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风力发电真是“垃圾电”吗?为何我国在大力发展风电?

  寻找幸福的起点        2021-07-12 11:36:08

以火电为首的传统能源方式需要源源不断供给煤炭等原材料,而水电也需要依赖大坝囤积的大量江水。相比之下,太阳能和风能等新能源似乎更加灵活,但它们也更加不稳定。光伏存在显著昼夜差异,风电则相对更加平稳。在大自然环境中,风的大小和方向时刻都在发生着变化,这也就导致风力发电机捕获的风能始终处于波动状态,进而难以得到稳定的发电量,这最终体现在输出电流的幅值和频率上,电力输出的巨大不确定性使风电被贴上了“垃圾电”的标签。


欧美纷纷叫停,甚至还开始拆除相关的风力发电设施。


与之相反的是,中国却依旧在大力建造。


今天就带大家一起看一看,风电背后的“生死博弈”。


风力发电真是“垃圾电”吗?为何我国在大力发展风电?


首先我们来了解一下风力发电的原理。


其实风力发电就是利用大气中风的运动来带动风力发电装置,这些发电装置与我们小时候玩过的风车类似,其主要由塔架、叶片、发电机等部分组成。


当空气中的风经过叶片时,通过空气流动产生的压力差使得叶片发生转动,然后经过齿轮箱的增速之后就会带动发电机工作,从而产生风力发电。


但是,通过这种形式产生的电往往为直流电,而电网一般所使用的却是交流电。


所以风电并不能直接输入电网,还需要经过逆转这一步,然后才能通过升压变压器送入电网。


风力发电机并不是一个如玩具风车一样小巧的东西,用“庞然大物”来称呼也完全不为过。


风力发电真是“垃圾电”吗?为何我国在大力发展风电?


究竟有多大呢?如果拿一架普通的中型客机来说,它的翼展不过是30米的样子,而一个风力发电机的一枚叶片就长达60多米,这样的叶片最少也有三枚。


同时,每一枚叶片的重量通常有数十吨。这样的重量就使得其转动起来非常缓慢,当然这只是外表看起来缓慢,在发电状态下,其内部通过齿轮变速一直处于高速的转动中。


需要明确的是,越是大型的风力发电机,其叶片就越长,重量就越重,转动得就越慢。


由于其清洁的特性,风电在世界能源结构中占有重要的地位。


根据国际能源署2017年世界发电能源构成的数据,火电以61%的所占比位居第一,水电以16%的所占比位居第二,核电以10%的所占比位居第三,风电以6%的所占比位居第四,光伏太阳能以1%的所占比位列第五。


与其它发电相比,风力发电的优势与劣势也是相当明显的。


风力发电真是“垃圾电”吗?为何我国在大力发展风电?


先说风力发电的优势。


首先,我们都知道风力发电主要靠的是风,有风就能发电,几乎没有任何的化学反应。


而传统的火电则需要燃煤或者燃气来进行发电,这或多或少都会对环境产生一定的污染。


其次,风力发电最大的优势就在于资源的可再生性。


而核电虽然也是一种清洁能源,但是核电在进行核裂变的时候必须使用一种名为铀的原材料,但是这种材料在世界上的分布是有限的。


最后,风力发电的基建周期相比于火电和核电来说要短很多。


风电建成发电只需几个月的时间就可以了,而核电就不行,核电的建成最少也需要十几年的时间。


火电相较于核电来说要少些,只需要几年的时间。


同时,由于风电的装机规模具有灵活性的特点,完全可以因地制宜来建设相适应的风电装机容量,这在很大程度上减少了能源的浪费。


但是,风力发电的缺点也是不容忽视的:


首先,自然界中的风是间歇性的,这就导致了风力发电输出的电能也具有间歇性的特点。


而我们日常在使用电的时候都是即发即用的,就比如说我们晚上回到家,一打开灯的开关灯就会亮,而不用打开开关然后等一段时间它才会亮。


在这种发电与用电的平衡的状态下,风力发电不可避免的具有这样一个缺点。


那就是,风力发电的间歇性会造成安全隐患。


其次,电网要求输入的电流必须是稳定平滑的,而风力电的间歇性就会导致其很难在电网中进行精准调度。


若是没有调度好就接入电网,会对电网产生冲击,这样的冲击一旦过于强力,就会造成难以想象的后果。


最后,可以说风力发电完全是靠“老天爷赏饭吃”,风大的时候,电自然多;


没有风的时候,就是空空如也。


而人们的用电高峰基本上是固定的,也就是说发电会出现赶不上趟的现象。


在了解风力发电的优势和劣势之后,我们再来看为什么欧美叫停风力发电?


风力发电真是“垃圾电”吗?为何我国在大力发展风电?


其实这和风力发电的周期回报性低有着很大的关系。


要知道,就是一台容量最小的低风速风力发电机,其造价最低也要七八百万人民币。


而且,这样的风力发电机的占地面积一百多平方米,周边还需要配备诸如电力线路等配套设施,在不考虑变电站的情况下,其造价更是高达一千多万人民币。


但是高额的投入,却不能在短期内收回成本,在预期不理想的情况下,也难怪会被西方国家称之为“垃圾电”,甚至还开始拆除相关的风力发电设施。


当然诸如美国等西方国家可以毫不犹豫地拆除风力发电设施,除了风力发电设施自身的缺点之外,最为关键的是风电有着替代物,而这个替代物就是核电。


在日本福岛核污染尚未发生之前,核电作为一种非常优秀的清洁能源,一直是人们优先考虑的重点之一。


核电一出现,就使得世界为之疯狂。


以美国为例。


作为世界核电发展的先驱,自1957年建成世界上第一座核电厂西平港核电厂以来,美国的核电不管是在机组数量,还是在总装机容量,亦或是核电生产总量方面均坐上世界第一的宝座。


其国内正在运行的核电反应堆有104座,在世界全部在运核电反应堆数量中占比达到24%。


在2011年的时候,全美总发电量为41057亿 千瓦时,而其国内的核电发电量为7902亿 千瓦时,占比达到19.25%。


前面有提到,在国际能源署2017年世界发电能源构成的数据中,核电以10%的占比率位居第三,仅次于火电跟水电。


这也从侧面反映出,核电备受各国所青睐。


核电具备哪些优势呢?


首先,在单位体积或重量的燃料中,核电不仅释放的能量巨大,而且用时极少。


其次就是核电与外部环境相关性小,也就是说核电不需要氧气,也不会向外排放二氧化碳。


众所周知,二氧化碳排放增加是全球气候变暖的根本原因。


二氧化碳是导致全球气温升高的最主要的温室气体,使用化石能源排放的二氧化碳占全部二氧化碳排放的三分之二。


所以,只有减少二氧化碳的排放,以一种新型的清洁能源来取代化石能源的位置,并且改变传统的高投入、高排放的高碳经济,才是应对全球气候变化的核心举措。


而核电的出现给了人们希望,与风电相比,美国等西方国家明显在核电领域更加得心应手。


那么,为什么中国却始终在大力发展风电?


最直接的现实原因就在于,美国等西方国家称之为“垃圾电”的风电,对于我国来说不仅不是“垃圾电”,而且还是宝贵的自然资源。


这是为什么呢?


这主要得益于我国海上丰富的风能资源,以及高效的风电利用率。


风力发电真是“垃圾电”吗?为何我国在大力发展风电?


在我国长达1.8万千米的海岸线上,可利用海域面积达到300多万平方公里,这为发展海上风电提供了天然的优势。


不仅如此,相较于陆地上较少的可再生资源,我国仅仅是50米水深70米高度的海上风电的预计可开发资源就达到5亿 千瓦左右。


由于海上的风速快,相关风电设备的单机容量更大,年最大运行小时数最低可达到4000小时的程度,在效能方面比陆上风电高20%-40%左右。


并且,在海上风电场距离陆地较远的情况下,风电产生的噪音并不会影响到远在城市之中的居民。


当然,除了海上有风电,其实在我国的西北部亦是有着风能和太阳能资源分布。


除此之外,在我国北部和西北部还具有丰富的煤炭资源,这些地区的煤炭资源占全国的76%。


同时,在我国的西南部亦是拥有丰富的水能资源,这些水能资源占全国的80%。


与这些能源丰富地区相比,我国的中东部则主要是负荷需求,这些需求占了全国的70%以上。


根据中国工程院咨询研究团队的预测,到2030年的时候,中东部地区用电负荷最大将达到9.7亿 千瓦左右,自其它地区输入的电力需求达到3.6亿 千瓦左右,这就对远距离的电力调动和输送产生巨大的需求。


恰巧位于海上的风电开发可以为之提供更多的电力来源,可以大大缓解“西电东送”的压力,有效形成季节性的互补。


此外,海上风电的发展,能够进一步提高可再生能源在我国能源结构中的占比,从而对我国的能源结构的转型起到积极的作用。


要知道在我国仅是在2018年的时候,能源消费总量就达464000万吨标准煤,石油、煤炭、天然气及清洁能源的消费总量分别为87696万、273760万、36192万和 66352万吨标准煤,各自占能源消费总量的59.0%、18.9%、7.8%和14.3%。


经过近二十年的努力,中国的化石能源消费比重有所下降。


但是相比清洁能源,中国的化石能源消费比重依然严重偏高。


中国能源支出主要集中于工业领域,工业能源支出是家庭能源支出的三倍之多,这种工业化发展状态在一定程度上会固化能源结构,能源结构的迅速转型尤其是由化石能源向清洁能源的迅速转换存在很大困难。


在2000年的时候,中国原油进口量达到日均140万桶的程度。


十六年后,中国成为全球最大的石油进口国,日均需求量为1150万桶,日均产量却仅为400万桶。根据国际能源署的预测,到2040年,中国原油进口量将增长到日均1130万桶的程度。


一般来说,能源进口量越大,对外依存度就越高。


同时,意味着自主供给能力就越弱,安全风险越高。


也就是说,在这种情形下,中国能源安全面临严峻挑战。


为了应对能源安全挑战和达成2060年实现碳中和的目标,必须大力发展风电等清洁能源。


一方面,中国要能够以合理的价格获得充足的能源,保障输送渠道畅通,保证经济社会的持续、健康、稳定发展;


另一方面,要降低单位能耗和碳排放量,努力提高清洁能源的消费比重。


同时,积极改善环境质量,严守生态保护红线,绝不能让生态问题成为中国现代化建设的“阿喀琉斯之踵”。


风力发电真是“垃圾电”吗?为何我国在大力发展风电?


近五年来,随着中国风电市场应用规模不断扩大,新增市场和累计应用量均居世界第一。


而在2013年的时候,我国的风电累计装机容量还远没有达到1亿 千瓦的程度,仅仅只有3家海上风电企业在潮间带项目有所布局。


我国的风电建设步入快速发展的阶段还是在2014年的时候,此后只用了短短一年的时间就迈入了“一亿 千瓦俱乐 部”。


在2017年的时候,我国风电装机容量继续保持世界领先地位,累计装机容量达到1.64亿 千瓦左右,在发电总装机容量中占比达到9.2%。


两年后,国内此时的风电总装机容量达到2.1亿 千瓦左右。


预计到2025年底,我国风电装机容量还会不断攀升,将超过4亿 千瓦,在全国供电装机容量的比重更是将会超过14%。


在风电装机的快速发展的情形下,我国风电装备制造业在技术领域的不断创新发展亦随之而来。


经过5年的厚积薄发,我国已经形成了一套完整的,且具有全球竞争力的风电产业体系。


目前,我国相当一部分能源装备制造企业已经从最初的后进者,跃升为这一领域的“领头羊”。


到2017年的时候,我国风电出口量已达340万千瓦左右。


海外市场份额进一步扩大,已经覆盖英国、美国、澳大利亚、法国等近34个国家和地区。


而诸如美国这类拥有丰富的石油、天然气等传统能源的大国,其主力并不在清洁能源方面。


再加之近年来由于市场的竞争,页岩气技术的突破使得天然气价格一再走低。


就拿美国来说,美国风电的售价与成本差异较大,更无法与天然气等传统能源竞争。


再加上开篇提到的风电的缺点等等,其最后选择拆除风力发电机是很正常的。


但是,能源安全与全世界的大国、小国都是息息相关的。


在2015年气候变化巴黎大会之后,中国在2020年联合国大会上,首次提出了争取2030年前碳达峰,2060年前碳中和,2030年碳强度下降65%、非化石能源比重达到25%等中长期战略目标。


这一系列具有里程碑意义的新目标凸显了中国作为大国的责任,也是实现中国高质量发展的客观要求。


可以说,风力发电的大力推进,不仅能对我国的核电、太阳能电与传统水电、火电进行有效的配比整合,而且还会对世界能源结构产生巨大的影响。


然而在欧美等国家放弃的情况下,中国作为开拓者,这一步并不好走,但是还得好好地走,不能贪便宜,走捷径,应该向埋头苦干的人看齐。


来源:美人日记呀, 北极星风电学院

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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