风能汽车

风能汽车（精选十篇）

风能汽车 篇1

随着社会总体实力的快速发展, 世界汽车领域也得到了空前的发展, 汽车拥有量不断上升, 极大的消耗了有限资源, 同时也造成周围环境的污染。在我国, 70%的大气污染物来自汽车废弃的排放, 这就成为了可经济持续发展的一个严重的环境污染问题。因此, 改变能源消耗, 充分利用可持续发展的能源, 。研究出新能源利用的汽车, 对于汽车行业的可持续发展, 积极面对环境污染和能源消耗的挑战是有伟大而深远的意义。伴随全球可用能源危机的上升, 石油资源衰竭以及大气的污染、全球温度上升的危害升高, 各国政府和汽车公司普遍的认识到节能和减排是未来汽车技术发展的重中之重, 为了让人们满足对汽车需求, 目前全世界以研发的纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车虽然在节能和减排中达到了要求, 但在使用方面还是存在很多的不足。一是制造成本较高, 使推广应用受到很大的局限;二是需要使用各类别的铅酸电池, 普遍的存在着外形尺寸大和价格昂贵、寿命短、重量大、充电受到限制、安全性能差等缺点;三是使用锂电池和镍氢离子电池, 即使性能优于铅酸电池, 相比寿命较长, 但还是需经常充电, 给使用造成严重的限制。风能、太阳能汽车则是一种依靠风能、太阳能来提供能源的汽车。相比传统热机驱动的汽车, 风能、太阳能汽车算是真正的零排放。正因为其环保的特性, 风能、太阳能汽车被许多发达国家所倡导, 风能、太阳能汽车的研究开发及设计制造也得到了日益发展。

2 世界对太阳能、风能汽车的研究现状

1982年澳大利亚人汉斯和帕金用玻璃纤维和铝制成了一辆“静静的完成者”的太阳能汽车。这款太阳能汽车和传统的汽车不论在外观还是运行原理上都有很明显的优势, 这款汽车没有了发动机、底盘、驱动、变速箱等传统汽车必须要的构件, 而是由蓄电池和电机组成的.利用贴在车体外表的太阳电池板, 将太阳能直接转换成电能, 再通过电能的转变, 给车辆提供动力, 车的行驶速度只需控制输出电机的功率就可以实现。目前这款太阳车的车速最高能达到l00码以上, 无太阳光时最大续行能力也在100码左右。2009年3月31, 英国动力工程师理查德-简金斯驾驶他设计的“绿鸟”风力车打破新的记录。在风速仅在48.2码的情况下, “绿鸟”风力车的速度竟然突破了202.9码, 打破了此前3月20日由美国人鲍勃-舒马赫驾驶“铁鸭”号所创造的187.8码的风力车速度纪录。与传统的汽车所不同的是, “绿鸟”采用一对钢性翅膀, 这种翅膀能够以与机翼同样的方式产生向上提升的动力。整辆风力车几乎全部都采用碳纤材料, 唯一的金属部件就是风叶与车轮的轴承。据简金斯解释, 这种采用空气动力学和较轻的质量能够使“绿鸟”轻而易举的达到风速的三倍以上。“绿鸟”早期原型, 曾在风速为40码左右的情况下, 行驶速度达到了144码。没有携带引擎的“绿鸟”由此也越居了世界上最有效率的电驱动车。据介绍“绿鸟”的制造采用了飞机与F1赛车的技术领域。2011年, 德国工程师德克·吉昂和斯特凡·塞默尔目前研制出了一种以风能为能源的汽车, 并在澳大利亚地完成了约合4828公里距离的测试, 从而刷新了三项世界纪录, 而且是低排放, 动力花费仅为13.5美元。这辆新能源汽车名为“风力探测者”。1月26日, 德国两位工程师德克·吉昂和斯特凡·塞默尔驾驶“风力探测者”从西澳大利亚珀斯市出发, 18天到达悉尼。这测试旅行打破了了多项世界记录:这是首次由风力为能源穿澳大利亚的旅行, 约合4828公里的距离是由风力为能源的陆上交通工具行驶的最长距离, “风力探测者”是一款轻型汽车, 车身总质量仅约220公斤, 车内可容纳两位乘员。车体呈鸡蛋状, 由碳纤维材料制成, 。轮胎则都是特别制造的自行车轮胎, 这样可以极大的减小阻力。车内装有一8千瓦时的锂离子蓄电设备。不过, 研究人员并没有将电池组接入固定电网进行充电。他们利用了碳纤维做成了一根长约6米的伸缩套管式天线, 天线顶部装有一个风力涡轮机。尽管升起天线需要差不多1个小时, 但是这种天线可以在夜间驾驶员休息时为汽车的蓄电池组充电。

3 风能、太阳能汽车能源未来展望及总结

风能汽车 篇2

在风能的应用领域中，风能发电已趋于成熟，它具备大规模开发和商业化发展前景，并取得了一系列可喜的技术成果。但风能的应用远不止于此。在众多与人类日常生活密切相关的应用中，风能在汽车领域的应用显得格外突出，从专利数据就可以发现，其在“御风而行”的道路上已经迈出了进一步探索的步伐。

风能在汽车中的应用主要分为三方面，即在汽车动力和电力上的应用、风能在汽车制动方面的应用以及风能在汽车冷却中的应用。而从专利角度来看，相对于前两种应用，在冷却方面的申请量相对较少，并且研发的程度也相对有限。

二.专利分析

在风能的应用领域中，风能发电已趋于成熟，它具备大规模开发和商业化发展前景，并取得了一系列可喜的技术成果。但风能的应用远不止于此。在众多与人类日常生活密切相关的应用中，风能在汽车领域的应用显得格外突出，从专利数据就可以发现，其在“御风而行”的道路上已经迈出了进一步探索的步伐。

风能在汽车中的应用主要分为三方面，即在汽车动力和电力上的应用、风能在汽车制动方面的应用以及风能在汽车冷却中的应用。而从专利角度来看，相对于前两种应用，在冷却方面的申请量相对较少，并且研发的程度也相对有限。

涉及汽车冷却方面的专利申请主要集中在三方面：发动机冷却、轮毂散热、除雾和车厢内降温。从申请量来说可以概述为总量少、增长缓慢。自1987年至2011年12月31日中外相关专利共18篇，从1987年之后一直呈缓慢增长趋势，直到2008年开始加速增长，并于2009年达到顶峰，其中2008至2010年的申请量占了总数的55.56%。

而在应用方面，在除雾及室内通风降温方面的申请量最大，占申请总量的44.4%，发动机冷却与和轮毂散热方面则平分秋色，分别占27.8%。从国家分布来看，绝大多数为国内申请，占申请总量的94%。下面分别对上述三方面进行分析。

1.发动机冷却

汽车发动机冷却系统对发动机正常运转、高效节油、低排污和安全行驶有着重要的作用，而冷却系统分为液冷和风冷两种类型。这两种方法各有利弊，液冷效果好但成本高，而风冷效果稍差但成本低廉。如何在小成本的前提下利用风能进一步减少风冷时的能量消耗，提高风冷效果，亦属于发动机冷却领域的新兴研究方向。

在专利申请的内容方面，早在1987年申请的实用新型专利《汽车风力增压器》中，袁志就提出了一种采用迎风口和蛇形导管组成柴油机车用空气增压器。接着2006年马自达汽车股份有限公司申请的发明专利《汽车冷却装置》中也提出了一种利用汽车行驶中的风能控制通风门以提高风扇冷却效果的技术方案。2008年无锡民联轴承制造有限公司申请的实用新型专利中也提供了一种《风冷式自动散热膜片弹簧拉式离合器》，并提出了一种利用车辆在行驶过程中离合器散热片的转动产生风力，对离合器进行冷却的技术方案。

在相关申请中，申请人多为企业，例如马自达汽车股份有限公司、厦门金龙联合汽车工业有限公司、无锡民联轴承制造有限公司等，这表明已经不断有企业注意到了这项技术，并且愿意将资金投入到该科研方向，同时也能看到一些实际的技术效果。但对其的应用也只是停留在风扇冷却的辅助散热冷却方面，作为辅助手段提高风扇的冷却效果，并不能实现采用风能作为主要散热手段，也没有应用到液冷中去。也就是说，在这些方面，风能还有进一步研究和发展的空间。

2.轮毂散热

由于汽车在行驶及制动过程中的摩擦力会使轮毂升温，进而可导致轮胎升温，严重时甚至造成爆胎。因此及时降低轮毂温度，加快其散热也是保证行车安全的重要技术。从2002年第一篇相关专利出现后，不断有涉及这方面的专利申请出现，但数量很有限。

2002年，漳州市芗城正兴汽车钢圈厂在其申请的发明专利《加强筋轮辋》中，提出了一种通过设置凸筋从而使车轮旋转时还能产生一定的风力，能对钢圈起到散热降温作用。2011年，博爱县月山汽车配件有限公司申请的实用新型《一种散热加强型汽车钢圈轮辐》中，公开了一种当汽车行驶时，位于轮辐上风孔周边的加强筋能产生一定的风力，从而实现对轮辐散热降温的技术方案。

在这些专利中，公司申请量占40%，且多为民营企业，其余的均为个人申请。而重点技术均集中于采用在轮毂上设置板状物并利用行驶时产生的风力为其降温这样的技术手段，但其在降温的同时必然带来风阻，这种风阻带来的弊端与风力降温带来的有益效果之间如何平衡，有待进一步研究，同时采用其他手段对轮毂降温也将是值得研究的方向。

3.除雾及室内通风降温

车厢是个相对封闭的空间，当空气质量不高或不方便开启车窗时，车内的通风降温以及除雾一般只能通过汽油燃烧产生的能量带动空调通风系统来实现。是否能找到一种节能并易于实现的方法已引起人们的关注，且存在一些采用行驶中产生的风能实现上述作用的专利申请。这其中又包括两种类型，分别以两个专利为例。2006年，德国人KULAKLI SAIT申请了一种用于汽车的利用风能产生的能量实现车内降温通风的装置，其技术要点是将行驶中的风能转化为电能再用于冷却。再如1988年郝武斌申请的实用新型专利《汽车驾驶员半导体空调式醒脑器》，提到利用行驶中的风经半导体制冷器降温后吹向驾驶员的头部使其保持清醒，是直接利用行驶中的自然风实现冷却。

经分析，这方面的申请特点是无论国内外无一例外的都是个人申请，所采用的技术手段或者从汽车天窗获取风力为室内降温、换气，或者通过水蒸发降低车厢内温度，或者利用行驶中的风能转化为电能后再实现降温。这些都能够达到一定的技术效果，但首先降温的能力有限，对车外温度有很强的依赖性；其次受到天窗的限制，应用面较窄，实用性并不强，但这并不是说风能在除雾及室内降温方面没有研究价值和发展前景，相反更需要进一步的探索和研究，毕竟已经有些人意识到了风能在该方面可能起到的积极效果，并已经提出了可行的技术手段。

三.意见及建议

风能的应用虽然在发电方面已趋于成熟，但通过上述分析可以发现在汽车中的应用，尤其在冷却方面的应用申请量还很有限，而且重点技术的种类也比较单一，应用的力度也比较有限。该技术尚且属起步阶段，待研究的空间相当广阔，企业和高校等科研力量应该不失时机地跟进并进一步研究，并且在现今汽车市场繁荣但燃油资源堪忧的情况下，纯净且可再生的风能势必成为未来发展的方向之一。

作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心机械部

世界风能风起云涌中国风能市场广阔 篇3

从相关资料看出, 在我国目前新能源产业的各子行业中, 风力发电将是未来的发展重点, 太阳能利用受技术制约略有滞后, 后续发展依赖于政策支持。而核电发展有望加速。

国电集团公司总经理表示, 中国风力发电的发展速度很快, 2008年底, 我国风电装机894万k W, 居于世界第四, 亚洲第一, 2010年可以达到2 000万kW, 2020将达到1亿kW。我们想不仅做风力发电的投资, 我们把设计、建设、调试、运行等投资的几个环节, 我们都做得很强大。

风电发展的重点将是大型风电基地的建设, 到2020年, 将在甘肃、内蒙古、河北、东北, 以及江苏沿海等地建立若干个千万千瓦级风电基地。目前我国风力发电的发展拥有良好的基础, 国电集团江苏龙源风力发电有限公司总经理说:“现在的设备可利用率达到了98.89%, 这在全球都是最高的。国电江苏龙源风场实现盈利4 000多万元。”

同时, 风力发电的大规模开发, 将促进技术进步和产业发展, 实现设备制造国产化。国电联合动力总经理张军表示, “我们要自主研发5MW及以上的机组, 以及2MW左右的新一代风机, 同时具备强大的自主研发和制造能力, 争取在2012年达到20%产品出口, 产能业绩居世界前列。”据业内人士分析, 除却一批风机设备需求上升之外, 前期风电基地建设也需要大量的吊装设备如履带起重机等, 都将随着新能源规划的出台而受益。

巨头抢滩海上风能 篇4

月15日,美国著名材料提供商欧文斯科宁在北京国家会议中心举行新闻发布会,重点推出为风机研制的新材料Ultrablade。这种材料能够制作出性能更强劲的风机叶片,大幅度提高风力发电效率。借力于新风机产品在中国的推出,欧文斯科宁积极布局中国风能发电产业。

7月1日,国内目前最大容量的3.6MW海上风力发电机组胜利下线。今年在成功实施了多个风力发电项目过程中,上海电气逐渐掌握了风力发电的核心技术。在中国发电领域占有重要地位的上海电气集团,近几年也重金投资风力发电的研发与建设。

随着国际和国内风机生产服务巨头纷纷布局中国海上风能产业,继中国陆上风能热潮到达顶点之后,海上风能领域正掀起中国风能市场的新一轮投资热潮。

巨头蜂拥而至

抢滩海上风电风光尽在浅海。今年9月首次1000兆瓦海上风电特许权招标的启动,标志着国内海上风电建设驶入快车道。据预测,2015年中国海上风电装机容量将达到500万千瓦,2020年达到3000万千瓦。专家预测,若以海上风电1.5～2万元/千瓦的投资额计算,未来5年我国海上风电总投资额将达750～1000亿元,市场空间广阔。

随着中国国民经济的快速发展,传统能源已经不能满足当前经济快速增长的需要。同时,为了贯彻执行可持续发展的基本国策,建立环保集约型社会,国家大力发展新型能源产业。风力发电以其低廉的投入成本和经济环保的生产方式,得到了包括中国在内的大多数国家的亲睐。中国国民经济强劲的增长势头,吸引着越来越多的跨国企业布局中国风能产业。

成立于1938年的欧文斯科宁,是一家建筑材料和玻璃纤维复合材料的跨国公司,有着几十年新型材料生产研发经验,同时也是全美500强企业,全球销售额逾50亿美元,在全球30多个国家和地区建立了生产、销售和研究机构。

日前,这家有着雄厚经济与技术实力的新型材料生产企业在北京推出了其针对中国风能市场的新型玻纤材料Ultrablade,积极开拓其在中国风能领域的新业务。欧文斯科宁全球技术营销总监Chris Skinner博士介绍,本次在北京推出的玻纤新材料Ultrablade,将支持市场性能更高、更稳定的风机叶片转型。与传统玻纤增强材料相比,其制成的风机叶片性能更好,成本更低,从而提高风机效率。

Ultrablade主要带来三个方面的好处:第一,在同样的叶片重量下,叶片更长,发电效率更高;第二,叶片叶型更薄,动力性更好;第三,在同样的长度下减轻叶片重量,减少制造成本。因而,使用Ultrablade织物,可以帮助提高叶片刚度20%,减少主梁重量18%,减少叶片厚度达6%,叶片长度可以提高6%,从而最大程度地提高风机效率。

凭借在新型材料上的独创技术,欧文斯科宁公司拥有着不可比拟的优势。作为玻璃纤维生产技术的发明者,欧文斯科宁已在中国的上海设立了亚太区中心,并采用当今国际最先进的离心法生产技术,在上海、广州、鞍山、武汉投产了四家玻璃棉工厂,第五家设在天津的玻璃棉工厂正在建设中。同时,欧文斯科宁加大了针对中国风能产业新型材料和风机的研发和生产投入,并采用各种方式推进其新材料风机在中国各个海上风场中的应用。

在风力发电领域,上海电器已经成为中国风电核心零部件以及整机重要供应商。

2010年7月20日,上海电气自主研发的3.6MW大型海上风力发电机组,在位于东海大桥边的临港试验风场正式起吊。3.6MW海上风机风轮直径达116米,采用变速变桨恒频控制,结构紧凑,是目前中国研发的最先进、容量最大的风电机组。以高效清洁能源、新能源装备为核心业务的上海电气集团,能源装备占销售收入70%左右,主导产品主要有1000MW级超超临界火力发电机组、1000MW级核电机组等。

企业发展前期,上海电气主要代理国外风电设备,通过获得国外企业许可证的方式为中国各个风场提供设备和技术支持。与此同时,上海电气积极联络国外先进的风电设备生产商,通过联合开发的方式,很快地积累了大量的风电设备生产技术和经验,为以后的中国风电设备自主化研发积累宝贵经验。

如今,上海电气早已走上自主研发的道路,其生产的海上风电零部件、整机以及相关技术服务已经应用于中国多个海上风场项目建设中,并迅速占领了中国风电设备领域的大片疆土。

事实上,不只欧文斯科宁和上海电气,一大批风电产业链上的企业觊觎着新兴的海上风能市场。日前,中海油与滨州市政府签订新能源开发框架协议,中海油将在滨州市所属海域的海岸线上,投资数百亿建设目前世界上最大的海上风场。国际知名风能设备生产商维斯塔斯日前也推出全新V112-3.0兆瓦风机竞争中国风能市场。

除此之外,进军中国海上风电设备领域的,还有如中电控股、维斯塔斯、恩德能源、中电投、大唐能源等国内和国际著名能源解决方案提供商。

引发业内忧思

并网难、产能过剩、竞争激烈——今年以来,关于风力发电领域的不利传闻接踵而来。尽管如此,风电板块似乎也并非全无投资机会。但中国海上风能设备提供商备战的激烈境况,同时也引起了中国能源领域专家的忧虑。

北京交通大学新能源研究所所长姜久春教授表示,目前中国的海上发电已经起步,但是还面临着种种困难,具有一定的盲目性。在他看来,目前中国在运行的海上发电厂是东海发电厂,而中海油也在建海上风场,但是中国目前的技术与世界先进水平还有巨大差距,中国在海上风机的安装以及海洋风电机组的建设方面还有很多问题,有很多的基础问题亟待解决。

中国风能协会会长贺德馨认为,滩涂地域内的风场建设工程、大功率的风电机组可靠性等问题都没有得到解决,很多基础性工作没有做好。

2004年,中国陆上风电产业出现爆炸式增长,短短一年间,涌现出大批的风电设备生产商。由于与国外先进风电设备生产商在设备生产技术上存在较大的差距,国产陆上风电设备技术落后,性能不稳定等问题,导致了大量的国产陆上风电设备生产出来后不能应用于实际的风电生产中去。加之中国风电刚刚起步,陆上风电场仍旧在建设当中,以及电网建设的限制,直接导致了陆上风电设备的产能过剩,让很多国内陆上风电设备生产商蒙受了巨大的经济损失。

由于我国沿海省份工业发达,耗电量大,而陆上风能资源则主要集中在西部地区,远离负荷中心,长距离输电则要受到电网建设进度的制约。相比之下,海上风电靠近负荷中心,没有这方面的制约。所以,从某种意义上讲,我国对海上风电的需求远胜于其他国家,开发海上风电是我国风电发展的必然趋势。

不过,面对刚刚兴起的海上风能产业,国际和国内风电设备生产商纷纷投入海上风电设备生产的扩军和圈地运动中去,会不会让海上风电产业与陆上风电产业有着同样的命运和结局?

不少业内人士纷纷表示,海上风电项目前景广阔,但是就目前而言,海上风电项目的成本远远高于陆上风电项目,而能够为海上风电项目提供整机服务的风机生产商还比较少,主要集中在几个掌握风机核心领域的大企业的手中,因而,未来几年,中国海上风电产业不会出现陆上风电那样井喷式的增长,同时,这也将成为中国海上风电产业发展的重要影响因素。

而在中国工程院院士倪维斗看来,风电建设从勘察资源、测风、规划、布局,在此基础上安装风机、上网,输送到终端用户,风机制造从齿轮箱、轴承、叶片、监控系统、运行,是一套非常长的链条。

因此,欧文斯科宁大中华区市场营销负责人徐旌戟也表示:“就目前中国市场而言,海上风电并不存在产能过剩问题,未来的发展中,行业中可能有很多的兼并整合,但是整体产能并未过剩。在风能产业链上,有很多的环节,所谓产能过剩,是由于整机叶片的效率不高。欧文斯科宁致力于新型材料的研制,就是为了制造出效率更高的风机叶片,从而帮助企业提高生产效率,避免产能过剩这一问题的发生。”

事实上,中国政府也正在采取种种措施,并制定相应的法律、法规,严格控制海上风能产业产能过剩局面的出现。从政府当前对海上风能产业的投入和建设的限制性措施可以看出,中国政府正在积极引导这一新型能源产业朝着健康的、有利于产业发展的道路走去。

东吴证券分析师薛辉蓉预计,只要政府出台积极的新能源发展规划并高度重视目前新能源发电在整个电力系统中占比较低的情况,我国新增风电装机容量将继续保持高速增长。

风能电缆的应用现状 篇5

风力发电系统是将风能转换为电能的机械、电器及其控制设备的组合。各装置之间都需要相应的电缆来连接。由于使用的电缆涉及的型号及规格较多, 尤其专用电缆更有特殊要求。风能电缆必须能随风力发电机不断正向及反向旋转, 所以电缆既要有柔软的结构, 又要有足够的抗张强度、抗弯曲, 对绝缘护套还要求耐油、耐低温、耐紫外线等众多指标。另外, 国内外风力发电机生产商对电缆考核的旋转指标有比较明确的要求, 市场最严格的要求是5个360°循环的正向、反向旋转指标。

2 我国风能电缆研发和应用现状

目前, 我国风力发电专用的电缆尚处于起步阶段。由于风力发电的环境恶劣, 风机使用年限较长, 且电缆随风机不断旋转, 对电缆的性能要求较高, 所以我国风能电缆一直依赖进口, 且价格昂贵, 研发并投用国产风能电缆迫在眉睫, 高端风能电缆国产化道路任重道远.

据报道, 江苏宝胜集团的WPJV H07BN4-F1×240mm2风能电缆, 日前从德国TROESTER“三层共挤”挤橡设备中成功下线。经权威机构检测及专家认定, 该电缆具有抗低温、耐紫外线、耐烟雾腐蚀、抗扭转等优点。河南郑州电缆 (集团) 股份有限公司成功开发出了适应国内气候特点的耐高低温在-40～+50℃、耐腐蚀、抗扭转、抗较强风机震动的风力发电专用电缆, 使用情况良好。但完善开发配套品种和规格的风力发电用的系列电缆需要一个过程。

一般欧洲国家风电机组供应厂商提供的产品都是按IEC标准、II级风况、-20～+40℃温度范围设计。我国幅员辽阔, 风级差别较大, 南北气候差异较大。如:北方地区要求, 能耐-30℃及其以下气温要求的低温特性;沿海地区要求具备防盐雾、防湿热、防霉菌“三防”措施的沿海高温特性等。许多国内外厂家按照欧洲标准设计和生产的风能电缆也同样不能完全适应我国风力发电的气候条件。

风能电缆总体分为数据电缆、控制电缆以及动力电缆。其中, 数据电缆和控制电缆基本是应用于风车机舱中以及用于风车的控制系统连接。动力电缆主要用于机舱和风塔之间的动力传输连接, 以及机舱内部和塔内固定连接配电盘和变压器。

风力发电机定子采用超高压电缆﹐圆形电缆将取代矩形铜排﹐可使发电机并网不用变压器﹐从而大幅度降低造价。按照优化设计原则﹐大型电机的定子铁芯槽型为矩形﹐槽内的线圈或线棒也选择矩形截面﹐以提高槽满率。然而这种矩形截面导体的电场强度沿四周的分布是不等的﹐其4个角部高达9kV/mm﹐而4个直边部分却只有3k V/mm, 这将导致绝缘材料的很大浪费。具有圆形截面的电缆不存在这个问题﹐电场强度均匀分布, 且由原来的2.5kV/mm提高到15kV/mm, 从根本上消除了角部场强集中、绝缘厚度不均和不能减薄等问题。

2009年世界风能报告 篇6

全球风机装机容量达到159 213 MW,其中,2009年新增风机装机容量38 312 MW;

2009年风机装机显现出31.7%的增长速度,是自2001年以来的最快的1 a;

按照这种持续增长发展的势头,装机容量每3年将翻1倍;

截至全球所有风电机组的发电量达340×108 GW·h/a,相当于世界经济排名第七位意大利的年度总用电量,占全球用电总量的2%;

2009年风能发电创造的产值达50×108欧元;

迄今为止,全世界的风电行业创造就业岗位55×104个。预计到2012年风能产业提供的就业机会首次达到100×104个;

中国继续在世界风能发展中发挥着领军作用,仅2009年装机容量新增13 800 MW,连续4 a超过1倍的增长,对涡轮机厂商来说是1个巨大的市场;

美国的装机总量保持世界第一,中国以微小的差距超过德国居第二位,德国名列第三。中德两国的总装机容量都在26 000 MW左右;

全球新装机容量的40.0%来自亚洲,位列全球之首,北美洲紧随其后,为28.4%,欧洲回落至第三位,占27.3%;

拉丁美洲的增长势头令人鼓舞,装机容量成倍增长,主要原因在于巴西和墨西哥的新建风场;

2010年全球的总装机容量已超过20×104 MW;

依据目前快速发展的态势及利好政策的进一步出台,WWEA预测,到2020年全球的总装机容量将达到190×104 MW。

1 总体情况

全球风力发电装机容量连续3 a实现翻番增长。

2009年,世界各地风能发电装机容量再创新纪录:尽管有全球经济危机的影响,但在风电整机的新增投资,依然超过以往各年。全世界风力发电装机容量,2009年达到159 213 MW,2008年120 903MW,2007年93 930 MW,2006年74 123 MW,2005年59 012 MW。

由此由此可以看出,2009年是全球新增风力发电装机容量翻番增长的第三个年份。新增整机容量占市场份额的42.1%,达到38 312 MW,2008年新增26 969 MW,2007年及2006年分别新增19 808 MW和15 111 MW,10 a以前新增装机容量共有4 GW,只是2009年当年的1/10。

相比之下,根据国际原子能机构的信息,2009年核能在全球能源供应中的比例再次下降,核电站的数量有所减少。全球风能产业营业额,2009年达到50×108欧元/70×108美元,比2008年的40×108欧元明显上升。

2 金融危机对风能发展的影响及利好政策

全球金融及经济危机,并没有对世界范围的风能产业总体发展产生负面影响。许多国家的政府加速了他们国家风能利用的部署,并发出了在风能和其他可再生能源技术方面投资的明确信号,以应对已经出现的金融危机和能源危机。因此,稳定的政策及众多的改善框架策略,促进了风能利用在世界各地的投资。在这方面的两个具有里程碑意义的事件是,a) WWEC2008会议之后,在加拿大安大略省通过北美的第一部上网电价法;b) 南非国家能源监管机构第一次在非洲引入上网电价政策。

根据目前的政策环境及2008年世界风能发展报告预测,资本市场开始意识到,只要有正确的政策引导,风能投资对于投资者本身,原则上是低风险的项目。

另外,除去给风能投资者带来的微观经济利益之外,风机也稳定了整体能源价格,减少了国家总的经济风险,减少了对化石能源及核能的依赖程度。

联合国气候变化讨论对投资风能金额其他可再生能源的展望是,IRENA(国际可再生能源署)在哥本哈根COP15会议上提议建立全球可再生能源投资基金,其中包括全球上网电价项目。该提议极大地促进发展中国家投资大型可再生能源项目,并已引起了各国政府和国际组织的关注。采用气候变化公约框架,为在世界范围内加速可再生能源发展铺平带路。

3 自2001年以来风场装机容量的增长率

增长率反映新增的风场装机容量与前1 a装机容量的比较。自2004年以来,年装机容量一直在增长。2009年达到31.7%,是2001年以来增长率最高的年份;其次是2008年的29.0%,2007年的26.6%,2006年的25.6%,2005年的23.8%。

增长率最高的2009年中,增长率超过100%的国家有墨西哥,装机容量增加了3倍;土耳其是132%,是其历年增长最快的1 a;中国是113%;摩洛哥是104%。

令人欣慰的是,上述4个最具活力的市场,其中3个来自非洲和拉丁美洲,尽管这2个地区目前在风场商业开发方面仍落后于世界其他国家。

主要的市场中,美国增长率为39.3%,加拿大40.1%,法国32.8%,均在平均增长率之上。

4 2009年中国和美国领先世界风力市场

2009年共有82个国家实现了风能的商业利益,其中49个国家新增装机容量。中国和美国新增装机容量之和占全球新增装机容量的绝对多数,达61.9%,大大高于2008年的53.7%。

整机销售在0.5 GW～2.5 GW的9个国家可作为世界的主要市场。他们是西班牙,德国,印度,法国,意大利,英国,加拿大,葡萄牙和瑞典。

新增整机容量在100 MW～500 MW的,,可视为中型市场,包括12个国家,分别是土耳其,澳大利亚,丹麦,墨西哥,巴西、爱尔兰,波兰,日本,新西兰,比利时,韩国和希腊。

美国和中国占了全球装机容量的38.4%。位列前5位的国家装机容量占全球总装机容量的72.9%,分别是美国,中国,德国,西班牙和印度,略超过2008年的72.4%。

虽然位列前5位的国家增长份额主要来源于美国和中国,但仍能发现其中多样化增长的趋势,越来越多的国家着力于大规模开发风能。

截止到2009年底,装机容量超过1 000 MW的已有17个国家,在2008年时仅有16个2007年底时13个,2005年时11个。2009年世界范围内有35个国家风场的装机容量达到或超过100 MW,2008年时为32个,4 a前的2005年仅有24个。

拉丁美洲的尼加拉瓜是主要的新增国家之一,它的第一个装机并网的风场容量就为40 MW。

5 风能在电力供应中的份额

截止到2009年底,全球风力发电量达到340 TW·h,占全球电力供应总量的2%。该数字相当于意大利的年度用电量,作为1个工业型国家,意大利的常住人口6 000×104,是世界第七大经济体。在某些国家风力发电已经成为最重要的电力来源之一,其中份额最大的国家是丹麦20%,葡萄牙15%,西班牙14%,德国9%。

6 海上风电

2009年海上风电装机容量继续增长,到2009年底共有12个国家建立了海上风电场,其中10个在欧洲,中国和日本有小规模的安装。海上风电的装机容量占全球风电总装机容量的1.2%。

2009年海上风电新增装机容量450 MW,主要来自丹麦、英国、德国、瑞典和中国。海上风电装机容量的增长速度为30%,略低于陆地上风场装机的增长速度。

Horns Rev Ⅱ总装机容量为209 MW,是迄今为止最大的海上风电场,已经开始在丹麦北部海岸建设。

在欧洲之外,中国已经开始在上海附近安装第一个重要的风场,容量21 MW。

7 风电行业的就业情况

2009年风电行业在世界范围内依旧是创造新增就业岗位的主要行业。截止到2009年,全世界有55.0×104人直接或间接的从事与风能相关行业的职业。只用了4 a时间,从事风能行业工作的人数就从2005年的23.5×104人变化到2009年的55.0×104人,数量增长了1倍还多。在55.0×104人从业者中,大部分为高技能岗位。这些从业者贡献了340 TW·h的发电量。到2010年底,预计风电行业从业人数将达到67.0×104人,到2012年可达到100×104人。

8 各大洲风电场的分布

亚洲是风能产业发展最快的地区,其次是南美洲,全球风电发展关注的重心已逐渐远离欧洲。2009年欧洲的总装机容量首次低于全球总装机容量的50.0%,在过去几年里其所占份额持续下降,从2006年的65.5%到2007年的61.0%,2008年下降为47.9%,2009年又降到47.9%。5 a前,欧洲占全球总装机容量的70.7%,到2009年欧洲的排名将为第三,新增装机容量只占到全球新增装机容量的27.35(2008年为32.8%),位列南美洲(28.4%)之后,南美洲2008年的份额为32.6%。

亚洲成为各大洲的领头羊,在全部装机容量中占40.4%,2008年为31.5%;拉丁美洲的总装机容量的份额从0.6%上升到1.5%,非洲维持在0.5%,只有很小的份额。拉丁美洲和非洲新增装机容量的份额在稳步上升,拉丁美洲从2008年的0.4%上升到2009年的1.5%;非洲从2008年的0.3%上升到2009年的0.4%。

8.1 非洲

2009年非洲全部的装机容量为770 MW(占全球总装机容量的0.5%),其中,169 MW的新增装机容量来自埃及和摩洛哥。

由于非洲整体处于相对较低的发展水平,增长率为28.0%,低于全球31.6%的增长水平。可喜的是,越来越多的非洲国家政府意识到发展风能的潜力,并引起对必需规划工作的兴趣。

南非国家电力监管机构(NERSA)颁布了第一部上网电价的法律。这是1项重大突破。该法律有效地贯彻落实将会在2010年发生决定性作用。由于新法规的颁布,南非有可能成为撒哈拉以南非洲地区的领军国家,成为该地区其他国家的榜样。

处于非洲发展领先地位的埃及和摩洛哥新的风电项目正在建设中,但与南非、埃塞俄比亚,肯尼亚,纳米比亚,突尼斯以及佛得角这些国家一样,仍是一个新兴市场。令人欣慰的是,在非洲风电整机的制造已经开始。主要是在埃及。可以预测在非洲建立较为稳定的市场可以推断非洲几个国家国内市场的发展。

鉴于此,在非洲大部分国家还没有电网接入,相对于其他可再生能源,小型、分散、单机型的风能系统将会继续发挥关键作用。开发适用于农村地区的技术仍然处在基础阶段。缺乏相关的技术和资金还是发展的主要障碍。

8.2 亚洲

2009年亚洲已成为世界风能发展的火车头。这主要归功于中国和印度两大市场。亚洲的风电装机总容量达到了40.0 GW,占全球总装机容量的25.1%,63.3%的增速在世界各洲列局第二(2008年的增速为54.1%)2009年新增装机容量为15.5 GW。

在第四个连续增长的年份,中国成倍增长的新增装机容量居全球之首,26 GW总装机容量名列世界第二。中国迅速发展的步伐清楚地反映了中国政府把实现可持续发展的能源供应系统作为工作重点。该系统在很大程度上依赖于国内的可再生能源的资源。中国也在2009年引入了上网电价政策,保证了在整个项目周期内有固定的回报。

中国的整机出口目前还没有达到引人关注的水平,且产品主要供应中国本土市场,但是这个的风电整机制造商在2009年第一次位列世界五大制造商之列。2010年或许是中国整机出口具有标志意义的一年。

印度是亚洲的第二大市场,增长率为14.0%,总装机容量达11.0 GW,未来还会稳定增长。印度风能产业在过去几年成为全球企业角力的舞台,将在未来延续这种作用。这主要是由于印度国内市场的蓬勃发展。日本(总装机容量为2.0 GW),中国台湾省(436.0 GW),韩国(364.0 GW)是亚洲地区的中型市场。

除去以上5个国家或地区外,亚洲有刚起步但潜力巨大的市场,目前仍有一些国家对风能技术不够重视。具有确定潜在市场的国家有伊朗、巴基斯坦、菲律宾和越南,约旦和蒙古等国家的风场也在建设过程中。

8.3 澳大利亚和大洋洲

该地区在2009年新增装机555 MW,总装机容量达到2 388 MW,增速达30.3%,稍逊于全球的平均速度。新增及总装机容量2项均占全球装机容量的1.5%。远高于该地区人口数量在全球的比例。

值得一提的是新西兰,他的装机容量为511 MW,增速为50.8%,是该地区的主要增长点。澳大利亚的增速为25.6%,纵装机容量达到1 877 MW。

8.4 欧洲

占全球份额的43.9%,全球每2台整机里就有1台产自欧洲。欧洲2009年新增装机容量为10 474 MW,比2007年的8 607 MW及2008年的8 928 MW也有大幅度增加。

新增装机容量及总装机容量,德国分别为25 779 MW和1 880 MW,西班牙分别为19 149 MW和2 460 MW。德国和西班牙目前还是欧洲最大的市场,其增速分别为7.9%和14.7%。

欧洲区的中型市场有意大利(总装机容量为4 850 MW,新增1 114 MW),法国(总装机容量为4 521 MW,新增1 117 MW),英国(总装机容量为4 092 MW,新增894 MW)。

东欧地区的一些国家的发展最具活力,如,爱沙尼亚,增长率为81.8%,总装机容量为142 MW,立陶宛增速为68.0%,总装机容量为91 MW,匈牙利和波兰增速分别是58.3%和41.1%,装机容量分别为201 MW和666 MW。

丹麦,德国和西班牙的整机制造业依然在全世界众多风电市场中占据主导地位。尽管在亚洲和美洲出现新的国际竞争者,但预计在未来几年他们仍会保持领先地位。

社区电力在欧洲几个国家的持续增长,建设均具有欧洲水准。特别是在北欧,德国和英国,这种趋势仍会保持持续增长。虽然目前社区电力发挥的作用尚小,但未来会愈加显著。

同时,欧洲在海上风场的装机一直占领先地位,全世界99.0%的海上风场装机都在欧洲。欧洲探讨有北海岸几个国家的海上风场接入超级电网,似乎为这种技术提供了广阔的前景。

8.5 拉丁美洲

拉丁美洲是增速最快的地区,增速率达到了113.0%,总装机容量达1 406 MW。尽管近几年经济不景气,但是拉丁美洲风能市场的发展仍很可观。主要的风能产业源于巴西(增速为78.5%,总装机容量为600.0 MW)和墨西哥(增速为372.9%,总装机容量为402.0 MW)。

特别是巴西已经成为该地区风能产业发展的领先国家。随着几家国际公司开始在巴西生产整机,巴西本土将具备雄厚的制造业实力。风场主要安装在智利、哥斯达黎加、荷属安德列斯及牙买加。

对未来发展的预期,主要在巴西、智利及墨西哥。2010年主要风场的建设将会全面展开。

8.6 北美

2009年北美洲又一次刷新强劲增长,39.4%的增长率高于全球的平均增长率,总装机容量达到38 478 MW,打破了美国创造的新增装机容量9 922 MW的记录。虽然中国的新增总量超过这个记录,但美国的总装机容量仍名列世界第一。加拿大的总装机容量达3 319 MW,新增950 MW。

尽管出现金融危机,美国联邦政府对风场仍给予特殊的刺激投资措施,另外,越来越多的州政府开始探讨并采用更适合于风能发展的法律体制,吸引更多的投资。

更甚于欧洲的是社区电力已经上升为政治层面讨论的驱动力。2008年世界风能大会之后,安大略政府颁布了北美洲第一部社区电力绿色能源法案,承诺对包括风能在内的可再生能源给予补贴,作为全世界范围内的创新。该法案提供了针对社区及首个国家项目的特殊刺激。

安大略省作为示范,已经鼓励北美洲其他国家仿效类似的法律。在未来会颁布更多的上网电价法律。

9 全球未来的前景

2009年风能产业蓬勃发展。特别是在全球金融危机的背景下表现尤为突出,其卓越的表现有力地回应了先前一些国际组织所作的较为悲观的预测。增加风能的经济、社会和环境效益的认识,将进一步促进对新风场的投资。预想随着全球经济形势稳步好转,必将会有更多的地区得到更多的资金投入,加速风能产业的发展。

另一个积极因素是成立于2009年1月目前已经有143个成员国的国际可再生能源署(IRENA)的支持,IRENA在2010年将更加积极地工作,致力于可再生能源知识的传播,并在国际决策过程中起到平衡协调作用。如,促进联合国气候变化谈判的进程。

一方面,联合国在哥本哈根气候变化大会上还没有达成协议,这会为投资零排放技术(如,风能技术)带来额外刺激。迄今为止,风能投资只有很少一部分来源于碳融资,其他还在探讨之中的资金或许提供更多的刺激,已推动风能在全球的发展。

更进一步的发展预测在中国(已经采用上网电价政策)、美国(联邦和各州政府制定更多的有力的框架性政策)、德国、西班牙、印度及东欧国家、亚洲及拉丁美洲国家。预计在南非及北非也会有一些风电上网电价项目启动。

另外,还有1个经常被忽略的成功因素是社区电力所有制模式。这种模式凝聚了各方面资金和技术支持,预计将强有力地促进风电在世界更多地区的增长。最新及显著的例证将在英国(特别是苏格兰)、加拿大、澳大利亚、南非及世界其他许多地区显现。

根据目前加速增长的趋势,WWEA提高了对未来风电装机总量的预测,预计到2020年底,全球总装机容量至少达到190×104 MW。

编译自国际风能协会(Wind Energy International)的《World Wind Energy Report 2009》,资料来源于http://www.wwindea. org/home/index.php?option=com-content&task=view&id=266&Itemid=43

摘要：叙述了2009年全球风能产业发展背景、趋势以及发展风能电力为经济、社会和环境带来的效益,分析了2001年来世界风场增长容量的增长率以及世界各大洲风电场的分布,指出,2009年中国和美国领先于世界风力市场,提出,到2020年底,全球风机总装机容量至少达到190×104MW的预测。

新能源材料:风能材料 篇7

人类面临的资源、能源和环境问题日益迫切,能源供需矛盾日显突出,化石能源的日益短缺到最后枯竭,这是人类不得不接受的事实。在即将到来的第三次工业革命中,能源结构将发生根本性变化,可再生能源将成为以展主流,其中风能、太阳能、生物质能和地热能等将成为重要的可再生能源(图1)。

风能是一种清洁的永续能源,与传统能源相比,风力发电不依赖外部能源,没有燃料价格风险,发电成本稳定,也没有碳排放等环境成本;此外,可利用的风能在全球范围内分布都很广泛。正是因为有这些独特的优势,风力发电逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分,发展迅速。

目前,全球风电产业正进入一个迅速扩张的阶段。近十年来,年均新增装机量增长速度超过了30%,累计装机量增长率超过了25%。世界风能协会的统计数据表明:2012年全球风电市场比201 1年增长超过了10%,近45000 MW的新风力发电上网带来了约560亿欧元的投资。

2012年底,全球累计风电装机总量达到282500 MW,使累计市场增长超过了19%,考虑到宏观经济发展状况,风电行业已经表现良好,即便该数据低于过去10年22%的年平均增长率。

2011年底对风电市场增长的预期有好有坏,由于欧洲经济持续放缓、美国政策的不确定性,因此很难预测2012年的情况。但是2012年风电在北美、欧洲等传统市场的装机容量却是创纪录的一年。

与此相反,自2009年以来风电最大的市场中国却放缓了脚步,这意味着2012年美国重新坐上风电新增市场的头把交椅,但是2012年亚洲仍旧主导着全球市场,北美紧随其后,欧洲位列第三(如图2)。

欧洲风能协会(EWEA)和美国风能协会(AWEA)预测:今后十年世界风能产业还将持续两位数的高增长。2020年风力发电量将占世界发电总量的12%,达126×103 MW,在全球范围内减少100多亿吨有害气体的排放,同时带动复合材料及相关产业的发展。

世界风能协会(WWEA)认为,全球的风能约为2.74×109MW,其中可利用的风能为2×107MW,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。我国10米高度层的风能资源总储量为3.3×105 MW,其中实际可开发利用的风能资源储量为2.5×104 MW。其中青海、甘肃、新疆和内蒙是中国大陆风能储备最丰富的地区。

我国政府将风力发电作为改善能源结构、应对气候变化和能源安全问题的主要替代能源技术之一,给予了有力的扶持。如设立了2020年风电装机容量分别达到3 000万千瓦的目标,制定了风电设备国产化相关政策,并辅以“风电特许权招标”等措施,推动技术创新、市场培育和产业化发展。风电已经在节约能源、缓解我国电力供应紧张的形势、降低长期发电成本、减少能源利用造成的大气污染,以及温室气体减排等方面具有重要意义。

中国风能协会最新统计数据表明:到2012年底,全国(不含港、澳、台)共建设1445个风电场,安装风电机组52827台。单机容量1.5 MW和2 MW的风电机组是目前国内风电市场主流机型,占吊装容量的81%。

到2012年底,全国50多家风电开发企业旗下的1300家项目公司参与我国的风电投资和建设,其中国有企业约1000家,占全国风电总装机容量的81%;民营企业约150家,占全国风电总装机容量的4.5%;中外合资企业约98家,占全国风电总装机容量的13.3%;外资企业约21家,占全国风电总装机容量的1.2%。目前,我国并网容量超过100万千瓦的主要开发企业有国电集团、华能集团、大唐集团、华电集团、神华集团、中广核公司和中电投集团等11家。国电集团以累计并网装机容量1300万千瓦居全国第一,全球第二;华能和大唐分别以834万千瓦和771万千瓦列第二、三位。

2013年是“十二五”规划的第三年,根据2012年风电项目的在建情况,按照在建已吊装项目2013年全部建成,在建未吊装项目建成50—60%,不计新疆哈密和甘肃酒泉二期基地项目综合考虑,预计2013年我国风电新增并网容量约1800万千瓦,到2013年底累计并网风电将达到8000万千瓦,2013年风电年上网电量预计可突破1500亿千瓦时,可替代标煤约4900万吨,风电在能源消费中的比重预计超过1%。预计2013年风电场工程基建总投资约1400亿元。

在规模化发展风电的同时,根据“十二五”风电发展规划,2013年我国将在中东部地区,依托现有的电力系统以及可开发的风能资源,重点推进分散式接入风电的规划和建设工作,同时,进一步加强海上风能资源的开发和利用,在完善海上风电建设前期工作相关技术标准的基础上,完成广西等沿海地区海上风电规划的批复,并在江苏、福建等沿海省份加快海上风电示范项目的建设,我国海上风电建设将迈出新的步伐。

在加快风电开发利用的同时,2013年,我国国内风电产业体系将会更加完善,风电机组制造和重大装备的关键技术将会取得明显进步,特别是风电机组及其零部件国内供货的能力将会显著提高,预计国内年产能超过100万千瓦以上的风电制造企业将超过10家,将形成年产能超过500万千瓦的主要风电机组制造企业4—5家。5兆瓦、6兆瓦等大容量风电机组将投入商业化运营,为2013年以后风电快速发展奠定基础。

根据《“十二五”可再生能源发展规划》,到2015年,风电并网容量大约为120GW,需要每年新增装机15GW以上;2020年,我国风电并网目标要达到200GW;

全球风能理事会预测2020年中国风电装机容量达到250GW。

海上风电uqf成为建设重点,风力发电厂正从内陆及大陆沿海地区逐步转向海上。2020年前,中国将在江苏南通、盐城、上海、山东鲁北浙江杭州等海湾建设几个百万千瓦级海上风电基地。初步形成江苏、山东沿海千万千瓦级风电基地;

到2015年底,我国海上风电累计装机有望达15GW,2020年有望达到30GW(3000万千瓦)。预计到2015年,国内风电装机占比将增加到7%,2020年该比例将增加到20%,届时中国风电累计装机容量将超过1.5亿千瓦,上网电量占比将超过5%,风电产业将在相当长的时期内为国民经济可持续发展发挥积极的作用。

风力发电机组是由叶片、传动系统、发电机、储能设备、塔架及电器系统等组成的发电装置(图3)。要获得较大的风力发电功率,其关键在于要具有能轻快旋转的叶片。所以,风力发电机叶片(简称风机叶片)技术是风力发电机组的核心技术,叶片的翼型设计、结构形式,直接影响风力发电装置的性能和功率,是风力发电机中核心的部分,也是风能材料产业的主要市场。

风能材料主要包括:

(1)风电齿轮箱材料

风力发电机组的主机用材料主要是以钢铁为主的金属类材料,目前主要分为双馈和直驱两种,虽然都以电磁转换为原理,但直趋型风机采用目前磁力最大的铷铁硼永磁材料作为磁极,双馈型电机则为传统的励磁绕组技术,这也是目前大部分企业所采用的成熟的风电技术。特殊的是,双馈式发电机必须配备一个齿轮箱,其作用是将风轮转速通过低速齿轮带动高速齿轮转动达到发电所需的额定转速。

双馈式风机与其它工业齿轮箱相比,由于风电齿轮箱安装在距地面几十米甚至一百多米高的狭小机舱内,其本身的体积和重量对机舱、塔架、基础、机组风载等都有重要影响。由于是机械部件,齿轮箱也是损坏率最高的部件,如果材料选用不当,将导致双馈机型系统运行的可靠性和寿命大打折扣,运营维护成本升高,如果装机后轴承因质量问题需要拆卸则损失将达到100万元/每个。

而直驱型电机运营维护成本低,其原材料主要是是稀土钕铁硼,未来,直驱型电机将可能在风电领域中占有很重要的地位,对稀土将会产生很大需求。

(2)塔筒和机舱罩材料

风电塔筒就是风力发电的塔杆,在风力发电机组中主要起支撑作用,同时吸收机组震动。因此风电塔筒的材料一般都选用强度较大,且能够防腐蚀的,具有良好抗震性能的钢板,一般选用Q345D,Q345E,Q345D-Z15、Z25、Z35以及Q345E-Z15、Z25、Z35等种类级别要求的钢板。

机舱罩是整个风电系统的保护装置,质量好坏关系到整套配置的正常运行及使用寿命,要做到实用、美观大方。目前用于风电机舱罩制造的材料主要为玻璃纤维/聚酯复合材料,成型工艺主要为手糊工艺和真空树脂导入工艺。

(3)风电叶片材料

叶片是风力发电机组中关键的部件,其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。为了保证叶片在恶劣的环境中能够长期不停地运转,对叶片的具体要求有:比重轻且具有最佳的疲劳强度和机械性能,能经受暴风等极端恶劣条件和随机负荷的考验;叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲线都正常,传递给整个发电系统的负荷稳定性好;耐腐蚀、紫外线照射和雷击的性能好;发电成本较低,维护费用最低。

风力发电叶片主体是由复合材料制成的薄壳结构,一般由根部、外壳和加强筋或梁三部分组成,目前使用最为广泛的是纤维增强型复合材料,包括玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料。风电叶片的成本占风力发电整个装置成本的15%～18%,因此叶片选材非常重要。风电叶片用的材料根据叶片长度不同,可以选用不同的复合材料。目前风电叶片长度在40米以下普遍采用玻璃纤维/聚酯树脂和玻璃纤维/环氧树脂复合材料。而长度在45米以上的风电叶片,则需要用碳纤维复合材料。叶片的尺寸的增加可以改善风力发电的经济性,降低成本。

玻璃纤维复合材料(glass fiber reinforced plastic-GFRP)主要分聚酯树脂基体和环氧树脂基体两大类,具有强度高、重量轻、耐老化,表面可再缠玻璃纤维及涂环氧树脂等特点。其它部分填充泡沫塑料。玻璃纤维的质量还可以通过表面改性、上浆和涂覆加以改进。

碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced plastic-CFRP)充分利用碳纤维轻质、高强、高模的优点,能大幅降低叶片自重。而随着叶片减重,旋翼叶壳、传动轴、平台及塔罩等也可以轻量化,从而可整体降低风力发电机组成本,抵消或部分抵消碳纤维引入带来的成本增加。

2 国外复合材料叶片产业现状及发展趋势

2.1 国外复合材料叶片产业现状

复合材料叶片是风力机组中最关键的零部件,约占整机价值的15～18%左右,其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。随着世界风能产业的发展,复合材料风电叶片产业也得到了长足的发展,产生了许多拥有先进技术和庞大规模的风电叶片制造商。

目前,世界复合材料叶片制造商分为两类:

第一类是叶片独立供应商。如丹麦LM Glassfiber公司。

第二类风电机组供应商,同时生产配套的叶片。如Vestas公司、西班牙的Gamesa公司和德国的Enercon公司。但这些厂家的目标并不在于实现所有叶片的自我生产,他们也会从独立的叶片生产商采购大量的叶片。

根据公开披露的数字看,目前世界上的风力机叶片主要由丹麦的LM公司、Vestas公司、西班牙的Gamesa公司、德国的Enercon公司和印度的SUZLON等五家公司制造。

丹麦的LM Glassfiber公司是世界上风力发电叶片最大的专业制造商,全世界正在运转的风机叶片中三分之一以上由其生产,其最大的特色是集设计、结构、空气动力、材料、工艺、制造、测试、实验和生产于一体,是全球叶片设计生产领域的领军企业。LM在2004年开发了54m的全玻纤叶片,并开发横梁和端部使用少量碳纤维的用于5MW风机61.5m大型叶片。LM叶片主要使用不饱和聚酯树脂,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺生产。LM公司自2001年起在天津、新疆乌鲁木齐、秦皇岛和江阴建立了叶片生产基地,主要生产37米1.5 MW风力发电机叶片,总产能在900套左右。

丹麦Vestas(维斯塔斯)公司于1979年开始制造风力发电机,是世界风电业的巨头之一。Vestas在丹麦Lem、Nakskov、中国天津设有叶片工厂,采用干法预浸料成型工艺,产品重量轻、质量稳定,但设备投资大;Vestas叶片的轻质化一直走在世界的前列,最能体现技术和先进性的是V90叶片,长44米、重量仅6吨,该叶片采用了一定的碳纤维增强,其空气动力学,防尘等性能也同样出色。Vestas叶片采用单件整体制造。预计到2010年底Vestas(中国)将形成750套2MW叶片生产能力。

西班牙Gamesa(歌美飒)集团是全球最主要的风电设备制造商之一,成立于1976年,2000年开始进入风电行业并迅速成长为行业领军企业。目前该集团除风电设备制造外,另有风场开发、建设、运营等业务。Gamesa集团生产的风电叶片采用干法预浸料成型工艺生产变速和半定速型叶片,容量从主要分布在700kw到2MW之间。2005年,Gamesa集团正式进入中国市场,并于2006年成立歌美飒风电(天津)有限公司,专门制造和装配风力发电机的兆瓦级叶片。

德国Enercon公司是德国的整机制造商,Enercon公司目前叶片的产量是德国第一,世界前三,其风机叶片1 00%自给。Enercon在巴西、德国、印度和土耳其都设有叶片工厂,其叶片有一共同特点是叶片顶端是弯曲的,形成小翅。但Enercon公司目前尚未大规模进入中国大陆市场。

印度Suzlon公司是一家从事风能技术开发、设计及风力发电设备生产、风力发电厂的设计、建造及技术咨询服务的综合性跨国公司,在国际同行业处于领先地位。目前,在德国、丹麦、印度、美国等地分别建有子公司、研发机构、生产工厂及销售机构。Suzlon公司自2002年进入中国以来,分别在上海、北京设立了办事机构,并在中国天津设立了生产基地。

德国Nordex(恩德)公司于1986年在丹麦成立,目前在德国、丹麦、印度、中国、西班牙等地均设有研发机构和生产基地。2009年,恩德公司是德国市场前五名风机制造商之一。Nordex是最早进入中国的国外风机制造商之一,自1999年在中国成立办事处以来,其投资规模就不断扩大,先是2004年成立恩德(保定)有限公司,2006年成立恩德(银川)有限公司,又于2007年1月成立了恩德(东营)叶片制造厂,目前恩德(中国)公司已形成年产120套1.5MW叶片的产能规模。

另外,国际大型跨国公司GE能源和SIEMENS也都纷纷投资进军风电行业,积极抢占市场,并已陆续进入中国,凭借雄厚的资金和技术实力,成为世界风电叶片市场上极具影响力的生产商。

2.2 国外复合材料叶片发展趋势

目前国外叶片研制正在向大型化、低成本、高性能、轻量化方向发展。5MW的叶片已进入商业化生产;横梁和端部使用少量碳纤维的大型叶片,在保证高质轻量的同时,材料用量的减少可以使其成本不高于玻纤复合材料,产生良好的经济效益,其具体发展趋势如下:

2.2.1 大型化

为了降低风电成本、提高发电效率,目前叶片呈功率大型化方向发展。2009年全球新增装机容量中,MW级机组已超过了80%。据风电行业世界权威咨询机构BTM近期发布的《世界风能发展》报告显示,2009年全球风电机组单机功率平均为1599千瓦,中国平均1360千瓦,美国平均1500千瓦,欧洲平均2～3兆瓦。我国风电机组平均单机功率距离全球平均水平还有一点差距,我国风电企业在大型化风电机组方面正在努力追赶全球步伐,风电叶片需要紧跟市场形势,大型化将是必然趋势。

目前,全球风电设备制造业还在积极研发更大容量,更加可靠,具有智能性的新一代风电机组。Enercon公司的6MW、7MW风电机组已德国和比利时的风电场成功运行,GE公司的7MW机组正在研发过程中,Vestas的6MW、10MW机组已研制成功。

随着世界主流风力发电机的单机装机容量越来越大,为了捕获更多的风能,叶片也在朝大型化方向发展,长度也随之增长(图4)。

叶片的大型化极大增加了叶片设计、材料、制造的难度。因此,复合材料叶片产业的进步必然是设计、材料、工艺和装备综合技术的进步。

2.2.2 智能化

风电机组一般工作在风能资源丰富的地区,但这些地区往往也是天气变化多端的地区。出于对风电机组工作安全的考虑,为了实现对叶片的实时监控,目前已经出现了将光纤监控技术用于复合材料叶片的制造的技术,开发出了具有智能功能的复合材料叶片。

风电机组运行过程中,一旦出现叶片所承受外界载荷(温度、风速、风载等)超过设计载荷、叶片主体产生裂纹、外界雷击等可能对叶片造成损伤的情况时,监控系统就会发出预警信号,以便对叶片进行及时的调整、维护和保养,提高风电机组运行的可靠性。

2.2.3 适合运输的分段式叶片

随着风电叶片大型化的发展,兆瓦级叶片的道路运输问题也越来越受到重视,分段式叶片极大地降低了叶片对运输道路的要求。例如,德国Enercon公司的E126型6MW风电机组,转轮直径达到了127m,其配套叶片就由内、外两段叶片组成,靠近叶根的内段较短部分由钢制造,外延部分由玻璃纤维复合材料制成。西班牙Gamesa公司的转轮直径为128m的G128型4.5MW风电机组,其配套叶片也采用两段式。

虽然分段式叶片是一个很好的解决方案,但这个方案的难点在于如何解决两段叶片接合处的刚性断裂问题,接合处的接合技术,还需进一步的研究和探索。

2.2.4 开发使用热塑性复合材料叶片

目前使用的风电叶片大都是由热固性复合材料制造,很难自然降解和回收再用。其废弃物一般采用填埋、燃烧利用其热能或粉碎后做填料等方法处理。面对日益突出的复合材料废弃物对环境造成的危害,一些风电叶片制造商开始研究制造热塑性复合材料叶片——“绿色叶片”。

与热固性复合材料相比,热塑性复合材料具有可回收利用、质量轻、抗冲击性能好、生产周期短等一系列优异性能。根据有关资料介绍,如果采用热塑性复合材料叶片,每台大型风力发电机所用的叶片重量可以降低10%,抗冲击性能大幅度提高,制造周期至少降低1/3,而且可以完全回收和再利用。

但是,使用热塑性复合材料制造叶片的工艺成本较高,成为限制热塑性复合材料用于风力发电叶片的关键问题。最近,爱尔兰Gaoth风能公司与日本三菱重工和美国Cyclics公司正在联合开发低成本的热塑性复合材料叶片制造技术。预计随着热塑性复合材料制造工艺技术研究工作的不断深人和相应的新型热塑性树脂的开发,安全快捷的制造热塑性复合材料叶片将逐步成为现实。

2.2.5 复合材料叶片工艺的发展

传统复合材料风力发电机叶片多采用手糊工艺制造。手糊工艺的主要特点在于手工操作、开模成型(成型工艺中树脂和增强纤维需完全暴露于操作环境中)、生产效率低,树脂固化程度(树脂的化学反应程度)往往偏低,对工人的操作熟练程度及环境条件依赖性较大,生产效率低,产品质量均匀性波动较大,废品率较高。因此,只能适合产品批量较小、质量均匀性要求较低的复合材料制品的生产。手糊工艺制造的风力发电机叶片在使用过程中,往往由于工艺过程中的含胶量不均匀、纤维/树脂浸润不良及固化不完全等,容易引发裂纹、断裂和叶片变形等问题。此外,手糊工艺往往还会伴有大量有害物质和溶剂的释放,有一定的环境污染问题。

目前较为流行的真空灌注工艺适宜大型风机叶片的批量生产。与手糊工艺相比,真空灌注工艺不但节约了粘接工艺的各种工装设备,而且节约了工作时间,提高了生产效率,降低了生产成本。同时由于采用了低粘度树脂浸润纤维以及采用加温固化工艺,大大提高了复合材料质量和生产效率。

2.3 国内复合材料叶片产业现状及发展趋势

2.3.1 国内复合材料叶片产业现状

我国并网型风电叶片的发展同样于20世纪80年代开始,大致经历了5个阶段:

第一阶段:1985年～1995年,这期间我国通过国家科委的科研项目支持尝试研制并小批量交付了部分55kW、200kW风电叶片。这个时期叶片发展的特点是,研发单位对风电的前景一般没有什么设想,对叶片的运行效果也并不十分关注,完成项目要求、用好项目资金是大家最主要的目标。这一阶段研发生产的风电机组目前基本已经报废。

第二阶段:1995年～2001年,这是中国风电叶片技术实现突破的一个时期。“双加工程”、“国债项目”、“乘风计划”等推动风电产业形成的国家计划陆续出台。项目任务从简单的完成科研任务到形成批产能力。这个变化不仅催生了上海玻璃钢研究院300kW、保定螺旋桨厂600kW、航天万源250kW叶片的成功研制,而且建立了中航惠腾、航天万源两个专业的风电叶片生产企业。2001年,全球最有影响力的风电叶片供应商之一的艾尔姆(LM)落户天津,意味着国际风电界对我国政府的风电发展计划有了更积极的响应。中航惠腾首批600kW叶片配套金风科技的6台600kW机组在红松风电场装机运行,这是我国具有自主知识产权风电机组的第一个完整项目。

第三阶段:2001年～2007年,这是中国风电叶片产业快速形成的一个时期。中航惠腾、上海玻璃钢研究院的750kW、1.0MW、1.2MW、1.5MW叶片相继研制成功并迅速实现大批量交付能力,国外叶片供应商在我国的市场份额逐年下降,自主风电叶片技术和交付能力的快速增长。中复联众、中材科技相继通过技术引进和海外并购等途径具备了1.5MW叶片的生产能力,这标志着我国风电叶片产业的真正形成。

第四阶段:2007年～2010年,我国风电叶片的交付量伴随国内风电装机量高速增长,我国迅速成长为一个风电大国。维斯塔斯、歌美飒、通用风电、苏司兰、恩德等所有世界重要风电设备制造商几乎都进入国内,而我国本土风电叶片制造企业发展更加迅速,据称达到60家以上。

第五阶段:2010年至今,大量“赶上末班车”的风电叶片企业亟需解决一个“进入的问题”,这个阶段出现了许多非理性的经营和市场行为。这个时期,我国的风电叶片产业出现了一些发展势头过旺的趋势,风电行业的发展现况也引起国内许多经济学家的关注。

目前国内自主品牌叶片制造厂商有:

中航惠腾风电设备股份有限公司于2001年在保定高新技术产业开发区成立,是国内较大的专业从事风电叶片及相关产品设计、开发、生产、销售的高新技术企业,提供各种风力发电机组风轮叶片及相关产品的安装、维护、技术咨询、技术转让服务。目前该公司拥有1 1个系列、30多个型号的产品,叶片单机容量涵盖600KW到3.0MW之间各种型号,其最长叶片达到了48.8米。中航惠腾已分别在保定、酒泉、秦皇岛、承德、张家口等地设立生产基地,总占地面积达83万m2。

连云港中复连众复合材料集团有限公司已拥有1.5MW～3.0MW 6个系列,叶片长度31m～55m的20多个品种的风力机叶片的产业化制造技术;在国内拥有4个叶片生产研发基地,在德国设立了大型风电叶片研发中心,在国内成立了国家认定企业(集团)技术分中心,组建了一支风力机叶片研发的技术队伍,具备了好的组织管理及产业化能力;具有年产3500套叶片的生产能力,从2005年起中复连众已经为华锐风电、金风科技、湘电风能、上海电气及东方电汽等多家国内知名整机厂商共提供各型号两千余套风机叶片,装机运行客户反应良好。2009年中复连众的3MW-44m叶片在上海东海大桥装机,现已并网发电。中复连众对多个系列叶片的成功研发生产为中复连众研发5MW碳纤维叶片在叶片阳模和模具设计制造、叶片材料工艺性能、叶片生产制造等方面提供了有力的基础支持和经验支持。2010年5月与华锐风电签订了5MW叶片的供货合同,预计2010年年底将5MW叶片将率先装机运行。

天津东汽风电叶片工程有限公司坐落在天津经济技术开发区化学工业区,已具有年产600套1.5MW风电机组叶片、100套2.5MW,50套5MW风电机组叶片的生产能力,以及2.5MW风机的整机总装能力,2010年底将达到年产1000套的生产制造能力。

中材科技目前生产拥有完全自主知识产权的1.5MW Sinoma40.2叶片,同时也着手开发配套2.5M以上机组的风电叶片。截至2009年年底,随着其在北京八达岭经济开发区和酒泉工业园区的两个500套兆瓦级风电叶片项目的相继投产,中材科技风电叶片的产能已超过1300套,预计2010年底中材科技将形成5个产品系列,生产规模将进一步扩大。

2.4 发展我国风能材料产业的主要任务及主要问题

风能复合材料叶片是新材料技术的一个分支领域,是风能材料的重要组成部分,同其它的新材料分支一样,近年来,我国的风电叶片产业发展迅速,无论是产业规模和产业技术都取得很大进展,为推动我国风电产业的发展发挥了重要作用。另一方面,我国风能叶片材料同样存在大而不强的问题,如:产能过剩、企业同质化、产业链不完善、关键核心技术依赖于人等。

“十二五”期间或今后较长时期内,应围绕国家发展风能产业的总体规划和布局,制定相应的风能材料的发展规划,在财政支持、税收激励、信贷和融资、对外合作、人才培养等方面加大政策导向和宏观调控力度,促进我国风能材料产业科学快速地发展。

当前发展我国风能材料产业的主要任务包括发下几方面:

1)加强资源整合力度,加强产业结构调整。

针对现有企业产能过剩,同质化现象,加强产业结构调整和升级换代,优化资源,合理布局,推动我国风电材料产业科学有序的发展,重点培育的打造几个龙头骨干企业,提高产业化技术水平和国际市场竞争能力。

2)加强自主创新能力建设,推动我国风能材料产业的自主化发展。

针对目前我国大型风机叶片基本上都是在技术引进和消化吸收的基础上实现的批量化生产,二次创新还局限在材料的选用和局部工艺改进的现状。加强原创性创新能力建设,建立国家级的风能材料研发平台,加强深入的基础研究,建设产、学、研相结合的技术研发体系。

3)完善健全风能材料产业链,提高合格可靠的原材料生产供应能力,重点解决先进树脂等原材料国产化和规模生产的问题

环氧树脂是碳纤维复合材料风能叶片的主要基体材料,我国是全球最大的环氧树脂生产、消费国,但多数为普遍型环氧树脂,力学性能虽然可以满足风电行业的要求,但耐候性差,不适应长时期在户外工作,如果常年经受阳光暴晒,将会因为吸收紫外光线而变脆、老化。用它作为原材料制造风电叶片,在使用时间上是不能满足要求的。目前耐候性、抗老化性好的环氧树脂,是氢化双酚A型环氧树脂、脂肪族环氧树脂等特殊品种。然而国内在这类树脂方面的研发、生产至今基本空白。在缺乏基础研究的情况下,尽快引进技术,在此基础上改进和推广。提高自主保障能力。

4)提升产业化技术水平,提高风能材料技术的国际竞争能力

随着风电产业的快速发展,国际风电设备制造业在技术工艺和产业体系都酝酿着新的重大变革,主要表现在提高核心技术竞争力,研制供应开发高效可靠的新一代风电机组产品,包括巨型海上专用风机;实行国际化经营,开展全球范围生产销售;强化纵向一体化生产,保障零部件供应体系,提高规模经济效益和协同效益。这些趋势将进一步导致行业竞争加剧,进入门槛上升。而我国风电设备制造业及风能材料行业仍处于初期发展阶段,技术水平、产品竞争力、产业链培育等方面还很薄弱,明显落后于国际领先水平。因此,我国风能材料产业今后应加快提升产业化技术水平,加强自主的新技术研究和新产品开发能力,实现关键产品的升级换代,迎接风电材料未来新有挑战。

2.5 推动我国风能材料产业发展的对策和建议

1)注重学习和创新

持续的技术和产品创新是风电及风能材料产业持续发展和保持领先地位的基本动力。我国政府在促进风电产业发展的实施意见中明确提出,为加快我国风电装备制造业技术进步、提高产业化水平,支持风电机组整机及零部件制造企业采取自主创新、技术引进再创新、开放式自主创新等方式,形成拥有自主知识产权的风电装备能力,培育自主品牌,并计划择优培育若干风电机组整机制造企业和零部件制造企业,重点给拥有自主知识产权和品牌的兆瓦级以上风电企业的新产品研发、工艺改进和试验示范以适当的资金补助。同时鼓励企业在各种层面、以各种方式开展国际人员和技术交流合作、吸纳国际领先技术和人才资源,努力增强自主创新能力。

2)控制质量和风险

风机机组的优良质量和高可靠性是风力发电的根本要求,产品质量保障是风电设备制造业的生命线。风电机组在非常恶劣的气候条件和交变载荷工况下全天候运行,如果风电机组质量不高、可靠性差,导致实际可利用率低于承诺值,维修维护费用增加,将使得风电场无法达到预期上网电量,减少售电收入、增加运营成本,严重损害风力发电经济效益、产业竞争力。坚持循序渐进的技术产品研发和产业化道路是国际风电设备制造业保障产品质量和可靠性的重要经验。同时建立技术标准和开展产品检测认证是保障风电设备质量的有效手段。

我国的风电设备制造业才刚刚起步,而目前技术标准和认证体系尚未建立健全,但近年来大批机型即将规模化投放市场,部分企业和机型取得认证。因此,我国亟待建立健全风电技术标准和检测认证体系,为风电设备质量提供保障。各企业在机型产品批量化生产、商业化运行前应积极主动对新设计的样机进行严格充分的检测,不要急于进行量产,避免未来更大的市场风险。

检测认证机构在早期阶段通常是由政府提供一定的资金支持认证机构的有关技术能力建设,并通过将对风电产业的补贴政策和认证挂钩,来促进企业积极参与认证工作。待标准和技术能力成熟之后,国家可将认证作为强制性措施来保证风电设备的质量和安全;检测认证机构也可以是独立企业/组织,以市场化方式为风电设备产品的原型试验、性能改进、材料试验等研发活动以及产品认证等市场准入提供强有力的技术支持。

3)打造完整产业链

完善的零部件供应链是保障风电设备制造业稳步发展的前提条件。随着风电技术的日趋成熟复杂和风电整机产业规模的快速扩大,风电整机制造业对零部件的技术要求和市场需求不断提高,近年来全球风电零部件制造业也亟待快速升级,健全完善充足可靠零部件的供应链。

新型风能海水淡化耦合系统 篇8

1.1 海水淡化开发利用现状与发展

海水、苦咸水淡化研究开发事业经历40多年的发展, 先后形成了电渗析法、反渗透法、蒸馏法脱盐装置[1]。20世纪80年代以来, 日产500、1 000、2 000 t反渗透海水淡化装置在我国沿海地区得到成功应用, 数千吨级、万吨级反渗透系统被广泛应用。目前, 在脱盐率99%以上的复合膜研制成功以后, 结合能量回收进行海水淡化, 其造水成本已经降低到每吨淡化水耗电4～6 kWh。但是我们应该看到, 在海水淡化综合成本逐渐下降的同时也应注意到海水淡化所需的动力消耗主要来源于化石燃料, 如煤, 石油。换句话说, 传统海水淡化技术正在用一种不可再生的非清洁能源来换取另一种资源的使用。显然, 现在的工业化经济模式已不能维持经济的进步。当我们目光短浅的为保持现行经济模式而努力的时候, 我们正在耗尽地球的有限资源, 同时也污染着生存的环境。可以说, 目前经济繁荣的同时也暗示着现行经济发展模式的长远前景是生态赤字。因此, 伴随着可再生的清洁能源问题解决, 反渗透海水淡化不失为解决我国沿海与海岛区域水资源匮乏的一项行之有效的技术措施。

1.2 风能开发利用现状与发展

近年来风力发电方面, 我国政府提供的一系列优惠政策, 为中国的风力发电发展提供着的新动力。如国家计委于1996年提出“乘风计划”。支持风电立项, 协调各方关系, 并积极着手制订风电发展优惠政策, 力图解决风电并网、风电电价、设备进口关税和增值税问题;国家计委和科技部于1999年1月以“计基础[1999]44号”文发出《关于进一步支持可再生能源发展有关问题的通知》。文件规定对于银行安排基本建设贷款的项目给予2%的财政贴息;国家经贸委与财政部、国家税务总局协调后, 2002年经国务院批准, 决定给予风力发电减半征收增值税的优惠 (即由17%降至8.5%) ;2006年1月1日实施《可再生能源法》。目前, 风力发电技术是比较成熟的可再生能源技术之一, 具有规模化开发和商业化发展前景, 装机容量每年增长超过30%, 已形成一批开发和生产离网风电机组的单位和科研机构, 主要产品品种有0.1～10 kW风电机组等。目前单机容量500、600、750 kW的风电机组已达到批量商业化生产的水平, 成为当前世界风力发电的主力机型[2]。

1.3 风能海水淡化的现状与发展

风能作为清洁的可再生新能源, 应用于海水淡化工程, 已经取得了较为成熟的研究成果, 特别是近年来风力发电技术和海水淡化技术的进步, 使得风力发电海水淡化在世界范围内得到了越来越广泛的应用。表1列出了一些风能海水淡化工程实例[3]。但是, 这些风能海水淡化装置仍然没有突破蓄电变频的环节, 在降低成本方面仍有进一步突破的空间。

2 风能海水淡化的环境条件和技术问题

风能海水淡化一般是在风能资源丰富, 淡水资源缺乏的沿海地区采用。我国沿海地区是风能比较丰富的区域, 风能密度为200～300 W/m2, 大多数海岛都可满足建设风电项目的基本气象条件。同时, 该地区又是我国淡水缺乏的地区, 辽宁、河北、天津、山东、江苏、上海等省市水资源严重低于全国平均水平, 其中以天津市最为严重, 仅为全国人均水资源的6.9%。因此在我国发展风能海水淡化具有有利的市场前景[4,5]。

风能海水淡化主要有2种途径:①直接利用风力机输出的机械能进行海水淡化, 可利用的技术有MVC和RO;②利用风力发电机组先将风能转化为电能, 然后利用电能进行海水淡化, 可行的技术有MVC、RO和ED。然而将风能用于海水淡化, 即利用风力机的旋转动能直接驱动反渗透泵或蒸汽压缩单元, 还存在一些问题, 如风力波动则影响到泵的流量或压缩机的压缩稳定性等, 因此直接利用风能的应用较少, 大多数情况下, 先采用风能发电, 之后用于海水淡化。然后存在着由于风速时常变化使得能量供应不稳定, 具有间歇性和波动性等问题[6,7]。

3 风力发电与反渗透海水淡化耦合系统

针对上述风力发电海水淡化技术存在的问题, 研制和开发新型的风能海水淡化装置或技术非常必要。风力发电与反渗透海水淡化耦合系统采用按风力发电量来决定反渗透淡化装置产水量的方法, 从而有效地克服上述缺点。

3.1 耦合系统关键技术

(1) 风力发电计量和储存技术。

风力发电装置配置的蓄电池按反渗透装置额定用电1～2 h设计, 主要用做保证整个系统的控制用电和10～30 min的短时间的风电低谷, 并对风力发电量进行即时计量和累计。

(2) 按照风力发电量控制反渗透启停的智能控制技术。

按风电的发电量来增减反渗透的产水量, 通过智能判断, 来控制反渗透装置的启停量, 从而实现不同发电量决定装置不同产水量的智能控制。

(3) 反渗透装置的产水量可调技术。

反渗透装置每1/3可单独运行和停止, 这样就可以按风电的发电量来增减反渗透的产水量。

3.2 耦合系统的具体组成

(1) 风能发电系统。

①永磁直驱式变速发电机:

包括发电机电磁方案、固定与支撑结构和冷却系统的研究及其制造。

②电站远程控制与管理系统:

包括电站的远程控制、运行数据的管理、最大功率获取控制等系统。

③电能变换与互补发电输电技术及系统:

包括变速发电机输出电能的变换技术研究与系统选型, 电能互补输送、储能系统等。

④电站安全运行和监控系统:

包括电站海洋环境与运行参数监测、系统的保护, 应急预警和处理等。

(2) 海水淡化及其与电站集成系统。

①海水淡化系统集成:

包括海水预处理装置、反渗透除盐装置、能量回收装置、系统电气控制装置等。

②海水淡化与电站系统集成:

利用风能发电将海水提升至一定高度, 进行海水淡化生产淡水, 建立循环系统。

3.3 耦合系统工艺流程图

本工艺由预处理、反渗透除盐部分、产品水后处理及供水、系统管阀件及风能电站组成, 见图1。

(1) 预处理部分。该部分由原水泵、加药系统及20 μ过滤器组成。主要解决的问题包括:①防止膜面结垢 (包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、铁、铝氧化物等) ;②防止胶体物质及悬浮固体微粒污堵;③防止有机物质的污堵;④防止微生物污堵;⑤防止氧化性物对膜的氧化破坏;⑥保持反渗透装置产水量稳定。

(2) 反渗透除盐部分。反渗透装置主要由阻垢剂注入系统、保安过滤器、高压泵、能量回收装置、反渗透膜元件、压力管、反渗透水箱及仪器、仪表等组成。系统共设置一套1M3/H反渗透装置。反渗透装置的主要性能参数有反渗透装置出力;反渗透装置操作压力;反渗透装置水回收率;反渗透装置脱盐率。

反渗透海水淡化系统实行可变程 (PLC) 自动控制, 并采用变频控制技术来控制高压泵的运行。为确保系统自动、安全稳定运行, 在工艺和控制技术上采取如下措施:

措施1:高压泵前置低压开关, 当系统流量、压力出现反常时, 自动联锁报警、停机, 以保护高压泵和反渗透膜。

措施2:设置淡化水出口旁路阀, 当产品水含盐量超出设定值时, 自动把淡化水切换回原水并报警。

措施3:设置停机冲洗系统, 一旦停机, 用淡水自动冲洗, 置换出反渗透组件内的浓缩海水, 以防止加入阻垢剂后产生的亚稳态过饱和微溶盐产生沉淀。

措施4:设置pH和水温检测仪, 连续监视pH值和水温。

(3) 产品水后处理及供水。产品水后处理及供水系统由产品水池 (淡水池) 、产品水供水泵、pH调节、液氯酸钠自动注入设备等组成。产品水泵选用进口不锈钢立式多级离心泵, 扬程大于40 m, 以便能向自来水管网直接供水。在产品水供水泵出口处自动注入食品级氢氧化钠和次氯酸钠, 以保证供水pH值在6.5～8.5之间, 并维持自来水管网末端余氯量在0.3 mg/L以上。

(4) 系统管阀件。低压部分采用钢衬 (喷) 塑或UPVC管阀件;高压部分采用316L不锈钢或316不锈钢衬 (喷) 塑管阀件。

(5) 风能电站部分。主要包括发电机、回转体、尾翼杆、尾舵、风叶、风叶压板、法兰盘、风帽、底座、钢丝绳、电缆、支架及充电控制逆变器等全套设备。

4 结 语

对我国来说, 沿海地区大部分存在严重的缺水问题, 同时沿海地区又是我国工业发达地区和人口密集地区, 严重的淡水资源缺乏已经成为了制约该地区经济可持续发展的瓶颈。从风能资源的分布来看, 沿海地区又是风能丰富地区, 风能海水淡化技术具有很好的应用前景。风力发电与反渗透海水淡化耦合系统将风能发电、海水淡化技术进行集成, 形成一个循环系统, 这样可以发挥产业联动优势, 降低制水成本, 形成海水-风能循环利用的产业链, 对于提升我国海岛综合开发利用技术、发展高效节能型海岛经济、保护海岛生态环境、实现海岛社会和谐发展具有重要意义。

参考文献

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[2]丁翔高.海上风力发电与环保[J].世界环境, 2000, (2) .

[3]冯宾春, 赵卫全.风能海水 (苦咸水) 淡化现状[J].水利水电技术, 2009, 40 (9) :8-11.

[4]樊雄, 张希建, 沈炎章, 等.山东长岛县反渗透海水淡化工程[J].水处理技术, 2003, (2) :41-43.

[5]谭永文, 张希建.荣成万吨级反渗透海水淡化示范工程[J].水处理技术, 2004, (6) :157-161.

[6]李杰, 陶如钧.风能海水淡化概述[J].净水技术, 2008, 27 (1) :9-11.

行业分析：军工、风能、医疗 篇9

投资要点：

1、民间资本和民营企业参与军工步伐有望提速。

2、军品科研生产能力结构调整将逐步展开。

刚刚结束的2014年国防科技工业工作会议传递出重要信息。

2013年底非公有制企业占武器装备科研生产许可单位总数提升到1/3以上。可以预期“小核心、大协作、开放型”的武器装备科研生产体系将逐步完善。

军工研究所改制、资产重组上市进程预计未来几年持续，其深度和广度将远超2009-2010年。军品定价机制的改革也势在必行，军工上市公司盈利能力提升的状况已经逐步显现。

目前我国军工企业“自成体系、部门封闭、企业全能、产研分离”的状态尚未完全改变，明显不能满足新的战争形式的需求，第四次军品科研生产能力结构调整将逐步展开。

投资建议：着眼于军工企业资产证券化预期、国企混合所有制化预期、民企参与军工生产三个维度。军工企业资产证券化预期推荐中航电子、中航精机、航天通信、中国重工、中国船舶、光电股份、烽火电子；国企混合所有制化推荐海格通信、宝钛股份、烽火电子、抚顺特钢、四川九洲；民企参与军工生产推荐国腾电子、海特高新、机器人。

风能：风电复苏趋势确立

投资要点：

1、风电投资领先指标13年显著回升。

2、海上风电或迎来启动元年。

运营商投资热情增强，推动陆上风电延续增长。补贴及时下发、三北地区特高压线路逐步建成和电网对上网配合度提升带来的并网改善，使风电运营商扭亏为盈，盈利大幅改善，投资动力增强，2014年的投资规划环比都有明显增长。领先指标—全市场公开招标量在2013年已经显著回升，风机吊装容量的增长和量价复苏在2014年将得到体现。

海上风电或迎来启动元年。企业开始询价，下半年确定电价（预计0.7～0.8元）并启动招标是大概率。 海上风电对风电的意义不亚于分布式对光伏的意义，启动进度和后续放量增长预期极为关键，虽然短期对上市公司业绩提升有限，但提升风电板块的预期和估值水平。海上风电额壁垒更高，市场集中度将更高，具备高功率机型生产能力的整机龙头受益；海上风塔领域，预计天顺风能、泰胜风能和大金重工将占据主要市场份额。

投资建议：风电复苏趋势明确，行业景气触底反弹，趋势重于估值，建议选择“风电主业复苏+新业务高弹性（海上风电、风电场运营和海工等）”标的：天顺风能、泰胜风能、湘电股份。

医疗：互联网医疗发展前景不可估量

投资要点：

1、智能健康终端迅速爆发。

2、中后台数据处理分析价值大、壁垒高。

互联网医疗就是把传统医疗的生命信息采集、监测、诊断治疗和咨询，通过可穿戴智能医疗设备、大数据分析与移动互联网相连：所有与疾病相关的信息不再被限定在医院里和纸面上，而是可自由流动、上传、分享，使跨国家跨城市之间的医生会诊亦能轻松实现。可穿戴设备最大的市场（超过50%）是在医疗健康领域的应用。过去两年面向个人和家庭的智能健康终端设备已经在消费和技术的双重驱动下迅速爆发，这些设备无一例外都采用“终端+云平台”模式。

目前国内这些设备厂商以移动硬件制造为主，其进入门槛并不高，只是血压、血糖、血氧和心电等数据的收集与手机相连，很容易被仿制和超越，中后台的App 和大数据分析是普遍薄弱环节，因此还不能作为临床诊断治疗参考。目前在生产可穿戴医疗设备硬件的国内企业中，必定有一部分通过并购进入到壁垒高的产业链后端。

投资策略和建议关注公司：九安医疗，ihealth 系列可穿戴健康设备，这部分业务尚未盈利。收入来自硬件、实际销售几十万量级。宝莱特，公司自主研发的可穿戴的、动态体温监测仪预计今年有望获得CFDA 的医疗器械审批。海虹控股，国内医疗福利管理的领先者，目前尚处于培育期。

环保：双管齐下治雾霾

投资要点：

1、烟气净化向其他重工业领域延伸。

2、能源替代对重点区域大气治理的重要性提升。

大气污染综合治理已经进入“风在吹”的时刻。“烟气净化”与“能源替代”双管齐下治理雾霾是当前政府主要措施。

烟气净化的重点领域在不断拓展（从燃煤电厂领域向其他重工业领域拓展）。现阶段，政府对燃煤电厂的烟气排放标准严格，电厂的烟气净化系统投资、监测体系建设、运营服务等日趋完善。下一阶段，我们预计，政策将重视其他重工业领域（如钢铁、水泥、冶金）的烟气治理。随着其他领域烟气排放标准的提高和监管趋严，烟气治理仍存在市场空间。

能源替代对重点区域大气治理的重要性提升。2月12日，国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，研究部署进一步加强雾霾等大气污染治理，提出要加快调整能源结构，实施跨区送电项目，合理控制煤炭消费总量。基于此逻辑，我们一方面看好天然气、水电、风电、光伏等清洁能源的发展趋势。另一方面，我们看好特高压电网建设对跨区域送电的重要意义。

我国风能行业热点问题评述 篇10

关键词：风能,风电,并网,清洁能源

0 引言

随着全球经济的不断发展, 人类对电力的需求也不断提高。在能源供应的巨大压力与世界对环境问题的重视下, 节约能源以及发展新型能源产业成为能源产业发展的方向, 风能作为新能源行业的主力军, 成为目前发展最为迅速, 也是最具开发前景和技术发展最为成熟的电力新能源之一, 并正向着规模化、成熟化和产业化的方向发展。

本文主要评述我国风能行业的若干热点问题, 包括:我国能源结构、我国风能行业现状、风能项目的社会效益、我国风能行业政策、风电并网的影响、我国风能行业存在的问题、我国风能行业发展趋势等。

1 我国能源结构

能源可分为传统能源和可再生能源。传统能源主要有煤炭、石油、天然气;可再生能源主要有核能、风能、太阳能、生物质能、地热能和水能等可再生能源。

我国传统能源有富煤、贫油、少气的特点, 直接决定了我国在未来相当长的时间里, 煤炭是主体能源。2009年, 我国煤炭在能源生产上占77%, 在能源消费总量中占70%;2010年, 我国全年的天然气生产量达到944.8亿立方米, 进口天然气总量约为173亿立方米;2010年我国累计生产原油2.02亿吨, 原油进口量为2.39亿吨, 其对外依存度达到55%;在低碳经济和国家政策的扶持情况下, 我国的水能、风能、太阳能、生物质能、地热能等新能源产业开始快速发展, 但占整个能源消费总量的比例较低。

2 我国风能行业发展历程及现状

随着人类对生态环境和能源的要求, 风能的开发利用日益受到重视。风能的利用将改变人类长期依赖化石燃料和核燃料的局面, 利用风能不仅能够保证我国能源的独立性和安全性, 而且是我国可持续发展战略的重要组成部分, 具有十分重要的战略意义。

我国的风能行业经过了5个发展阶段:

1) 离网型风电供应阶段。

2) 并网型风电示范阶段。

3) 商业化试运营阶段。

4) 规模化迅速发展阶段。

5) 集约化发展阶段。

我国风能行业经过长期的积累和快速发展, 目前已经步入集约化发展阶段, 并向国际化方向发展。

2010年, 我国风电装机容量18.93 GW, 全球排名第一, 但是风能在我国整个能源消费总量中所占的比例仍然较小, 仅占1.5%左右。

3 我国风能资源分布

根据我国气象部门的勘测和统计, 我国风能资源储量丰富, 风能资源潜力在世界排名居前列。初步估算, 我国陆上离地面10 m高度层的风能资源总储量为32.26亿千瓦, 其中实际可利用的风能资源储量为2.53亿千瓦, 远远超过可利用水能资源的3.78亿千瓦。

我国幅员辽阔, 地形条件比较复杂, 风能资源的状况及分布随着地形与地理位置的不同而不同。我国的海上风能资源丰富, 陆上风能资源主要集中在西北大部分地区、华北北部、东部大部分地区、沿海地区以及青藏高原内部腹地, 并且风能资源分布呈现从北往南、从沿海到内陆递减的趋势, 塔里木盆地、雅鲁藏布江谷地、四川盆地的风能资源相对贫乏。

4 我国风能行业目前存在的问题

4.1 缺乏科学合理的规划

目前我国的风能产业发展迅速, 但整体上尚缺乏严谨科学的总体规划。风电场的建设需要大规模的调研以及科学的论证, 在个别地方, 为了加快当地经济的发展, 只注重规模开发, 忽视了产业合理布局, 造成了大量风力资源的浪费。风能项目发展规划必须有科学的发展目标以及导向性政策, 还必须对风电上网细节以及风电消纳方法有合理的完整规划。

4.2 并网技术问题

前文提到:风电并网会对电网带来一系列的影响, 目前我国的风电并网技术还不够成熟。影响风电并网有诸多不确定的因素: (1) 风电与其他发电方式之间的互补性; (2) 输电网络的供电区域大小; (3) 输电网络的容量。

4.3 风电装备研发制造能力薄弱

经过几年风能行业的迅速发展, 我国风电机组制造水平大大提升, 但是我国在风机变频技术、控制系统技术等核心技术方面仍依赖国外引进, 缺失自主研发能力, 对风机设备的质量体系、认证体系、风电并网技术管理等体系还有待建立, 严重影响了我国风电企业的生产和运行。

5 我国风能行业发展趋势

5.1 我国需要调整能源消费结构

发改委颁布的“十二五”规划中指出:优化能源产业结构, 调整能源产业布局, 推进能源科技创新, 完善能源宏观调控体系, 深化能源体制改革, 进一步建立能源可持续发展的政策标准体系。提高我国风电、水电、太阳能等清洁能源的生产和消费比重, 减少传统能源的生产和消费比重, 不断地调整中国能源供需不平衡, 优化能源结构调整是未来发展的方向。

5.2 风电企业向重组兼并、集团化、规模化发展

2010年, 我国风电设备供应商市场排名靠前的企业利润也开始出现下滑, 规模小的风电企业出现严重亏损现象, 有的地方出现了弃风现象或产能过剩问题。实力强的风电制造企业适时的并购或重组中小规模的设备企业, 可以增强企业合力, 降低设备成本, 保证设备质量, 企业将会产生新的经济增长点。

5.3 发展海上风电场

中国风电产业经历了20多年的发展, 主要集中在陆地上的风电项目建设, 海上风电项目的投资是陆地风电项目投资的1.7~2.5倍, 其发电量是陆地项目的1.4倍, 目前经济性不如陆地风电场建设, 但是未来海上风电场将是一个发展趋势。

5.4 发展国际性风电企业

我国风电设备企业相对过剩的风机产能急需寻求出路, 海上风电和出口国外是非常好的选择, 但我国的海上风电基于成本高及国内技术还不成熟, 短期高速增长不太可能, 而巨大的海外出口市场将成为中国风电设备企业目标。

6 结语

安全、清洁、经济、高效的能源供应是人类经济社会可持续发展的基本保证, 化石能源资源的有限性、分布不均衡性, 以及开发利用过程中带来的大气污染、酸雨、生态破坏等严重的环境问题, 对人类社会的发展构成了威胁。大力发展风能产业是实现能源供应安全和减少环境影响的战略途径, 是解决世界能源问题、实现可持续发展的必然选择。

参考文献

[1]虞华, 郭宗林, 陈光亚, 等.新能源产业现状及发展趋势[J].中国电力, 2011, 44 (1) :83-85.

[2]周篁, 马胜红.中国风电场建设分析及发展预测[J].中国科技信息, 2002, (3) :85-87.