1、正在新建的风电场有内蒙商都、大连瓦房店、浙江苍南、河北张北等。总装机容量约400MW。与此同时，国产风力发电机组的开发，也取得了一定的成果。其中包括“八五”期间开发成功的200kw/250kw风力发电机组，和在“九五”期间开发成功的600kw风力发电机组。并成功地开发了并网型风力发电机组的当地控制和远程控制系统，使大型风力发电机组的一项关键技术得到了解决。国内可以制造的风力发电机组其他主要部件，也包括桨叶、发电机、齿轮箱、机舱、主轴、塔架、偏航系统、液压系统等，为大型风力发电机组国产化奠定了基础。2风能的发电利用2.1风力发电的成本与效益2.1.1常规能源发电的上网电价以我国目前使用最普遍的3
2、00MW级火力发电机组测算其发电的上网电价，结果如表2-1。表2-1 燃煤电厂的平均上网电价（含税）机组类型电价2300MW机组350MW机组无脱硫有脱硫上网电价/（元/kwh）0.330.360.350.38由于火力发电机组每年向大气排放数百亿t的有害气体，给全球环境造成极大污染。目前发达国家已采用煤的洁净燃烧技术，国内采用相应技术，需对现有火力发电设备进行彻底改造，火力发电的建设成本要增加30%，上网电价可能达到0.40元/kwh。2.1.2风力发电的成本根据600kw风力发电机组的国产化成本测算，其价格为5000元/kw。加上风电场配套费用，风电场的建设成本不高于7500元/kw；取容量
3、系数0.25，风力发电成本C/元/（kwh）可由下式计算：A+MC= Ec式中Ec每千瓦装机年发电量（kwh）；M年运行维护费（元）；A年项目投资等额拆旧（元），可由下式计算： （1+ ）nA=P （1+ ）n-1式中P每千瓦投资（元/kw）；贷款利率；n折旧年限（年）。将风电场建设的各项条件Ec =365240.25kwh，P=7500元/kw，=5%，n=20代入上两式，可得5%（1+5%）20A=7500 元=601.82元（1+5%）20-1 C=0.27+mM E c式中m每千瓦时运行维护费（元/kwh），m= 从上式可以看出，风力发电成本由两部分构成：一部分是风电场的建设成本，这是
4、构成风电成本的主要部分，为0.27元/kwh；另一部分是运行维护成本m。由于风能消耗不计入成本，这部分成本主要取决于设备的可靠性及风电场的管理水平，根据我国目前的风电场运行情况，m=0.050.08元/kw这样，风力发电的成本将不高于0.35元/kw如果国家能在政策上给予强有力支持，风力发电与常规能源发电相比，上网电价有一定的竞争力。2.1.3经济效益与社会效益能源生产的利用对生态环境产生损害，是中国环保问题的核心。大量直接燃煤造成的城市大气污染，过度消耗生物质能引起的农村生态环境破坏，以及CO2温室气体排放是其主要的问题。燃煤释放的SO2占全国总排放的85%，CO2亦占85%，NOx占60%
5、，烟尘占70%。1997年SO2排放总量为2346万t。酸雨区域在迅速扩大，已超过国土面积的40%。1995年酸雨沉降造成的经济损失为1165亿元，占GNP的1.9%。风能在转换成电能的过程中，只降低了气流的速度，没有给大气造成任何污染。用风力发电，可减少常规能源的消耗，从而减少CO2、SO2的排放，对保护环境和生态平衡，改善能源结构具有重要意义。在我国的能源构成中，燃煤的比例最大，但可采量有限，并带来环境、交通等诸多问题。因此，开发可再生能源，尤其是风能，将显得更为重要。风力发电机组是涉及控制、机电、材料、钢结构等多学科、多专业的机电一体化产品，它的产业化，会带动一批相关产业的发展，有利于促
6、进国民经济发展。根据在本世纪中叶我国国民经济达到中等发达国家水平的目标，我国的发电能力应达到人均1kw，即15亿kw。为了实现这一目标，专家认为，我国风力发电的装机容量，至少应达到1亿kw。按这一发展目标估算，今后50年，我国的风力机工业及其相关产业将有7000亿元产值的市场潜力，平均每年140亿元，可望成为我国21世纪经济与社会效益都十分显著的新兴产业。2.2风力发电技术并网运行的风力发电技术，是20世纪80年代兴起的一项新能源技术，一开始就受到世界各国的高度重视，因而迅速实现了商品化、产业化。特别是随着计算机与控制技术的飞速发展，风力发电技术的发展极为迅速，其单机容量从最初的数十KW级，发
7、展到最近进入市场的MW级机组；控制方式亦从基本单一的定桨距失速控制，向全桨叶变距和变速控制发展。预计在最近的5年内将推出智能型风力发电机组。运行可靠性从20世纪80年代初的50%，提高到98%以上。并且在风电场运行的风力发电机组，全部可以实现集中控制和远程控制。从今后的发展趋势看，风电场将从内陆移到海上，其发展空间将更加广阔。2.2.1风力发电机组的总体结构风力发电机组的总体结构示意图，如图2-1，图2-2。 图2-2 现代风力涡轮机剖面图风轮是吸收风能并将其转换成机械能的部件。风以一定的速度和攻角作用在桨叶上，使桨叶产生旋转力矩而转动，将风能转变成机械能，进而通过增速器驱动发电机。风轮转子直
8、径同输出功率之间的关系如图2-3。图2-3 转子直径同输出功率之间的关系多年来风力发电机组的风轮，大都采用三桨叶与轮毂刚性联接的结构，即所谓定桨距风轮。桨叶尖部1.52.5m部分，一般设计成可控制的叶尖扰流器。当风力发电机组需要脱网停机时，叶尖扰流器可按控制指令释放，并旋转90形成阻尼板，使风轮转速迅速下降。这一机构通常称为空气动力刹车。近年来，随着风力发电机组设计水平的不断提高，在大型风力发电机组，特别是兆瓦级机组（1000kw以上）的设计中，开始采用变距风轮，桨叶与轮毂不再采用刚性联接，而通过可转动的推力轴承，或专门为变距机构设计的联轴器联接。这种风轮可根据风速的变化，调整气流对叶片的攻角
9、。当风速超过额定风速后，输出功率可稳定地保持在额定功率上，特别是在大风情况下，风力机处于顺桨状态，使桨叶和整机的受力状况大为改善。由于风力发电机组起停频繁，风轮又具有很大的转动惯量，通常风轮的转速都设计在2030r/min，机组容量越大，转速越低。因此，在风轮与发电机之间需要设置增速器。大型风力发电机组的机械传动系统都沿中心线布置，因此，增速器都采用结构紧凑的行星齿轮箱。风力发电机组中的发电机，一般采用异步发电机，对于定桨距风力发电机组，一般还采用单绕组双速异步发电机。这一方案不仅解决了低功率时发电机的效率问题，而且改善了低风速时的叶尖速比，提高了风能利用系数，并降低了运行时的噪声。出于同样的
10、考虑，一些变距风力发电机组也使用双速发电机。发电机并网过程采用晶闸管恒流软切入，过渡过程结束时，主继电器合上，晶闸管被切除，机组进入发电运行状态。2.2.2风力发电机组的控制技术风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术。这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的切入（电网）和切出（电网）、输入功率的限制、风轮的主动对风，以及对运行过程中故障的检测和保护，必须能够自动控制。同时，风力资源丰富的地区，通常都是海岛或边远地区，甚至海上。分散布置的风力发电机组，通常要求能够无人值班运行和远程监控，这就对风力发电机组的控制系统的可靠性提出了很高的要求。与一般工业控制过程不同，
11、风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。它不仅要监视电网、风况和机组运行参数，尚要对机组进行并网与脱网控制，以确保运行过程的安全性与可靠性。而且，还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。2.3风电较集中的电网也需要抽水蓄能电站在风电较集中的，或准备大规模开发风电的电网，需要建设抽水蓄能电站，把随机的、质量不高的风电电量转换为稳定的、高质量的峰荷电量。如目前风电比重较大的新疆、内蒙、和正在准备大规模开发风电的东南沿海，为了充分利用当地资源，在发展风电的同时，配备一定比重的抽水蓄能电站，是非常必要的。诚然，风力发电是一种清洁，可再生能源，不污染环境，没有燃料运输
12、、废料处理等问题，建设周期又短，运行管理方便。风能资源丰富的地区，可充分利用当地资源，发挥优势。但由于风能存在随机性和不均匀性，只有电网装机容量大，这种影响才会减少。因此，发展风电必然要受到电网规模的限制。抽水蓄能电站是解决电网调峰、填谷的手段，国内外已有成熟的经验。在运行实践中，已显示其在改善电网运行条件，提高经济效益方面的优越性。对于风电较集中的，或风电资源丰富、准备大规模开发的电网，在大力发展风电的同时，建设一定规模的抽水蓄能电站，实现风蓄联合开发，是该地区能源资源优化配置的具体体现。风蓄联合开发，可利用抽水蓄能电站的多种功能和灵活性，弥补风力发电的随机性和不均匀性，不仅可以打破电网规模
13、对于风电容量的限制，为大力发展风电创造条件；而且可为电网提供更多的调峰、填谷容量和调频、调相、紧急事故备用的手段，改善其运行条件。2.4在已有水库上增建抽水蓄能电站在抽水蓄能电站的建设中，利用已有水库、天然湖泊或大海作为下水库（或上水库），既有有利的一面，也有不利的一面。因而，利用已建水库，天然湖泊或大海建设抽水蓄能电站，应做全面的经济比较和利弊分析，并在此基础上最后决策。2.4.1利用已有水库，天然湖泊或大海作为抽水蓄能电站的下水库（或上水库），可以节省一个水库的建设费用，但有可能增加其它方面的费用。如何利用已有水库工程（含天然湖泊或大海）的有利条件，降低抽水蓄能电站的工程投资，是保证抽水蓄
14、能电站顺利建设和正常运行的关键问题。2.4.2利用已有水库，天然湖泊或大海，作为抽水蓄能电站的下水库（或上水库），不存在水源问题，但应注意协调新的矛盾。尤其是水资源缺乏的地区，在有一定径流的河道上，往往已建有水库，抽水蓄能电站站址也希望选在这些水库附近。若抽水蓄能电站需占有发电库容，影响已有水库其它综合利用部门的用水量，则应协调好各综合利用部门之间的关系，并研究可能的补偿措施。此外，还应注意对环保和水质的要求。2.4.3要利用已有水库，天然湖泊或大海作为上水库或下水库，而水库周围无更合适的地形，则可能造成蓄能电站设计的困难。若已有水库与新建水库距离较远，水库水位变幅大，将直接影响蓄能机组的水头
15、和运行效率。若已有水库为中、小型水库，改建成抽水蓄能电站的下水库（或上水库）后，建筑物级别要提高，相应的大坝安全系数、汇洪标准、施工质量要求等也要提高；另外，原建筑物可能留有一些隐患，亦需加固处理。3珠海东区/横琴风力发电的策划3.1 珠海东区（下称东区）自然和社会环境简况3.1.1东区的位置和地形东区，又称珠海市万山管理区，位于珠海市的东南部。地理位置为1133811419E，21472210N。东区包括三个镇：桂山镇、万山镇、担杆镇。其行政界限和划分范围及地理位置见图1。三镇的陆域都是由岛屿组成。根据广东省海岛资源调查，岛屿面积约80.876km2，散布在3200km2的浅海海域中。东区岛
16、屿在1万多年前是广东大陆的一部分。自玉木冰期后，由于海平面上升，才逐渐形成今日星罗棋布的岛屿。由于受到广东大陆边缘华厦断裂带的影响，岛群呈东北西南向排列。90%以上为燕山期的粗中粒斑状花岗岩。东区的岛屿总称为万山群岛，大致分为五大岛群：以桂山蜘洲三角等岛组成的桂山岛群；以外伶仃三门隘洲等组成的外伶仃岛群；以大小万山东澳等组成的万山列岛；担杆列岛；佳蓬列岛。总共有76个（不包括3个无名岛）。岛屿以丘陵为主，一般山的海拔高度为200300m，最高峰出现在担杆列岛中的二洲岛凤凰山（海拔473.7m）。大部分岛屿均是岛四周较低，岛中部较高，山体陡峻，相对高差较大，岛屿岸线曲折，多港湾，少平地。海域属南
17、海北部浅海大陆架，水深在540m范围内。海底沉积物主要为，珠江流域带入的陆源性碎屑物质为主，其次为周围岛屿的坡积物。沉积物类型主要为粉砂质粘土和粘土质粉砂，约占90%以上；岛岸周围有少量的粉砂、砂或砾石等组成的各种沉积物类型。3.1.2东区气候条件东区属热带季风性气候。光、热丰富，气温高。年平均气温2223左右。1月平均气温14.8，7月平均气温27.9。年内和日内的气温变化较小。大万山岛的年平均日温差4.4，极端气温值一般小于35（极端最高），大于4（极端最低）。年平均降水量1849mm，年际降水量变化值最多和最少的比率达2.4倍，年内降雨量分配不均：49月份属雨季，其降水量占全年总降水量的
18、80%以上；10月份至次年3月份属干季，降水量占总降水量20%以下。全年暴雨（50mm以上）日数约12天。东区风大，年平均风速6.5m/s左右。冬半年风速大于夏半年。7月平均风速5.0m/s，冬半年风速均在7.0m/s以上。全年主导风向为E和ENE风。103月期间盛行偏北风，58月盛行偏南风。4月和9月为过度时间。据大万山岛的统计，全年8级以上大风日数（指风速17.2m/s）达61天。3.1.3东区的社会环境东区三镇，以众多岛屿形式存在于海洋中，宜耕地极少。改革开放前，向来渔业地位十分突出，在大农业产值中渔业占95%，是海岛的支柱产业。为适应渔业生产的发展，主要岛屿桂山岛、外伶仃岛、大万山岛上
19、建起了制冰厂、织网厂、小型修船厂等为渔业生产服务的工业，以及为岛上居民生活服务的粮食加工厂、五金修理厂、发电厂等。这些为渔业生产和为居民生活服务的小型加工与维修工业，仅在东区经济中处于辅助的地位。随着改革开放和珠海经济特区的建立，并利用靠近港澳的有利条件，东区的工业得到迅速发展。主要的工业有电力、采石业、修船厂、蓄电池厂、塑料厂、发光材料厂、鱼网厂等。除工业外，还发展第三产业企业，如商业、贸易、饮食业、酒店等。但东区目前的大部分工业和规模较大的第三产业均放在珠海市区内。在东区管辖范围海岛上的工业和企业并不多，主要的有电子厂、采石场、修船厂、小型柴油机电厂、网具加工厂、砖厂、游艇厂、油库、港口、
20、码头等，以及小型的饮食、酒店等服务业。其中采石业产值最大。上世纪80年代后期，随着网箱养殖业的兴建，渔业生产结构有所改变，从原来的捕捞业占绝对优势地位，转变成捕捞、养殖并举的结构。3.1.4东区的人口东区的76个海岛，有常住人口居住的仅5个。即桂山岛（桂山镇政府所在地）、外伶仃岛（担杆镇府所在地）、大万山岛（万山镇府所在地）、东澳岛、担杆岛。改革开放后，随着工业的发展，渔民生活水平的提高，海岛上的渔民，相对集中在三镇镇府所在地的岛屿上，而且有的居民，离开海岛迁往珠海市区居住和谋生。东区人口统计见表3-1。表3-1东区人口统计（1995年）所在地人口数*（人）分布人口密度（人/km2）东区总人口
21、17666分布在五个岛上508桂山镇6642桂山岛1600担杆镇5304外伶仃岛603担杆岛137万山镇4443大万山岛543东澳岛1277274*包括户籍人口和暂住人口。3.1.5东区的交通东区主要海岛上建有公路和码头。岛与岛之间主要靠海上交通。每天有珠海桂山外伶仃，珠海东澳万山两条高速客轮航线通航。此外，外伶仃担杆之间隔天亦有普通客轮通航。东区地处珠江口外的河口区，是广州、深圳、澳门、香港及珠江流域众多城市航道出海必经之道，或主要通道，处于水深线10m30m之间。共有六条国际水道，其中大濠水道和大西水道是最著名的国际航道。共有4个锚地，其中桂山岛西侧是著名的国际锚地。3.1.6东区的风力资
22、源东区风向、风速有较明显的季节变化。在大万山岛设有国家海洋局所属的大万山海洋站，其资料可以反映本地区气象基本特征。3.1.6.1风向频率特征表3-2为19741979年各月风向频率资料统计，图3-1为该地区风向频率玫瑰图。据上述图表分析，所在区域常年风向频率特征如下：a调查区域12月至次年3月，以ENE为主导风向，频率分别为25%、25%、23%和28%，其静风频率分别为1%、1%、2%和2%。除3月次主导风向为E外（频率为26%），其它各月（12月至2月）次主导风向均为N。而11月的主导风向为N，频率为29%；次主导风向为E，频率19%；静风频率为1%。上述各月几乎无偏西风出现。b45月以E
23、为主，出现频率分别为29%、16%；ESE次之，频率为21%及13%；静风频率较大，达34%，偏西风频率较小。c67月以SSW为主导风向，其频率分别为15%、20%，西风有所增强；静风频率低于春季，两月均为2%。表3-2 19741979年各月风向频率统计表（%）风向123456789101112全年N2316292210.6NNE14176.4NE5.4ENE25281315.1E15261824371923.1ESE215.6SE7.7SSE4.2S1.8SSW204.1SW4.0WSW2.3W0.4WNW0.3NW0.9NNW5.1Cd810月的主导风向为E，频率为18%、24%、37%
24、；静风频率为3%、4%、1%。e调查区域全年以E为主导风向，频率达23.1%；ENE次之，为15.1%；北风为10.6%；静风为2.3%。3.2.6.2风速a极端风速表3-3为19741995年6级以上大风出现的日数及极端大风风速。从表可以看出，6级以上大风出现的日数存在年际变化。22年来，6级以上大风年平均出现日数为82天，占全年天数的22%。极端大风风速最高达43m/s。但极端大风一般出现于夏季台风期，且持续时间较短。图3-2为1995年各月最大风速及风向。图中显示：夏季（69月）的最大风速明显高于春、秋季，冬季的最大风速亦较大。夏季最大风速，风向偏南，冬季则偏北，这同夏季受台风影响，冬季受冷高压脊影响有密切关系。表3-3 19741995年大于6级大风出现的日数及极端大风风速年份19741975197619771978197919801981198219831984日数（日）561016665106909186105109风速（m/s）3043312740198519861987198819891990199119921993199419951047310095754538全年大风平均日数82
