風力發電檢視原始碼討論檢視歷史

美國西德克薩斯州大型風力發電廠，圖片來源:美國風力發電呈現增勢海峽飛虹

亞馬遜公司在美國北卡州的風力電廠，主要用於因應現在和未來的 AWS 雲資料中心的用電需求，圖片來源:風力發電成美國發電量最大的潔淨能源大紀元

風力發電，是將風的動能轉變成機械能，再把機械能轉化成電能，通過輸送線路供給用戶端，風力發電取之於大自然，可以降低環境污染，節約煤炭、石油等常規能源的耗用。

簡介

風力發電是各國主力發展的綠色能源之一，當太陽照在地球上，受到地形變化與緯度的影響，使得日照不平均,形成溫度的差異，造成冷熱空氣對流，(熱輕上昇冷重下降)而生成風。此外，月球引力造成潮汐，與地球的自轉也能產生風。由於風力可以發電，所以有些國家會將風力發電也歸屬於太陽能源的範圍內。

原理

風能轉換為機械能

大型風力發電機通常採用"水平軸"型式，它由風葉輪、變速箱(加速齒輪箱)、發電機、偏移裝置、控制系統、塔架等部件所組成。風葉輪的作用是將風能轉換為機械能，它是由氣體流動性能良好的葉片裝在輪軸上所組成，低速轉動的風葉輪通過傳動系統經由加速齒輪箱來增速，將動力傳導給發電機。

風能驅動機電系統

上述這些組件都安裝在機艙內，整個機艙由高大的塔架支撐，由於風向會經常改變，為了有效地利用風能，必須要有自動迎風的裝置，根據風向感測儀測得的風向信號，再由控制器來控制偏移電機，驅動小齒輪去推動塔架上的大齒輪，使整個機艙藉由此自動控制的系統，能夠保持正確對向迎風面。

優點

大自然產物

全球目前都在推動綠色能源，其中發展潛力及商機最大的是風能。因為風能是自然界的產物，風的產生是由於大氣受到不均勻的太陽輻射引起的冷熱空氣對流，也可以說是太陽能的另外一種形式，不需要額外加工就可以拿來用的資源，而且取之不盡。

無汙染性

風能無污染性和可再生性等，不需要消耗其他資源開發、不需要任何額外的加工、不污染環境，與火力發電相較，有著顯著優點，最主要風力發電有運行靈活的優勢，既可以並網運行，也可以離網獨立運行。

可量化生產

風力發電技術目前已經趨於成熟，風力發電機組已可以批量化生產，尤其在德國、丹麥等風力發電技術發展和應用比較成熟的國家，2MW和5MW這樣的高容量的機組已投入運行。

不受地形限制

風力發電建造周期短，總體成本低，占地面積小，單位面積發電量較火力發電大得多，並且可以靈活建造於各種環境下，不受地形限制。隨著遠程式控制制的發展，可以實現遠程式控制。

美國的風力發電

目前美國是世界上風力機安裝容量最大的前二個國家，2004年裝機約2568百萬瓦。美國風力機主要安裝在加州和夏威夷、德州、華盛頓州和阿拉斯加州。

根據美國能源署（EIA）最新資料，美國風力電廠的發電量在2016年底達8萬2,000百萬瓦（MW），約可向2,400萬個美國家庭供電，首度超越水力發電的8萬百萬瓦，該署預估2018年風力發電的電能可達9萬4,000百萬瓦。美國風力能源協會（AWEA）的另一份報告則估計，全美目前有超過1萬百萬瓦的風力電能正在興建中，其中包括坐落在北卡州伊莉莎白市的亞馬遜風力發電廠。同時預計在2020年風力發電將可滿足美國10%的用電需求^[1]。

電廠及小型風力機

開發的風力機有兩類：聯網用(電廠)風力機及小型風力機。

聯網用(電廠)風力機:單機容量在500kw以上，這類風力機除用於美國之外，同時出口至荷蘭，加拿大，西班牙，中國，智利，紐西蘭等國家。
另一類是小型風力機，功率為5~ 40kw。中國大陸已引進美國Zond公司30台550kw風力機。這類風力機多為獨立運行。在美國主要用於國防上，計劃取代數以千計的柴油發電機。對這類風力機要求可靠性高，現場維護方便，具有較好的防鹽霧能力。這類風力機除軍用外，還可用於民用。

重要的戰略意義

美國能源部認為開發和利用風能具有重要的戰略意義。1994年4月成立了由工業、電力、環保、州政府、美國風能協會和電力研究所組成國家風能協調委員會，幫助解決風能開發利用過程中遇到的難題，同時為電力部門提供風力資源評估技術。

成立風能技術中心

此外，美國能源部還成立了一個美國風能技術中心，這是一個世界級的能源研究、開發和示範中心。在美國科羅拉多州的美國可再生能源實驗室內。該中心現有16套風力機結構試驗台，最大風力機容量可達1百萬瓦。

中心有幾台風力機，這些風力機主要用作研究工具，提高電腦輔助設計能力，同時進一步瞭解這些風力機的運行和性能特性。除此，中心還將安裝幾台試驗風力機，其上裝有先進的監控和資料讀取系統，對風力機進行監控。

測風塔研究風的特性

中心有一個80公尺高的測風塔，以研究風的特性。如每日風隨時間變化，季風影響和紊流度等。中心所在地秋季風很大，最大風速可達54m/s，這對風力機的抗風試驗是十分有利的。該中心有一個工業用戶實驗室，面積為 929m2，為工業界提供一個試驗空間，對風力機的部件和系統的新技術進行試驗，同時為用戶保密。此外，中心還有一個葉片試驗室，以研究葉片的結構性能和疲勞特性。葉片最大長度可達20m。該中心有一個混合系統試驗台，包括風力機、光電、備用電機和蓄電系統。

該系統的目的是使這類混合系統商品化，具有較好的性能、成本低、實用可靠。美國風能技術中心進行了一些基本研究，以瞭解風和風力機之間的互相影響，幫助風力機設計人員設計出更有效、更可靠、成本低的風力機。

美國能源部為了建立風能產業，並使美國本國的風能公司在國內外能源市場上具有競爭力，制定了風力機發展計劃。

風力機發展計劃

1、小型風力機計劃:的目標是開發在國內外風能市場上經濟有效的機型，其功率範圍為5-40kw，在風速為5.4m/s的風場上，價格與性能比為0.60美元/kwh或者更低。

2、風力機加工計劃:旨在改進加工方法，降低成本，提高質量，增加可靠性。投資200萬美元，分兩個階段進行。第一階段：採用新的加工方法，降低葉片加工成本25%以上。第二階段：對其他部件採用新的加工方法。

3、近期風力機計劃：美國現有5種風力機進入市場。其中大陸已引進兩種，即Zond能源系統公司Z-40型550kw和先進風能公司的 AWT-27型275kw風力機。美國對現有風力機的經濟性、可靠性和維護特性進行改進，在樣品機進行全面試驗和考核的基礎上，使其在5.8m/s風速的風場上，電價低於5美元/kwh。這項計劃投資1620萬美元，對三種型號的風力機進行改進。一台是750kw的三葉片、上風向、變速風力機，另兩台是二葉片、下風向、雙速或變速風力機。

4、新一代風力機開發的目的在於刺激美國工業開拓新的概念，利用新技術開發新機型。該計劃投資約5140萬美元，其中630萬美元用於創新周邊系統的開發，包括變速設計和控制、重量輕的柔性葉片低速直接驅動的電機，旋渦發生器，以及先進的分散式監控系統。4510萬美元用於風力機的開發。該風力機將具有以下特點：

開發特點

（1）柔性塔
（2）專用翼型
（3）自轉葉片結構
（4）自轉控制技術
（5）重量輕的軟性葉片
（6）適時的載荷測量和控制
（7）低噪音且高性能的葉尖技術
（8）先進的葉片加工
（9）整體功率電力控制系統
（10）葉片單獨控制的變型風輪。

這種新一代風力機，在5.8m/s風速的風場上，電價成本約0.04美元/kwh，在6.7m/s 風速的風場上，電價成本約0.025美元/kwh。

大陸的風力發電

中國大陸的風能利用歷史可追溯到公元前，是世界上利用風力最早的國家之一，也是全球風力資源最豐富的國家。

但進行風力發電科研的工作從20世紀50年代開始到80年代初，起步較晚，與發達國家相比還有相當大的差距，利用風力發電主要是滿足廣大牧民生活用電的要求。據資料統計，風能資源的開發和利用率實現60％可以支撐中國目前每年全部的電力需求，全國陸地上離地lOm高度層上風能資源總儲量約3226GW和4350GW，可開發和利用的陸地上風能儲量有253GW和297GW。

發展初期研製的風機主要為離網型小型風力發電機，單機容量為幾十瓦至幾百瓦，後期開始主要研製、開發和示範應用充電用風力發電機，並在邊疆、海島、偏遠地區以及少數民族地區廣泛推廣應用。

大型風電基地林立

至今大陸已經在河北張家口、遼寧營口、黑龍江富錦等等地區建成l0多個百萬千瓦級的大型風電基地，並初步形成幾個千萬千瓦級風電基地，並且計劃在甘肅酒泉、江蘇南通等地興建GW級風電場。

2009年新增風機容量908萬kW，截至目前，中國累計實現風機裝機容量已達到2129萬kW。《中國風電發展報告2olo))顯示，去年中國風電新增裝機容量達1380萬kW，位居世界第一^[2]

目前大陸僅內蒙古一地,安裝家用微小型風力發電機(150~ 500瓦)已經超過13萬台. 而大型風力發電設備,在內蒙已有:商都, 錫林浩特, 達里, 珠日和, 輝騰錫勒, 等五個風力發電廠.裝有大型風力發電機128台,年發電量超過1億仟瓦.而上海市與世界銀行組織合作,在一年內於崇明島建設 2萬仟瓦的風力發電廠,每個單機在600仟瓦以上. 大陸其他大型風力發電廠,裝機地分別有:

新疆省: 達板城風電廠, 布爾津縣風電廠.
寧夏省: 賀蘭風電場.
內蒙古: 輝騰錫勒風電場, 克旗達裏風電場,克旗賽罕壩風電場 .
黑龍江省: 木蘭風電場, 伊春大青山風電場.
遼寧省: 大連的東崗風電廠, 與橫山風電廠, 仙人島風電場, 營口風電廠, 丹東*風電廠, 錦州風電廠.
吉林省: 通榆風電廠, 長嶺風電場.
山東省: 榮城風電廠, 長島風電廠.
甘肅省: 玉門風電廠.
河北省: 張北風電廠, 及承德風電廠.
上海市: 南匯風電場.
浙江省: 嵊泗風電廠, 及蒼南的鶴頂山風電廠, 與臨海的括蒼山風電廠.
福建省: 平潭風電廠, 及東山風電廠, 南日島風電場.
廣東省: 南澳風電場, 惠來石碑山風電場, 汕尾紅海灣風電場.
海南省: 東方風電廠.

2005年底大陸已建成風電場59座，運行中的大型風力發電機組共計:1869台，總計容量達:1246.3 MW. 大陸500瓦以下的微型風力發電機於公元2000年時,總裝機就已經超過20萬台。

大陸現採用的國外大型風力發電機廠牌及機型瓦數為:

BONUS------ 600kW, 1mW, 2mW(百萬瓦)
Bazan------ 600kW.
Elkraft------ 1mW.
Enron------ 750kW, 1.5mW, 2mW.
MADE------ 660kW.
NET------ 300kW.
Nordex------ 600kW.
NEG Micon------ 600kW, 750kW.
Jacobs------ 750kW, 1.5mW.
Vestas------ 660kW, 850kW, 1.65mW, 1.75mW, 2mW.

大陸目前最大的風力發電廠一項總投資達台幣360億的風力發電工程建設在內蒙古的尚義縣，發電規模達100百萬瓦(相當於一座核電廠)，是大陸目前最大的風力發電項目。已經於2005年10月正式開工，預計首期將先完成 49.5百萬瓦，此大型風電場是由大陸官方神華集團公司直屬的國華能源投資有限公司與尚義縣合作開發的。

海上風力發電廠

大陸第一個海上風力發電廠也是由國華能源投資有限公司與河北省黃驊市(位於北京市東南方)合作開發的。電廠的第一期工程投資人民幣5億元，在馮家堡村北至黃驊港開發區北邊界建設一個裝機容量為5萬仟瓦的發電廠， 2005年4月份，先期投資400多萬元，在黃驊沿海設置了8個測風塔，在一年的風力測定結束後，於2006年開工建置。此外，上海市政府也積極籌劃更大的海上風力發電廠，規劃建造在東海大橋兩側，由數十台3000仟瓦風力發電機所構成10萬仟瓦的發電廠。

大陸與德國合作，在青島沿海設立5台一百萬瓦的海上風力發電機，總投資額約5000萬歐元，這是大陸最大的海上風力發電項目，也是在亞洲最大風力發電機組，此工程將在2008年初建成。

風力發電島

廣東汕頭市南澳縣，以各種優惠招引了海內外大型電力公司投資；目前，已有中國華能集團公司、德國英華威公司、汕頭丹南公司(由荷蘭Nuon國際公司與汕頭南方風能有限公司合作)等4家，參與南澳風電場的開發，簽訂項目共6個，總投資額達41.4億元人民幣，總裝機容量近40萬千瓦。這批風力發電機全部建成後，南澳將會成為世界著名的「風力發電島」。

勘察不夠科學

風能資源勘察不夠科學、準確，存在盲目性。風力發電機組組的運行是一項複雜的操作，涉及的問題很多，通常風力發電的有效風速為3～25m／s，風電場選址的最基本的條件是要有能量豐富、風向穩定的風能資源，具體風電場內風機的選址還應根據風資源評估參數、風電場巨集觀選址和微觀選址等幾方面。

因此，風電場選址對於風電場的建設是至關重要的。而我國現有的風資源的分佈比較分散，品位不高，難以滿足風電快速發展的要求，迫切需要進一步細化。

購買國外設備，成本高。風力發電的成本主要是廠房和機器設備等固定資產投資成本，約占總投資的80％左右。按照我國增值稅抵扣的相關政策，固定資產投資的增值稅不能抵扣。

增值稅稅負過高

多年來，風力發電和其他行業一樣執行17％的增值稅稅率，由於沒有購買燃料等方面的抵扣，因此風力發電實際稅賦要明顯高於火力發電，因為沒有購買燃料、動力等生產資料的抵扣，因而形成了增值稅實際稅負高於火力發電的情況。另外，國內已經建成的風電容量高檔、大型儀器設備幾乎全部依賴進口，導致風電場投資高、效益低、電價高，與火電、水電、核電相比較，缺乏競爭力。

國產的風電設備從而可以顯著地降低可再生能源的電力成本，但目前，由於現在國內設備製造水平較低，應用規模小，國產風電機組在我國的風電場中還未占一席之地。

政策扶持力度不夠

由於風電場前期投人大，成本回收慢，而國內的風電項目缺乏市場準入政策，投融資渠道較窄。由於風能收益受到關註以及政府的優惠政策，銀行對風電、生物質發電項目貸款期限遠短於火電和水電項目的貸款期限，償還期限大多為5～8a，利息也沒有優惠，僅為7a，這加重了風電項目在還貸期的還貸壓力，由於受投融資條件的限制，往往只能上一些小規模的項目，導致我國風電普及率與歐美髮達國家相比還很低，電價下降緩慢。對風電投入總體上呈現出科研經費不足，科研經費增長速度不高，正制約著整個產業的健康發展。

對策

深化前期勘察工作

做好風電場項目的。風資源的測定以及風電場址選擇的得當與否，就意味著其享有「地利」優勢，對提高風電的經濟效益至關重要。它是發揮風電作用的前提條件，因此將來應該在這方面增大投入，全面瞭解風資源的時空分佈，為政府官員、項目決策者、風電場運營者、項目開發者和投資者合理地規劃風電提供正確的指導。為了進一步摸清我國風能資源及其分佈，必須做好風電建設前期工作和項目儲備，加快開展風能資源的普查力度。這方面，不僅需要各有關部門和有關行業籌集一定資金用於加大風力資源勘測工作的投入，加強對本地區風力資源的勘察。

提高製造和技術水平

為了提高我國風力發電設備的製造製造和技術水平，降低風力發電的成本，這就需要不斷擴大同發達國家的交流合作，增進相互信任，提高合作水平，學習借鑒國外先進的技術和管理經驗，只是讓人比較清楚的看出彼此的差距，才能帶動國內風電技術水平和運營質量的快速提升。新修訂的《可再生能源法》明確規定：第二十五條「對列入國家可再生能源產業指導目錄、符合信貸條件的可再生能源開發利用項目，金融機構可以提供有財政貼息的優惠貸款。」這一規定為風電項目建設創造良好的環境。提高風電技術也是降低風電成本和上網電價的關鍵所在。

政策扶持積極發展

2006年1月1日國家正式實施了《可再生能源法》，通過減免稅收、鼓勵並網發電、全額收購、優惠上網價格、貼息貸款和財政補貼等激勵性政策來引導發電企業和消費者積極參與可再生能源發電，在這部法律中，對風電而言，《可再生能源法》無疑為其長遠發展提供了必要的法律保障。體現了政府對風能這種潔凈可再生能源引起重視，更重要的是給予了風電在法律上的保護，隨著風電場技術的發展成熟，風電市場將展現良好的發展前景。

2008年，根據《可再生能源中長期發展規劃》的總體要求和我國可再生能源發展的最新進展，國家發改委印發了《可再生能源發展「十一五」規劃》。《規劃》提出，認真落實促進可再生能源發展的政策措施，做好可再生能源發電並網、上網電價及費用分攤有關規定、財政補貼和稅收優惠等政策的完善和落實工作。

這些政策法規的出台為風電產業成長提供了制度上的保障，在具體的措施和規則上還要更加細化、更加規範、更便於操作，為我國風電產業穩步、快速發展提供了有力支持。