風能資源評估及風電發展前景展望

薛建秀

[提要] 本文通過進行K-S檢驗認為風速符合韋布爾分布。然后，利用平均風速、平均風功率密度、有效小時數對風能資源進行評估。分析風電能源開發存在的問題，并對我國風電市場未來發展做出展望。

關鍵詞：平均風速;風能密度;有效風時數;風電發展

中圖分類號：F062.1 文獻標識碼：A

收錄日期：2019年3月7日

引言

目前，不可再生能源日漸枯竭以及傳統能源開發利用所帶來的環境污染、氣候變化已經成為全球面臨的共同難題，新能源的大規模開發利用迫在眉睫。尤其是在經濟社會持續發展的中國，對用電的需求繼續增長。因此，中國要解決當前能源發展所面臨的問題，就必須要重視開發利用新能源、節能減排這兩大戰略舉措。

風能是一種重要可再生的能源，它不但蘊藏豐富、分布廣泛，而且是最重要的替代能源之一。作為二氧化碳減排的有效技術——風力發電無溫室氣體排放，它幾乎適用于世界各地，并且全球需求量極大。但是由于風能源具有強隨機波動性和難以準確預測性，這增大了系統調度控制的難度，并限制了新能源電力的發展。因此，要發展風能發電技術，就必須要精確地評估風能資源，因而風能資源的評估對風電場選址和風機匹配都有重要意義。本文首先對內蒙古某風電場實測數據進行風能資源的評估;然后分析我國風電發展存在的一些問題，并針對這些問題提出一些整改建議;最后展望了我國風電發展的前景。

利用matlab畫出發電廠實測數據的直方圖可知風速是一種正偏態分布，根據經驗可以擬合成威布爾分布。評估風能資源的大小最重要的參數有平均風速、平均風功率密度、有效小時數等。

一、風電場風能資源評估

（一）風速的韋布爾分布。擬合風速的模型有很多，其中風速符合雙參數的韋布爾（Weibull）分布，這一論述在大部分的風電教材中出現。Weibull分布的概率密度函數為：

利用內蒙古某風電場的實測數據對分布參數k、c進行參數估計。采用K-S檢驗對風速的分布進行檢驗發現取顯著性水平時？琢=0.05，概率p值接近0，認為風速符合韋布爾分布。

（二）風能資源評估標準。我們國家評估風能資源時，根據指標的取值范圍不同，通常分為貧乏區、可利用區、較豐富區和豐富區四類。具體標準見表1。（表1）

（三）風能資源的評估。確定了風速的分布函數及其參數，就可以求出平均風速、平均風功率密度、有效小時數等指標，再根據風能資源評估標準就能對具體風電場的風能資源進行評估。

1、平均風速。平均風速為：

根據實測數據計算可得其平均風速為6.21m/s。參照表1，此風電場屬于風能資源較豐富區。

2、年有效風能密度。平均風功率密度為：

求出此風電場的全年平均風功率密度是323.7w/m2。參照表1，從年有效風能密度的角度來看，此風電場風能資源屬于豐富區。

3、有效風小時數。發電廠的風機有一些固有參數，如切入風速（cut-in speed）vci，切出風速（cut-out speed）vco等。風速高于切入風速時，風機才會運行輸出功率;風速高于切出風速時，風機會保護性停機停止輸出功率。有效風時數是指風速vci≤v≤vco的小時數。有效小時數為：

求出此風電場全年有效風時數為7，367.1小時，參照表1，從年有效小時數的角度來看，此風電場風能資源屬于豐富區。

通過對平均風速、年有效風能密度及有效小時數的計算可知，風電場風能蘊含豐富。從全國角度來看，我國處于亞洲大陸東南，瀕臨太平洋西岸，地形復雜，海拔高度落差大，風能儲備量很大，具有大力發展風電的基礎條件。我國已經研發出100多種不同裝機容量、不同類型的發電機組，風電產業已初步形成，國家也對風電產業予以極大的政策支持。但是，相對于發達國家，我國風力發電從技術到普及程度都比較低。在高速發展的過程中，暴露出很多的問題，極大地阻礙了風電行業的發展。

二、制約風電場發展的因素

在2011年前的一段時期我國的風電市場發展迅速，但同時暴露了許多問題嚴重阻礙了風電產業的發展。

（一）風電技術薄弱阻礙我國風能發電的健康有序發展。（1）風電屬于新興產業，前期研發投入、風電人才培養不足，導致技術不成熟，大型發電機組靠進口，技術短期內消化不了，增加了風電成本;（2）風力發電由于風能間歇性、隨機性的影響，是不穩定的，因此需要大規模的電力儲存技術。目前，這項技術不完善導致風電的電力出電具有波動，電力系統不穩定;（3）國家意識到大力發展風電的必要性，但是沒有及時形成適合我國國情的統一的行業技術標準，導致風電企業管理不規范、技術不成熟，造成很多不必要的浪費。

（二）以我國目前的發展水平，難以同時實現風電的快速發展與并網消納。國內蘊含豐富風能的地區分布在經濟發展程度較低的西部地區，如新疆、冀北、甘肅、內蒙等，由于經濟發展水平和人口分布密度的制約，使得風電場當地產生了供大于求的現象。又因為風電輸送距離和成本等問題，讓風力發電廠處于極大的尷尬局面。

（三）現在壟斷的電力市場制約風電的發展。我國的電力市場以計劃為主，電價有國家規定，幾乎不受市場經濟的制約，導致市場經濟環境封閉。在政策有傾向時，盲目搶占市場上項目，但是技術水平跟不上市場發展速度，造成安全隱患，出現了不必要的事故，導致利潤下降，發展受阻。

三、我國風電發展展望

在2011年后，我國的風電市場進入調整期。針對上面談到的問題，進行了以下幾方面的調整：（1）對風力發電進行優化，利用儲能技術和風電的并網消納技術鼓勵發展風電行業;（2）國家應對風電行業制定技術標準，對風電企業進行標準約束，逐步使風電企業的技術不斷優化升級，對其進行精細化管理，極大利于接軌國際風電市場;（3）逐漸將電力市場有計劃控制轉變為以市場控制為主計劃控制為輔的形式，使電價能夠反映市場的供求關系，保障風電產品的銷路。

同時，由于上述原因風電成本在發展初期會比較高，國家在風電定價上要給出相應的扶持政策。可以借鑒國外采取固定電價與強制入網價格雙重政策的定價方式補貼。在丹麥國家鼓勵環保可持續發展的風電，并給予一定的經濟補助，而對于火力發電及CO排放征收相應的稅費。鼓勵風力發電的用戶從自給自足式逐步發展到并入國家電網以售為主。在德國對于風電的重視程度很高，采取靈活運用最低保護電價的政策鼓勵使用風電，隨著風電產業的規模擴大、收益增加逐年降低最低保護電價。同時，靈活運用鼓勵電價，對不同風電場的風力資源進行評估，以控制鼓勵電價使用時長的形式，對使用風電的用戶進行一定程度的經濟補貼，達到降低風電收益差距的目的。西班牙對于風電的鼓勵形式又大不相同，將風電價格和全國基準電價相關聯并每年遞增的。自20世紀末開始，我國國內的風電上網價格居高不下，均高于火力發電價格，在這種形式下，極大阻礙了風電發展的腳步。因此，我們在提高風電技術管理規范的同時，在風電定價方面國家應學習國外的定價策略，采取一些靈活的政策，鼓勵風電的可持續穩步發展。

四、總結

我國有著豐富的風能資源儲備，也有對可再生清潔能源的需求。經過2011年的疲軟期后，國家出臺了18項重要技術標準，國家對風電行業的政策支持力度逐漸加大，國內風電企業管理和技術水平的逐步提高。另外，國際風電行業正在快速良好的發展，相信在這個機遇下，我國的風電行業必定會上升到更高的臺階，技術不斷成熟、市場規模不斷擴大，迎來它快速發展的輝煌明天。

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