電目前存在的問題

我國風電發展迅猛，無論從裝機容量、還是發展規模，都躋身于世界風電大國的行列。但是在風電發展中也出現了瓶頸問題，即棄風限電。資料顯示，2013年全國因棄風限電造成的損失電量達到16231GWh[4]。2016年國家能源局《可再生能源“十三五”發展規劃》顯示，2016年前三季度，甘肅、新疆、吉林、內蒙古等10個省區存在棄風，其中前三位的是甘肅、新疆和內蒙古，棄風率分別為46%、41%和23%，棄風電量達到394.7億Kw，比2015年全年的339億Kw還多55.7億Kw，棄風率和棄風電量均創出歷史新高。三北地區風力資源豐富，裝機容量大，地區消納能力有限，電網建設薄弱，特高壓外送通道不足，出現風能資源地理分布與現有電力負荷不匹配，制約了風電的發展。

4 風電的儲能技術

棄風帶來的是風電高成本，對新能源的發展極為不利。解決棄風的關鍵是風電消納。風電消納包括就地消納和風電外送兩種途徑。就地消納方面，三北地區經濟欠發達，風電消納能力有限。風電外送除了超高壓電網的建設外，儲能技術是關鍵。

近年來，儲能技術的快速發展為解決大規模新能源并網問題提供了契機。儲能技術能夠使間歇性、波動性很強的風電變得可調可控，有利于新能源并網和利用[5，6]。電池儲能系統，目前主要有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池、鈉硫電池、液流電池和金屬空氣電池等，其中鉛酸電池和鎳鎘電池因為污染問題，逐漸被市場所遺棄。endprint

①鋰電池，鋰離子電池是一種高能源效率、高能量密度、自放電小、安全可靠的儲能電池，綜合效率約為85%，可以串聯或并聯來獲得高電壓或高容量。不足的是成本相對較高、儲能容量較小，對于配合大規模新能源應用，其容量集成的技術有待進一步提高。

②鈉硫電池，鈉硫電池是一種能密度高、充放電效率高、體積小、運行成本低、維護方便的儲能設備，其工作效率約為70%。鈉硫電池能量密度是鉛酸電池的3倍，空間需求僅是其1/3，適用于城市變電站和特殊負荷。不足是放電深度和循環壽命有待進一步改善。

③液流電池，液流電池是一種高功率輸出、快響應、能量轉換率高、易于維護、安全穩定等優點的高性能電池，其深度放電達100%，額定功率和容量相互獨立，且配置靈活，適用于新能源發電的儲能系統、應急電源和不間斷電源系統，是目前大規模并網發電儲能和調節的首選技術之一，但是能量密度低、高成本是液流電池的不足。

④鉛酸電池，鉛酸電池是一種儲能容量大、技術成熟、成本低、維護簡單的酸性蓄電池，但比能低、自放電率高、循環壽命短、重金屬污染制約其使用。

⑤金屬空氣電池，金屬空氣電池是一種成本低、綠色環保、原材料可回收利用、比能高的綠色環保電池，其中鋁空氣電池的比能約為鉛酸電池的8～10倍，不足是充放電速度緩慢，可以作為備用電源使用。

5 結語

風能是目前新能源發展最快的能源之一，風能發電改善了我國電能供應的緊張狀況，同時實現了生態保護和可持續發展的戰略要求。我國風能資源豐富地區，但遠離負荷中心，棄風限電制約了風電的發展。隨著儲能技術的不斷改進和新技術的研發，相信不久的將來制約我國風電發展的瓶頸問題將得以徹底改善，風電這一生態、環保新興能源得以更好地造福于人類。

【參考文獻】

【1】張旭，梁軍，贠志皓，等. 考慮風電接入不確定性的廣義負荷建模及應用[J].電力系統自動化， 2014，38（20）：61-67.

【2】陳雯. 我國風力發電的現狀與展望[J].應用能源技術，2010（8）：49-51.

【3】BLAABJERGF， MA K. Future on power electronics for wind turbine systems[J]. Emerging and Selected Topics in Power Electronics， IEEE Journal of，2013，1（3）：139-152.

【4】李俊峰，蔡豐波，喬黎明，等. 2014年中國風電發展報告[R].北京：中國循環經濟協會可再生能源專業委員會，2014.

【5】WU Q H， ZHENG J， JING Z. Coordinated scheduling of energy resources for distributed DHCs in an integrated energy grid [J]. Power and EnergySystems， CSEE Journal of， 2015，1（1）：95-103.

【6】WADE NS， TAYLOR PC， LANG PD， et al.Evaluating the benefits of an electrical energy storage system in a future smart grid[J]. Energy Policy，2010（38）：7180-7188.endprint