作者簡介
李建林博士，
中國科學院電工研究所副研究員，
碩士生導(dǎo)師，
中國可再生能源風能協(xié)會委員，
全國風力機械標準化技術(shù)委員會委員，
中國電氣大典可再生能源發(fā)電工程編委，
電工技術(shù)學會、
動力工程學會新能源專委會委員，
ieee會員。
進入21世紀，能源安全和環(huán)境保護已成為全球化的問題。世界許多國家把發(fā)展可再生能源作為緩解能源供應(yīng)矛盾、應(yīng)對氣候變化的重要措施，并制定了發(fā)展戰(zhàn)略，提出了明確的發(fā)展目標和相應(yīng)的激勵政策。發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為許多國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。
1 各國政府高度重視發(fā)展可再生能源
歐盟是世界最關(guān)注可再生能源發(fā)展的地區(qū)。出于對氣候變化的承諾，歐盟將發(fā)展可再生能源作為減少溫室氣體排放的主要手段。2006年3月的歐盟首腦會議，明確了到2020年，可再生能源將占整個歐盟25國能源消耗量的20%，生物液體燃料的比例，至少要達到10%。其中一些成員國，例如瑞典和奧地利等，提出了更高的發(fā)展目標。
美國發(fā)展新能源技術(shù)的基本戰(zhàn)略主要是占領(lǐng)技術(shù)發(fā)展的制高點和建立起廣闊的市場。在這一發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，美國目前不僅擁有世界領(lǐng)先的新能源技術(shù)開發(fā)和設(shè)備制造能力，同時也獲得了巨大的市場份額。2005年美國提出了宏大的發(fā)展目標，奠定了未來美國可再生能源發(fā)展的基調(diào)，即未來利用風電提供全美國20%的電力供應(yīng)，2012年生物液體燃料比2005年增長一倍，2030年生物液體燃料將占美國車用燃料30%以上。
從全球來看，開發(fā)利用可再生能源已成為國際上大多數(shù)國家的戰(zhàn)略選擇。目前已經(jīng)有50多個國家制定了法律、法規(guī)或行動計劃，通過立法的強制性手段保障戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)，發(fā)展本國大的可再生能源的，并在世界競爭市場中爭占一席之地。圖1為我國風電裝機容量示意圖。
圖1 1990年-2008年我國風力發(fā)電裝機容量情況
2 可再生能源技術(shù)研發(fā)和裝備制造水平取得重大進步
綜合世界風電產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展實踐和前沿技術(shù)開發(fā)進展，目前全球風能技術(shù)發(fā)展趨勢呈現(xiàn)如下特點：
（1）主要發(fā)展水平軸風力機技術(shù)。這種機組風能轉(zhuǎn)換效率高，轉(zhuǎn)軸較短，對大型風電機組來說經(jīng)濟性更好。但其缺點是需要根據(jù)風向不斷調(diào)節(jié)機艙的方向，要有對風裝置。同時由于變速裝置及發(fā)電機布置在塔架頂端，增加了塔架的投資和安裝維護的難度。但這些缺點都不足以阻礙水平軸風力機的快速發(fā)展。
（2）從風輪到發(fā)電機的驅(qū)動方式目前主要發(fā)展三種方式，單級、多級、無齒輪箱。通過多級齒輪箱變速驅(qū)動雙饋發(fā)電機的雙饋式風電機組是目前市場上的主流產(chǎn)品；無齒輪箱的直驅(qū)式風電機組在市場上正在占有越來越大的份額。單級變速裝置驅(qū)動多極發(fā)電機的半直驅(qū)式風電機組，由于其設(shè)計介于雙饋式和直驅(qū)式之間，旨在融合兩者的優(yōu)點而避免其缺點，因而有很大的發(fā)展前景。
（3）風電機組單機容量繼續(xù)穩(wěn)步上升。通過多級齒輪箱驅(qū)動雙饋異步發(fā)電機的變速變槳距商業(yè)化的風電機組單機容量已達到3mw、5mw的風電機組也已經(jīng)安裝在現(xiàn)場試驗運行。采用無齒輪箱的直驅(qū)式變速變槳距風電機組已可批量生產(chǎn)1.8mw的風電機組，4.5mw的機組也已投產(chǎn)。對相同輸出功率的風電機組，開發(fā)具有更大的風輪直徑、更高塔架的風電機組應(yīng)用在低風速地區(qū)也是一種發(fā)展趨勢。
（4）變槳距功率調(diào)節(jié)方式迅速取代失速功率調(diào)節(jié)方式。失速調(diào)節(jié)是通過風力機葉片在高風速下氣流與葉面產(chǎn)生分離失速而限制功率增加的一種調(diào)節(jié)方式。失速控制的優(yōu)點是葉片與輪轂之間沒有運動部件，不需要復(fù)雜的液壓系統(tǒng)和控制程序，在失速過程中功率波動小；缺點是需要葉尖剎車裝置，機組動態(tài)載荷較大。
變槳距功率調(diào)節(jié)是根據(jù)功率信號控制風力機葉片的槳矩角，從而改變氣流攻角來限制輸出功率。變槳距調(diào)節(jié)的優(yōu)點是機組起動性能好，輸出功率穩(wěn)定，機組結(jié)構(gòu)受力小。缺點是增加了變槳距裝置，增加故障率，液壓系統(tǒng)和控制程序相對復(fù)雜。目前mw級以上大功率風電機組普遍采用變槳距調(diào)節(jié)方式。
（5）變速運行機組迅速取代恒速運行機組。變速運行方式通過控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，能使風力機的葉尖速比接近最佳值，從而最大限度地利用風能，提高風力機運行效率的同時也提高了風力機的發(fā)電量。更重要的是，與恒速機組相比，變速機組在運行時增加了“網(wǎng)間友善”，因此目前mw級以上大功率風電機組多采用變速運行方式。
（6）發(fā)展海上風電技術(shù)。隨著風力發(fā)電的迅速發(fā)展，地面風力發(fā)電需要占用土地，影響自然景觀，對周圍居民生活帶來不便等負面影響也逐漸顯露出來。為此，將風電機組從陸地移向近海在歐洲已經(jīng)成為一種新的趨勢。在海上的大型風電機組由于對噪音的要求較低，采用較高的葉尖速度可降低機艙的重量和成本。國外除對海上風電機組根據(jù)海上特點進行特別設(shè)計和制造外，對海上風電場的建設(shè)也做了很多工作，包括對海上風電場的風資源測試評估、風電場選址、基礎(chǔ)設(shè)計及施工、風電機組安裝等做了深入研究，開發(fā)出專門的海上風資源測試設(shè)備及安裝海上風電機組的海上安裝平臺和專門用于風電運輸?shù)暮Ｉ习惭b運輸船。權(quán)威機構(gòu)給出了圖2所示得風電發(fā)展路線圖。
圖2 各個階段風電的發(fā)展預(yù)測
值得我們關(guān)注的是，近年來可再生能源發(fā)電技術(shù)不斷成熟，成本逐漸接近可經(jīng)濟利用的水平，可再生能源的開發(fā)和應(yīng)用迅速發(fā)展，可再生能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢。近10年來，風電年裝機容量增長率約30%。2005年年裝機11310mw，累計裝機58980mw。預(yù)計2010年全歐洲風電裝機將達到4000萬千瓦，2030年可達到1億千瓦。2005年世界太陽電池光伏電池組件的生產(chǎn)量達到1818mw，比2004年的1200mw又有大幅度提高，總裝機容量超過6000mw。比較普遍的預(yù)測認為，到2050年左右，太陽能光伏發(fā)電將達到世界總發(fā)電量的10－20％。國際能源署（iea）預(yù)測，2003年到2010年的七年間全球新增太陽能熱發(fā)電站的總裝機容量可達2250mw。iea和世界能源理事會（wec）預(yù)測，到2020年，世界太陽能熱發(fā)電將達到世界總發(fā)電量的約20％。
生物質(zhì)能是一種潔凈的可再生能源，隨著石油和天然氣價格的攀升以及環(huán)境污染問題的日益嚴重，生物質(zhì)能的高品位應(yīng)用開始引起人們廣泛的關(guān)注。目前，生物質(zhì)能源約占世界一次能源消耗的12％，在發(fā)展中國家占33％，將成為未來可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的主要能源。相對于煤、石油、天然氣等化石類燃料，生物質(zhì)最大的特點是資源分散，能量密度較低，收集和運輸困難。因地制宜地利用當?shù)厣镔|(zhì)能資源，建立分散、獨立的離網(wǎng)或并網(wǎng)生物質(zhì)分布式電站擁有廣闊的市場前景。
生物液體燃料技術(shù)近年來發(fā)展很快，尤其是隨著石油價格的攀升，以玉米和甘蔗為原料的燃料乙醇技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。從2000年不足150億升，增加到2006年的 380億升 ，技術(shù)和裝備日臻成熟，呈現(xiàn)了規(guī)模化發(fā)展的趨勢。
近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和資源的限制，生產(chǎn)生物液體燃料的原料開始從糧食作物向非糧作物以及農(nóng)林廢棄物發(fā)展。美國和歐洲都開始大量投入，研究以纖維素和木質(zhì)素等為原料生產(chǎn)生物液體燃料的技術(shù)路線和工業(yè)實踐，估計在6~10年內(nèi)有重大突破。
總之，從可再生能源的技術(shù)發(fā)展歷史以及趨勢比較來看，其技術(shù)進步和裝備制造水平的提高，為未來大規(guī)模發(fā)展提供了重要的支撐。
我國可再生能源的發(fā)展已經(jīng)取得了良好的進步，有了一定的基礎(chǔ)，但存在的問題也十分明顯，主要是資源評估不足、技術(shù)研發(fā)滯后、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、市場保障乏力、政策制度措施不完善等。同時，由于可再生能源涉及的能源種類多，資源狀況、技術(shù)類型和技術(shù)產(chǎn)業(yè)化水平更是復(fù)雜多樣，除了面臨一些共同的問題之外，也面臨一些特殊的問題。這些問題一些是可再生能源所獨有的，更多的則是我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展，尤其是新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中普遍存在的共性問題，例如技術(shù)研發(fā)落后、能力建設(shè)薄弱、政策支持力度不夠等等。特別是基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新乏力是我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展普遍存在的問題。因此，可再生能源的發(fā)展也要依賴我國大的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和環(huán)境的支持，更需要政府政策的扶持，以及體制上的創(chuàng)新。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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