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大规模非并网风电产业体系研究

2023-06-04 来源:易榕旅网
专家论坛 Expert Forum 大规模非并网风电 产业体系研究 顾为东 (江苏省宏观经济研究院,江苏南京2 1 O0 1 3) 摘要:大规模非并网风电的应用,是一条探索风电多元化发展之路。建设大规模非并网风 电产业体系,是风电多元化发展的重要环节。非并网风电产业体系的构建,是以“非并网风电 理论”为依据、以风能富集区的大规模风电场建设和运营为重点,涵盖其前向关联度大的风电 设备零部件研发和制造、风机组装、电控系统等产业,后向关联度大的有色金属冶金、盐化工、 大规模海水淡化、规模化制氢制氧等高耗能产业,以及侧向关联度大的风机运营维护、风电场 观光旅游、风电项目投融资管理、金融保险等产业,构成可涉及三次产业、多方位、多产业链 交织的现代综合产业网络体系。 关键词:非并网风电;产业体系;高耗能产业 中图分类号:TK8文献标识码:A文章编号:1003—2355(2008)11—0014—04 Abstract:The application of large non—grid—connected wind power is multi.directional development way to explore a way of wind power.To build large non—grid—connected wind power is the critical aspect of multi— directional development of wind power.On the base of“non—grid connected wind power theory”the construc— .tlon of large non—grid—connected wind power relates to following industrial aspectswhile putting a focus on ,building and operation of large wind farm in the areas of rich wind resourcesThis firstly includes such .industries as R&D and manufacture of wind power equipment accessoriesassembling of fans,electricitv ,control system;secondly relates to such energy intensive industries as nonferrous metallurgysalting chemical, ,large sea water desalting and hydrogen manufacture;and thirdly also relates to industries as operation and maintenance of fans,tourist of wind farm,wind power projects financing and management,finance&insurance. All of these make up modern and comprehensive industrial net system covered three industriesmulti—direction, ,and multi—industry chains interleaving. Key words:non—grid—connected wind power;industrial system;energy intensive industry 大规模风电的应用及风电 的自然特性决定风电市场必须 拓宽了风电应用领域,可以大规 模应用于以电解铝为重点的有 色冶金工业、盐化工氯碱产业、 电场观光旅游、风电项目投融资 管理以及与非并网风电相关的 走多元化发展道路,非并网风电 系统的开发则是风电多元化发 金融保险等服务产业快速发展。 构建非并网风电产业体系 要以风能富集区的大规模风电 场建设和运营为重点,向其前 向、后向、侧向拓展产业链,构 展的探索和实践。构建大规模非 并网风电产业体系,是风电多元 化发展的重要基础。非并网风电 收稿日期:2008.11-01 大规模海水淡化、规模化制氢制 氧以非金属为原料的精深加工 等高耗能产业。并推动风机运营 维护、风电场运行管理、海上风 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(编号2007CB210307)资助 作者简介:顾为东,江苏省宏观经济研究院院长、研究员、博士,国家973计划能源领域风能项目首席科学家长期坚持风能开发利用等新能 ,源的科研工作。 l'胡 j・ 1 4  ’f!f【' 劬 第3O卷第11期2008年11月 Vo130 No.11 N0v 2008 .Expert Forum 专家论坛 成可涉及三次产业、多方位、多 产业链交织的现代综合产业网 氏非并网理论’在世界上是首 创,为风电的应用和推广提供了 和海水淡化组合系统基础研究。 该项研究达到目前国际领 先水平,并形成一支高水平的研 络体系。构建大规模非并网风电 产业体系,对于加快非并网风电 产业化进程,建设与非并网风电 相适应的制造业和现代服务业 市场,培育国民经济新增长点, 节能减排、环境保护,实现人与 自然、经济与社会和谐发展,具 有十分重要的战略意义。 非常有价值的建议,对其他发展 风能的国家也提供了借鉴,顾在 究队伍;在非并网风电系统中, 实现风电的终端负荷用电比例 达到1 O0%,突破因并网限制终 端负荷使用风电比例难以超过 10%的世界性难题;建立我国风 20年前提出的这一理论,现在仍 能领先世界先进水平令我感到 震惊,我将到世界各地广泛宣传 这一理论”。 1.1.2 “非并网风电理论” 的内涵 电产业国家数据库和空间模型, 为非并网风电布局提供决策的 1 “非并网风电理论” “非并网风电理论”是指将 是构建非并网风电产业体系 大规模风电直接用于高耗能、绿 的重要理论支撑 色工业等终端用户(负载),省 “非并网风电理论”及其产 业化试验的阶段性成果,是构建 大规模非并网风电产业体系的 理论基础和现实依据。 1.1 “非并 风电理论”及 科学依据;培养博士、硕士研究 生90余名,发表论文2 3 0篇以 上,申请发明专利1 0余项。 1.2 产业化试验的阶段性 装 去风电并网环节,从而为大规模 利用风电提供了多元化发展途 径。风电非并网的优势体现在: ①直流供电,回避风电上网电压 与基础理论研究同步,进 行了非并网风电应用于氯碱电 解、非并网风电用于电解铝、非 差、相位差、频率差难以控制等 问题,也避免风电并网对电网系 其发展道桎 并网风电与蓄电相结合、非并网 风电与电容式海水淡化、非并网 风电大规模多元化制氢等一系 列产业化试验。 1.2.1 非并网风电应用于 1.1.1 “非并网风电理论” 统的影响;②突破终端负荷使用 风电的局限,提高大规模风电在 非并网风电系统中的供电比重; ③提高风能利用效率,简化风力 的形成和发展 1986年,笔者在(《利用风能 资源开发苏北滩涂》一文中首次 提出“非并网风电”概念,并提 机结构和风电并网运行时所需 大量辅助设备,大幅度降低风电 场的制造成本和和风电价格。 1.1.3 “大规模非并网风 电系统的基础研究”项目的研究 内容和成果 “大规模非并网风电系统的 基础研究”项目围绕非并网风电 氯碱电解的实验 2006年3月,在清华大学电 力电子实验室进行非并网风电直 接应用于氯碱电解的实验。该实 验验证:氯碱工业对风电波动特 出可将大规模风电直接应用于 氯碱等高耗能产业的理论构想。 1 9 8 7年,笔者主持江苏省重大 科技攻关项目“利用沿海风能资 源立体蒸发制盐”,其成果在 1 9 8 8年亚太地区国际风能会议 性有较好的适应能力,生产过程 中的电压波动,只影响产品的产 量,而不影响产品的质量,对设 上发表。20多年来,又相继提出 非并网风电直接应用于电解铝、 氯碱、大规模海水淡化、煤化 工、规模化制氢制氧和以非金属 为原料的精深加工产业等的理 论构想和具体试验方案,“非并 网风电理论”不断完善。2007年 7月,由于原创性、系统创新性 突出,“大规模非并网风电系统 的基础研究”项目获得国家97 3 计划的立项,笔者担任项目首席 科学家。时任世界风能协会主席 Preben Maegaard对“非并网 多元化用户负载、非并网风电运 行、新型风力发电及其控制系统 等3个科学问题,开展8个方面 的研究:①基于定桨距风轮气动 备的正常运行也无影响,从而使 电解槽可以有很大的操作弹性。 1.2.2 非并网风电应用于 铝电解的实验 特性的转速控制基础研究;②特 种双凸极无刷直流发电机基础 理论研究;③非并网风力发电系 统控制基础研究;④风力机气固 耦合振动问题研究;⑤非并网风 电系统的特殊负载耦合机理研 究;⑥非并网风电系统运行规律 及空间模型研究;⑦系统综合验 证平台研究;⑧非并网风电蓄电 2007年1月,在东北大学铝 镁冶金实验室进行非并网风电 应用于铝电解实验。试验仿真新 疆达板城和江苏沿海实际风况, 该试验表明,将电解过程中的多 余热量取出,进行强制散热,可 以最大限度地利用风能在风电 低峰或无风时进行电解槽保温, 可以克服风电的波动和随机特 风电理论”的评价是:“风电‘顾 一l’墒 上' 第3o卷第1l期2oO 年1】月T 倒D 劬1 5 专家论坛 Expert Forum 性对电解铝连续生产的影响。 下游产业群;同时,带动与非并 机结构上看,新型风机采用定桨 2008年3~5月,2000 A新型铝 网风电相关联的风电场观光旅 距风轮和弱励磁、双凸极直流发 电解槽已投入试验,试验选择容 游、配套服务、项目投融资等产 电机。与常规并网风机和国外永 积1.5 m3,功率10kW的熔盐炉, 业发展。 磁直驱式风机相比,新型风机通 其中熔盐泵功率为7.5kW,流量 2.2 构造原则 过调节风轮转速实现变桨距效 的测量容积为0.8 m 。 构建大规模非并网风电产 果,省去变桨系统和齿轮箱。因 1.2.3 电励磁双凸极无刷 业体系应贯彻产业关联原则:非 此,非并网风电设备零部件产业 发电机中试 并网风电产业体系是多产业、多 应包括风叶、机舱底座、机舱 2008年4月,委托南京高齿 层次、多产业链交织的现代产业 罩、散热器、发电机、轮毂、偏 对973项目研制出的100kW电励 体系。该产业体系的最高层由以 航轴承、偏航减速箱、塔架、电 磁双凸极发电机进行中试验证。 风电设备生产为重点的上游产 控系统的研发、设计、制造产 测试表明:电励磁双凸极电机在 业子系统、以大规模风电场建设 业。从风机技术上看,在风轮方 大功率运行下效果十分理想;电 和运营为重点的中游产业子系 面,通过调控定桨距风轮的来流 机的励磁功率在不同输出功率 统和以非并网风电应用为主的 角达到甚至超过变桨距效果;在 时均不高于400W,低于总功率 下游产业子系统所组成,3个子 电机方面,新型风机电控系统对 的0.5%(国际先进水平为6%~ 系统之间以产品、服务、价格等 风轮攻角的控制途径是:控制电 8%),弱励磁现象明显;电机在 的关联关系为纽带形成风电设 机电磁力矩一发电机转速一风 不同负载特性条件下测试性能 备生产一非并网风力发电一非 轮转速一风轮攻角,从而调控风 良好。 并网风电应用的总体产业链。在 轮在工作区和失速区的效能动 2 构建非并网风电产业 各个子系统内部,同样根据产业 态关系。 体系的思路与原则 间的技术、投资、服务、价格和 3.1.2 中游产业群 构建大规模非并网风电产 产品等多种关联关系形成若干 以非并网风电场建设和运 业体系,是非并网风电发展的重 不同类型的产业链。根据产业问 营为主的产业链包括风电场的 要基础,也是我国绿色产业体系 关联关系的强弱,协调各产业链 测风选址、项目方案设计、方案 的重要组成部分。 的空间布局,规划整个体系的产 评估咨询、项’目融资、风电场建 2.1 构造思路 业结构,最终形成结构合理、布 设和风电场运营等环节,其运营 构建我国大规模非并网风 局科学、组织有效、功能完善的 模式如图1所示。 电产业体系应遵循如下思路:以 非并网风电产业体系。 非并网风电场建设也可依 风能富集区的大规模风电场建 3 非并网风电产业体系 托目前国内主要的风电场开发 设和运营为重点,向其上下游拓 的构成主体及其结构 和运营商的建设经验,从风电场 展产业链。重点是依托大规模风 3.I 非再网风电产业俸系 开发成本来看,主要包括机组、 电场建设和运营等相关产业发 的佝龊主体 基础与建筑、电力工程、安装费 展,为风电设备研发、设计、制 根据非并网风电总体产业 用等几项,其中机组成本约占总 造、控制等上游产业创造广阔的 链:风电设备一风电场一非并网 成本的60%一70%。 市场空间和发展机遇,实现其规 风电应用,可将大规模非并网风 3.1.3 下游产业群 模扩张、竞争力提升、技术升级 电产业体系划分为上、中、下游3 非并网风电的直接应用产 以及产业链延展;并推动非并网 个产业群,分别阐述其构成主体。 业是能较好适应风电波动和随 风电产业化进程,拓展非并网风 3.1.1 上游产业群 机特性的高耗能、无污染的绿色 电的应用领域和产业空间,向大 非并网风电设备产业链包 工业。目前主要有:以电解铝为 规模风电场建设和运营的下游 括零部件和风机整机2个环节。 重点的有色冶金工业、盐化工氯 拓展产业链,逐渐扩大当前以有 与传统风机相比,新型非并网风 碱产业、大规模海水淡化、煤化 色金属冶金、盐化工、大规模海 力机进行了结构优化和技术改 工、非并网风电蓄电、规模化制 水淡化、规模化制氢制氧、煤化 进。因此要结合新型风机特点确 氢制氧和以非金属为原料的精 工为主的非并网风电产业体系 定非并网风电设备产业群。从风 深加工产业等。非并网风电与部 l’荫占●・ ~ J日b 纫第3O卷第11期2008年11月 l O Expert FOrum 专家论坛 分高耗能产业的耦合情况如下: 电解工业是比较理想的用 户之一。因为电解工业使用直流 电,可回避频率和相位控制技 非并网风电 应用于煤化工产 业,有利于实现 绿色煤化工目 困圆圈圈冈圉图图困图 ——■■—\ 游产业 术,并省去整流、变频等复杂设 备;电解工业热容量大,通过控 制热平衡可使负载适应风电电 流的波动;电解工业耗电量大、 标。利用煤、风 电多能源系统生 产甲醇,与单一 煤系统相比,煤 耗不变前提下甲 机组装等技术服务卜_-( \、~蠢 ) 【-. 选址 测风 褒 -. 方案评估 1/I J I 一 项嗣资 繁金 —一 金来源 风投 —一 及相关 投资风 宁 f 警 羹粪 募 l 场观相关服务行业 / 用电集中,有利于风电大量替换 化石能源。以电解铝为例,采用 适应非并网风电特性的新型电 解槽,可将非并网风电直接应用 于工业化电解铝生产。 氯碱行业的耗电量大,是国 内仅次于电解铝的用电大户之 一醇产量可增加1 倍;CO 排放大幅 减少,只有煤系 弋\和维//傈险 —一 验控制 丫韵 色 冶 金 氯 碱 业 海 水 淡 化 煤 化  崩. 液 流 电 池 规 模 化 制 氢 中游产业 非 金 属 一【: r f,~ 统8%;单位耗 水量下降40%。 推动我国 非并嘲风电直接应用j 产业 海 水 两 调 。非并网风电直接应用于氯碱 “海水西调”、实 施西部大开发战 略。利用渤海浅 海水域巨大风能 资源,采用大规 模非并网风电技 业 工业,对氯碱生产的稳定性、连 堂 —————~——————一 竺主些—————— 续性、安全性没有影响,因此可 实现风电替代大规模常规能源。 利用丰富的浅海风能资源, 可建设一系列1 00%利用非并网 风电直接进行大规模海水淡化 的产业基地,由输电上岸变为输 淡水上岸。 将非并网风电与蓄电技术相 图2 规模非并网风电产业体系图谱 +:“海水西调”是我国实施西部大开发战略的重大构想,可通过非并 网风电建设若干个沿途加压站,将渤海水通过管涵输水到内蒙古、新疆等 西北干旱地区。 术,直接带动高压直流变频水泵, 将海水通过管涵每年输送150亿~ 250亿m 至西部。输水沿线恰恰 是我国风能资源富集区,可通过 风电场建设和运营为中心,由风 电设备制造、风力发电、非并网 风电应用等环节的多个产业、多 条产业链交织而成。 4 结束语 结合,可生产适合大规模蓄电的 单液流电池。以单液流锌镍电池 为例,使用寿命可达15~20年,循 环次数可达16000次以上,一次性 投资只有铅酸电池的l/4、镍镉 电池的1/5,容量可达2 MWh。 非并网风电建设若干个沿途加压 站和无碳型绿色重化工基地,实 构建非并网风电产业体系 是风电多元化发展的重要基础, 对加快非并网风电的产业化进 现“高碳能源向无碳能源”跨越。 3.2 非并网风电产业体系 的结构 程具有重要战略意义。该体系在 今后发展实践中不断丰富产业 内容、拓展产业覆盖面、实现产 业功能多样化,在经济全球化和 国际产业新一轮转移的大背景 下,形成科技含量高、经济效益 策配套、经济带 动、综合效益和 动态发展等原则 为指导,根据产 业间关联关系强 以产业关联、技术推动、政 弱及其在产业链 上所处的位置, ①溯定风况,寻找合适的风场并转让获取收菇: ②配套生产风机零部件; ⑧设 、开发、组装风机整机并销售; ④设计风电场建设方案,根据评估结果实施风电场建设; ⑤对风电场建设方案进行评估、咨询; ⑥根据建设方案进行项疆融资,为风电场开发商提供建设资金 ⑦收购风电场并进行风电场运营管理和维护: ⑧终端用户 好、资源消耗低、环境污染少、 人力资源优势得到充分发挥的 现代非并网风电产业体系。 参考文献: 【1】顾为东.非并网风电产业发展新战 略与风电非并网理论【M】.北京:化 学工业出版社,2006. 【2】方敏,周莉雅,刘勇.非并网风电产业 构建大规模非并 网风电产业体系 的结构图谱,见 图2。 该产业体系 以大规模非并网 图1 非并网风电场运营模式图 (下转第3 8页) 一l' 工’ 第30卷第11期2008年11月 村t' 劬 1● 综述 Survey 经济结构和转变经济增长方式 节能降耗的目标。 TRT做功发电,可以回收高炉鼓 的难度很大,但其可带来显著的 完善能源立法,促进能源 风机所需能量的30%~50%,约 节能效果,在今后相当长的时期 发展和管理的法制化建设,运用 是整个企业用电的6%~8%,如 内,推动经济结构优化调整将是 法律手段规范和调节能源的开 果全国高炉全部采用TRT技术, 节能降耗的关键性措施。 发利用。在已有法律及其配套法 年可节电百亿千瓦时以上,节能 淘汰落后生产能力,上大压 规的基础上健全能源领域基础 减排效果十分明显。 小。我国中小型工业能源密集型 性法律,完善专项法律规范,形 (3)加强国际交流合作。广 企业数量多,技术和工艺水平落 成能源法律体系。 泛开展节能减排国际科技合作, 后,产品单耗比大型企业高30%~ 4 3 叠:苗镌 ≮≯=严止f匕 与有关国际组织和国家建立节 60%,是工业产品耗能的关键因 示芝鼻拈产 能环保合作机制,积极引进国外 素。一方面迫使其主动采取节能 (1)在国家科技专项计划中, 先进节能环保技术和管理经验, 新技术,另外进行结构调整,淘 安排一批节能减排重大技术项目, 不断拓宽节能环保国际合作的 汰落后的生产能力。针对目前的 攻克一批节能减排关键和共性技 领域和范围。 能源利用现状,我国将加快淘汰 术难关。加快节能减排技术支撑 (感谢王庆一先生、汤家轩 落后生产能力,加大淘汰电力、 平台建设,组建一批国家工程实 研究员、白泉博士对本文的建议 钢铁、建材、电解铝、铁合金、 验室和国家重点实验室。优化节 与指导) 电石、焦炭、煤炭、平板玻璃等 能减排技术创新与转化的政策 参考文献: 行业落后产能的力度。 环境,加强资源环境高技术领域 [1】国家统计局.中国统计年鉴2 0 0 7 加强对高耗能单位的节能 创新团队和研发基地建设,推动 【M】.北京:中国统计出版社,2007. 管理和监督。组织对重点用能单 建立以企业为主体、产学研相结 [2】王庆一 .2006能源数据[Z]. 位能源利用状况的监督检查和 合的节能减排技术创新与成果 [31徐建中.科学用能与分布式能源系 主要耗能设备、工艺系统的检 转化体系。 统【J】.中国能源,2005,27,(8). 测,定期公布重点用能单位名 (2)加快节能减排技术产业 【4】王庆….节能手册2006【M].北京: 单、重点用能单位能源利用状况 化示范和推广。实施一批节能减 《节能与环保》杂志社. 及与国内外同类企业先进水平 排重点行业的共性、关键技术及 【5】国家发改委.“十一五”十大重点 的比较情况。建立节能工作责任 重大技术装备产业化示范项目和 节N‘ ̄512程实施意见【z】. 制,健全能源计量管理、能源统 循环经济高技术产业化重大专 【6】WWW.iea.org. 计和能源利用状况分析制度,促 项。落实节能、节水技术政策大 【7】毛如柏,等.中国可持续能源实施 进企业节能降耗上水平。 纲,在钢铁、有色、煤炭、电力、 “十一五”20%节能目标的途径与 建立需求侧管理体系,运 石油石化、化工、建材、纺织、造 措施研究【M】.北京:科学出版社, 用经济手段实现能源资源的优 纸、建筑等重点行业,推广一批 2008. 化利用。弓I入需求侧管理体系, 潜力大、应用面广的重大节能减 [8】朱智清.膜分离技术的发展及其工业 建立面向工业用户的鼓励节能 排技术。鼓励企业加大节能减排 应用【Jl_化工技术与开发,2003,32(1). 技术开发和应用的激励机制。建 技术改造和技术创新投入,增强 [9】米建华.我国电力工业节能状况分 议以经济手段调节为主,直接行 自主创新能力。以高耗能的钢 析【J】.电力设备,2005,6(6). 政干预为辅;以激励机制为主, 铁、冶金行业为例,若在许多高 【10]崔民选.2007中国能源发展报告[MI. 以惩罚性措施为辅,使企业成为 炉上装配余压透平(TRT),通过 北京:社会科学文献出版社.2007. 产品生产周期的各个环节以及 一…-十一一…一+ -■・一一一 所有的节能行为的主体。 (上接第1 7页) 网风电系统论文集[C】(ISTP).美国 建立中央、地方、企业三级 综合经济效益评价指标体系研究 学者出版社,2008. 节能目标责任制和评价考核体 [A].非并网风电系统论文集[C] 程杰,张立,文越华,等.单液流锌/ 系。帮助和督促各级政府,根据 (ISTP).美国学者出版社,2008. 镍电池原理的实验研究[A】.菲并网 自身地区或部门的特点,加强能 [3】方创琳,黄金川I,张蔷.中国风电产业 风电系统论文集[c](ISTP).美国学 源管理,提出相应措施,以达到 发展现状与发展战略研究【A1.非并 者出版社.2008. lt.’ ^・嘎…一…——一 IcIb 幼第30卷第11期2008年l1月 38 ’ 

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