中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專委會 ■ 姚興佳

沈陽工業(yè)大學(xué)風(fēng)能技術(shù)研究所 ■ 劉穎明 宋筱文*

我國風(fēng)電技術(shù)進展及趨勢

中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專委會 ■ 姚興佳

沈陽工業(yè)大學(xué)風(fēng)能技術(shù)研究所 ■ 劉穎明 宋筱文*

對我國風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展歷程進行了回顧和討論，分別從基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)、整機研制、零部件配套等方面總結(jié)其取得的進展，同時對目前面臨的關(guān)鍵問題也進行了探討，并對未來我國風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了展望。

風(fēng)電機組；并網(wǎng)消納；棄風(fēng)限電；大規(guī)模儲能技術(shù)；功率預(yù)測技術(shù)

0　引言

風(fēng)電是資源潛力巨大、技術(shù)較為成熟的可再生能源，在減排溫室氣體、應(yīng)對氣候變化的新形勢下，越來越受到世界各國的重視，并已在全球大規(guī)模開發(fā)利用?！笆晃濉钡健笆濉逼陂g，我國風(fēng)電經(jīng)歷了飛速發(fā)展的10年，成為國內(nèi)繼火電、水電之后的第三大電源。2015年我國風(fēng)電新增裝機量達36萬kW，累計裝機量為101萬kW，排名從世界第5位躍升至第4位；截至2015年底，我國風(fēng)電累計并網(wǎng)容量達1.45億kW，占全國發(fā)電裝機容量的9.6%。

隨著風(fēng)電市場規(guī)模的迅速擴大，我國風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)進一步提高，一個具有競爭力的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈體系已初步形成，涵蓋原材料加工、零部件制造、整機制造、開發(fā)建設(shè)、技術(shù)研發(fā)、標準和檢測認證體系等各個環(huán)節(jié)。風(fēng)電機組設(shè)備制造基本上實現(xiàn)了系列化、標準化和型譜化，機型涵蓋雙饋、直驅(qū)和混合式，單機容量從1.5 MW迅速發(fā)展到目前最大的6 MW級，并實現(xiàn)了從陸地風(fēng)電到海上風(fēng)電的跨域。

我國風(fēng)電技術(shù)水平不斷提高，通過引進消化吸收和再創(chuàng)新，基本掌握了風(fēng)電行業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)，并且在適合低風(fēng)速風(fēng)況和惡劣環(huán)境風(fēng)電機組開發(fā)方面取得了突破性進展，處于全球領(lǐng)先地位，在大容量機組開發(fā)上也實現(xiàn)了與世界同步。這些成就，既保證了我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，也為我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)從大到強的跨越式發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國少數(shù)具有國際競爭力的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，這也讓我國迎來歷史上難得的在風(fēng)電領(lǐng)域與國際領(lǐng)先水平并駕齊驅(qū)的機會和形勢。在高速發(fā)展過程中，我國建立起了具有國際先進水平的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)體系，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)產(chǎn)品遠銷20多個國家和地區(qū)。此外，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)每年還吸引超過千億元的投資，提供近50萬個就業(yè)崗位，發(fā)揮著良好的社會綜合效益。

隨著“一帶一路”和“中國制造2025”等國家戰(zhàn)略的實施，我國風(fēng)電制造企業(yè)也加快了高端裝備制造“走出去”的步伐，為我國風(fēng)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用開辟了更為廣闊的市場，帶來了良好的發(fā)展機遇。

1　我國風(fēng)電技術(shù)的進展

1.1發(fā)展歷程

我國開展風(fēng)電技術(shù)研發(fā)已有40多年的歷史，特別是經(jīng)過近十年來的發(fā)展，快速走上了產(chǎn)業(yè)化的道路。早在20世紀80年代，我國就通過國家科技項目陸續(xù)支持研制過離網(wǎng)型和并網(wǎng)型風(fēng)電機組，單機容量從15 kW到200 kW，但絕大部分未實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

“九五”和“十五”期間，政府組織實施“乘風(fēng)計劃”、國家科技攻關(guān)計劃，以及國債項目和風(fēng)電特許權(quán)項目，支持建立了首批6家風(fēng)電整機制造企業(yè)，進行風(fēng)電技術(shù)的引進和消化吸收，其中部分企業(yè)掌握了600 kW和750 kW單機容量定槳距風(fēng)電機組的總裝技術(shù)和關(guān)鍵部件設(shè)計制造技術(shù)，初步掌握了定槳距機組總體設(shè)計技術(shù)，實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，邁出了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的第一步。特別需要說明的是，“十五”期間，通過對國家“863”計劃“兆瓦級變速恒頻風(fēng)電機組”重大招標項目的支持，我國完成了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的1 MW 雙饋式變速恒頻風(fēng)電機組和1.2 MW 直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)電機組的研制，并于2005年并網(wǎng)發(fā)電，成功實現(xiàn)了兆瓦級變速恒頻風(fēng)電機組從無到有的重大突破，標志著我國風(fēng)電技術(shù)跨入兆瓦級時代。

2006年，我國政府實施了《可再生能源法》，風(fēng)電正式進入大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用的階段?！笆晃濉逼陂g，科技部針對我國風(fēng)電整機技術(shù)水平低、自主研制能力差、產(chǎn)業(yè)不完整、可持續(xù)發(fā)展能力弱等亟待解決的重大問題，在已有1.0 MW雙饋式和1.2 MW直驅(qū)式兩種機型大功率風(fēng)電機組設(shè)計、制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，由國家科技支撐計劃立項，支持了“大功率風(fēng)電機組研制與示范”重大項目，規(guī)劃了風(fēng)電整機成套設(shè)備、關(guān)鍵零部件、海上風(fēng)電、標準規(guī)范體系等4個主要研究方向，由全國23家單位共同承擔，基本囊括了當時行業(yè)內(nèi)的骨干企業(yè)和科研單位。項目直接推動了中國風(fēng)電配套產(chǎn)業(yè)鏈及其產(chǎn)品創(chuàng)新機制的建立、發(fā)展和完善[1]。

隨著國家陸續(xù)制定出臺了促進風(fēng)電等可再生能源發(fā)展的相關(guān)法規(guī)和扶持政策，眾多國內(nèi)外企業(yè)大舉投入中國風(fēng)電制造業(yè)，大多瞄準了風(fēng)電整機制造，通過引進生產(chǎn)許可證、建立合資企業(yè)、開展自主研發(fā)或聯(lián)合研發(fā)等手段，研制兆瓦級以上風(fēng)電機組產(chǎn)品。據(jù)不完全統(tǒng)計，在2008年，進入風(fēng)電整機制造業(yè)的國內(nèi)企業(yè)一度多達80家，其中包含大量國有或國有控股的制造企業(yè)，涉及電力設(shè)備、航空航天和重工機械設(shè)備制造企業(yè)。這些大型企業(yè)利用自身相關(guān)技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)，通過聯(lián)合設(shè)計或引入戰(zhàn)略合作方從事發(fā)展風(fēng)電機組的整機設(shè)計和制造。代表企業(yè)(產(chǎn)品)有：金風(fēng)(1.5 MW/750 kW)、運達風(fēng)電(1.5 MW)、東方電氣(1.5 MW)、華銳(1.5 MW)、國電聯(lián)合動力(1.5 MW)、廣東明陽(1.5 MW)、上海電氣(1.25 MW)等。

經(jīng)過一定時期的風(fēng)電機組技術(shù)引進和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，國內(nèi)風(fēng)電整機制造企業(yè)對風(fēng)電技術(shù)的復(fù)雜性和對產(chǎn)品研發(fā)挑戰(zhàn)的認識日益深入，越來越多的企業(yè)形成了“在技術(shù)引進的基礎(chǔ)上加快消化吸收進程、增強自主研發(fā)能力”的共識，這些企業(yè)大部分在引進的基礎(chǔ)上進行了國產(chǎn)化的工作，并針對我國風(fēng)資源的特點進行了適應(yīng)性開發(fā)。另外，積極引進Bladed等國外先進的風(fēng)電機組輔助計算設(shè)計工具，更多地采用聯(lián)合設(shè)計和自主研制開發(fā)新產(chǎn)品。代表企業(yè)(產(chǎn)品)有：金風(fēng)(1.5 MW直驅(qū))、浙江運達(1.5 MW雙饋)、上海電氣(2 MW雙饋 )、重慶海裝(2 MW雙饋)、華銳(3 MW雙饋)等。

國有大型企業(yè)和民營企業(yè)與國內(nèi)大學(xué)和研究機構(gòu)合作自主研發(fā)機型，也取得了豐碩的成果。大學(xué)研究機構(gòu)把依托國家科研項目形成的科研成果轉(zhuǎn)讓給企業(yè)，并為企業(yè)提供持續(xù)的研發(fā)和技術(shù)支持，形成高效的風(fēng)電產(chǎn)—學(xué)—研聯(lián)合發(fā)展機制。如沈陽華創(chuàng)依托沈陽工業(yè)大學(xué)風(fēng)能技術(shù)研究所的技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)，在1 MW機組研制的基礎(chǔ)上研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機組，包括1.5～7 MW之間的三大系列數(shù)十種系列化機組產(chǎn)品。

目前，我國整機制造能力經(jīng)過10年來的快速發(fā)展，開發(fā)出若干具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機型，并得到風(fēng)場的大規(guī)模應(yīng)用和長時間的驗證；3 MW及以下兆瓦級機組總體設(shè)計及零部件制造技術(shù)已經(jīng)成熟，正在開發(fā)更大單機容量的系列化產(chǎn)品。1.5 MW、2 MW風(fēng)電機組的供應(yīng)能力充足，3 MW風(fēng)電機組已批量運行，5～6 MW風(fēng)電機組也已投入運行。

上海電氣3.6 MW、湘電風(fēng)能5 MW、東方電氣5.5 MW、海裝風(fēng)電5 MW、太原重工5 MW等海上風(fēng)電機組陸續(xù)下線安裝。在國家“863”計劃支持下，華創(chuàng)7 MW和運達5 MW海上風(fēng)電機組研發(fā)進入新階段。截至2015年底，我國海上風(fēng)電機組供應(yīng)商達到10家，累計裝機容量達到100 MW以上的機組制造商有上海電氣、華銳風(fēng)電、遠景能源、金風(fēng)科技。目前我國單機容量最大的是6 MW機組，除了原有聯(lián)合動力和明陽風(fēng)電的產(chǎn)品，金風(fēng)科技也在2015年新增吊裝一臺6 MW機組。

1.2技術(shù)研發(fā)

1.2.1基礎(chǔ)研究

近年來，國家各類科技計劃和基金項目對風(fēng)電技術(shù)的基礎(chǔ)研究給予了較多資助，表1為國家“973”計劃、國家“863”計劃和國家科技支撐計劃資助的風(fēng)電研發(fā)項目和課題的部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

表1　國家科技計劃資助的部分風(fēng)電研究項目

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(“973”計劃)迄今共立項資助了4個以風(fēng)電研究為主題的項目。其中，“大型風(fēng)電機組的空氣動力學(xué)基礎(chǔ)研究”項目，針對兆瓦級風(fēng)電機組葉片在空氣動力學(xué)、氣動彈性、氣動噪聲等基礎(chǔ)方面的科學(xué)問題進行了探索，形成了兆瓦級風(fēng)電機組葉片的自主設(shè)計能力?！按笮惋L(fēng)電機組的關(guān)鍵力學(xué)問題研究及設(shè)計實現(xiàn)”項目，針對多兆瓦級風(fēng)電機組整機在氣動載荷、非線性氣動彈性、海上風(fēng)電機組水動載荷與支撐結(jié)構(gòu)等方面開展了研究，形成了多兆瓦級海上大型風(fēng)電機組整機的自主設(shè)計能力?！按笠?guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)基礎(chǔ)科學(xué)問題研究”項目，針對大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)，開展遠距離、大規(guī)模、高集中度的風(fēng)電并網(wǎng)問題的基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)研究。國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(“863”計劃)在風(fēng)電機組專用翼型設(shè)計、整機和關(guān)鍵部件開發(fā)、風(fēng)電場電氣控制、海上風(fēng)電場建設(shè)、海上風(fēng)電場送電與并網(wǎng)等方面對多個課題給予了資助。

據(jù)不完全統(tǒng)計，自2005年以來，國家自然科學(xué)基金資助的風(fēng)能相關(guān)項目為370項，研究內(nèi)容涵蓋了風(fēng)能利用的各個領(lǐng)域和方面。從項目年度分布來看(見圖1)，2010～ 2014年的資助項目占2005～ 2014年資助總項目數(shù)的81%，說明風(fēng)能利用的科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)研究近年來得到了極大的重視。

圖1　國家自然科學(xué)基金資助的風(fēng)電研究項目數(shù)量年度分布

從學(xué)術(shù)期刊論文的發(fā)表情況看，我國研究人員在風(fēng)電機組性能計算、葉片設(shè)計、風(fēng)特性分析、載荷分析、結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析、噪聲分析、運行控制、傳動鏈、變電和并網(wǎng)、發(fā)電量預(yù)測、儲能技術(shù)、風(fēng)場微觀選址、海上固定式基礎(chǔ)和浮式平臺等多個方面發(fā)表了大量學(xué)術(shù)論文，研究主題幾乎涵蓋了風(fēng)能利用技術(shù)的各個方面。

在我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)大規(guī)模快速發(fā)展的背景下，風(fēng)能利用研究受到國家和各科研機構(gòu)的更多關(guān)注和支持，研究隊伍逐年壯大，且形成了各自相對穩(wěn)定的研究方向。南京航空航天大學(xué)、華北電力大學(xué)、汕頭大學(xué)、中科院工程熱物理所、中科院電工所、中國電力科學(xué)研究院、清華大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、中國空氣動力研究與發(fā)展中心、上?？碧皆O(shè)計研究院、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、蘭州理工大學(xué)、華中科技大學(xué)、河海大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)、長沙理工大學(xué)等多家科研機構(gòu)形成了自己的風(fēng)能研究方向和人才隊伍。

1.2.2企業(yè)研發(fā)

圖2為2015年我國風(fēng)電整機企業(yè)新增裝機容量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)[2]。這些整機企業(yè)的新增裝機容量超過了我國2015年新增風(fēng)電裝機容量的90%，研發(fā)水平代表了我國風(fēng)電機組產(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)實力。

圖2　2015年中國風(fēng)電整機制造企業(yè)新增裝機容量(單位：萬kW)

圖3　2015年中國風(fēng)電整機制造企業(yè)累計裝機份額

金風(fēng)科技2015年躋身世界第一大風(fēng)電整機供應(yīng)商，擁有北京、新疆和德國三地研發(fā)中心，具備較完備的自主研發(fā)能力。其最突出的技術(shù)特點是直驅(qū)永磁技術(shù)。金風(fēng)科技根據(jù)不同的地理氣候條件，進行差異化設(shè)計，形成了適用于高低溫、高海拔、低風(fēng)速、沿海等不同運行環(huán)境的風(fēng)電機組系列產(chǎn)品。該公司的成熟代表機型1.5 MW、2.5 MW和3 MW系列，均采用直驅(qū)永磁技術(shù)，其中，3 MW系列部分風(fēng)電機組還采用了混合傳動技術(shù)，目前其海上6 MW直驅(qū)永磁機組也已進入樣機運行階段。

國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司研發(fā)以產(chǎn)品平臺為主線，已完成或正在開展1.5 MW、2 MW、3 MW、6 MW、12 MW產(chǎn)品平臺研究。該公司于2012年研制了3 MW直徑為108 m和120 m的陸上機組并推向市場；6 MW海上風(fēng)電機組于2010年開始設(shè)計開發(fā)，樣機于2013年5月實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，目前正在進行測試并積累運行數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上已啟動了適用于臺風(fēng)、低風(fēng)速等海上區(qū)域的6 MW機組研究。

遠景能源近年來在風(fēng)電機組市場的占有率持續(xù)上升，技術(shù)特色是著力打造“智能風(fēng)電機組”概念，其陸上風(fēng)電機組注重低風(fēng)速機型的開發(fā)?！爸悄茱L(fēng)電機組”概念融合智能控制技術(shù)、智能傳感、云計算、大數(shù)據(jù)和能源管理等技術(shù)，運用當代信息技術(shù)推動風(fēng)電系統(tǒng)的技術(shù)革新。此外，該公司還開發(fā)了基于智能傳感網(wǎng)和云計算的智慧風(fēng)場全生命周期管理系統(tǒng)，迅速在海外取得了較好的市場業(yè)績。

明陽風(fēng)電也是特別注重技術(shù)研發(fā)投入的企業(yè)，陸續(xù)建成了歐洲丹麥研發(fā)中心、美國北卡研發(fā)中心、上海海上工程研發(fā)中心，目前已開發(fā)抗臺風(fēng)型、抗低溫型、高原型、潮間帶型、低風(fēng)速及海上型等適合各類風(fēng)況的1.5～6.5 MW系列風(fēng)電機組產(chǎn)品，首創(chuàng)推出全球領(lǐng)先的超緊湊型(SCD)雙葉片半直驅(qū)型陸上及近海風(fēng)電機組系列，同時，超大型海上8～12 MW風(fēng)電機組正在研發(fā)中。

1.3零部件制造

我國風(fēng)電零部件制造企業(yè)也日益壯大，生產(chǎn)供應(yīng)體系日益健全。自上世紀90年代我國發(fā)展大型風(fēng)電以來，主要依靠傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)或中外合資企業(yè)逐步形成了一批主要零部件制造企業(yè)。傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)，如齒輪箱和發(fā)電機制造企業(yè)，大都是國內(nèi)從事該類產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的國有大型重工企業(yè)，憑借原有的生產(chǎn)和科研基礎(chǔ)，逐步探索開發(fā)風(fēng)電零部件產(chǎn)品。

隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，一大批企業(yè)積極從事風(fēng)電零部件的開發(fā)生產(chǎn)，進一步擴大完善了生產(chǎn)供應(yīng)體系。國內(nèi)葉片、齒輪箱、發(fā)電機等部件的制造能力已接近國際先進水平，能夠滿足主流機型的配套需求，并開始小批量出口。軸承、變流器和控制系統(tǒng)的研發(fā)也取得了重大進步，并開始批量供應(yīng)國內(nèi)市場。塔筒、輪轂、機艙等部件的生產(chǎn)能力完全滿足國內(nèi)市場需求，并向國際市場供貨。此外，大型風(fēng)電機組關(guān)鍵零部件的制造水平也有所提高，國內(nèi)葉片制造商已能生產(chǎn)出72 m、配套6 MW機型的大尺寸葉片。配套5 MW、6 MW等大型風(fēng)電機組的齒輪箱、發(fā)電機和軸承也開始投入使用。

1.3.1葉片

隨著我國風(fēng)電市場和技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)有接近20家葉片制造企業(yè)具備生產(chǎn)上千套兆瓦級風(fēng)電葉片的能力，產(chǎn)量可滿足國內(nèi)風(fēng)電市場的需求。但只有幾家企業(yè)具備一定的自主研發(fā)能力，大部分企業(yè)的葉片研制技術(shù)主要還是依靠購買國外技術(shù)的方式獲取。因此，對關(guān)鍵核心技術(shù)并非完全掌握，距離針對我國實際風(fēng)資源特點開展國產(chǎn)化風(fēng)電葉片自主研制還存在一定差距。目前，國內(nèi)具有代表性的風(fēng)電葉片制造企業(yè)包括：中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司、中復(fù)連眾復(fù)合材料集團有限公司、南車時代新材、上海艾朗等。

1.3.2齒輪箱

近3年我國齒輪箱的產(chǎn)量以年均增長率超過100%的速度快速增長，我國制造的大型風(fēng)電齒輪產(chǎn)量不僅滿足市場的需求，而且還具有相當大的產(chǎn)量富余度。從市場需求來看，國內(nèi)齒輪箱供應(yīng)已經(jīng)極度飽和，產(chǎn)能已數(shù)倍于需求量。目前，國內(nèi)具有代表性的風(fēng)電齒輪箱制造企業(yè)包括：南高齒、重慶齒輪箱有限責(zé)任公司、杭州前進齒輪箱集團、華銳重工等企業(yè)。

1.3.3發(fā)電機

目前，我國生產(chǎn)的風(fēng)電機組發(fā)電機完全能夠滿足國內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的需要。國內(nèi)具有代表性的發(fā)電機制造企業(yè)包括：永濟電機廠有限公司、株洲南車電機股份有限公司、東方電機股份有限公司、西安盾安電氣有限公司、蘭州電機有限責(zé)任公司、上海電機廠有限公司、湘潭電機廠有限公司、南京汽輪機長風(fēng)新能源有限公司等。

1.3.4軸承

目前，國內(nèi)的風(fēng)電機組軸承制造企業(yè)主要包括：洛陽軸承集團技術(shù)中心有限公司、瓦房店軸承集團有限責(zé)任公司、浙江天馬軸承廠和徐州羅特艾德回轉(zhuǎn)支承有限公司等。這些企業(yè)已在批量生產(chǎn)1.5～3.0 MW風(fēng)電機組主軸軸承、變槳軸承和偏航軸承，產(chǎn)品處于批量應(yīng)用階段。

1.3.5變流器和整機控制系統(tǒng)

國內(nèi)風(fēng)電變流器和控制系統(tǒng)企業(yè)因價格和售后服務(wù)優(yōu)勢，業(yè)績增長比較明顯。禾望電氣憑借其源于艾默生體系的技術(shù)和研發(fā)團隊優(yōu)勢，在風(fēng)電變流器領(lǐng)域斬獲頗豐，目前居于本土變流器供應(yīng)商排名第一的地位。合肥陽光、天誠同創(chuàng)(金風(fēng))、景新、科諾偉業(yè)、南瑞、海得新能源等企業(yè)在風(fēng)電變流器的業(yè)務(wù)也迅速擴大。國產(chǎn)1.5 MW、2 MW變流器已批量生產(chǎn)，能滿足國內(nèi)風(fēng)電整機配套的需要。風(fēng)電主控系統(tǒng)約65%的市場份額被大的本土整機制造商的關(guān)聯(lián)企業(yè)所占據(jù)，剩下的市場份額主要集中于天津瑞能、成都阜特、科諾偉業(yè)等企業(yè)[3]。

1.4小結(jié)

綜上所述，我國風(fēng)電設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈已形成，為今后的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。從產(chǎn)能來看，我國風(fēng)電整機供應(yīng)商可滿足國內(nèi)市場每年3000萬kW以上的安裝需求，關(guān)鍵零部件對國外依賴度逐漸降低。我國在風(fēng)電整機和關(guān)鍵零部件的產(chǎn)能方面不但完全有能力滿足國內(nèi)市場需求，而且已經(jīng)初步具備了出口競爭力，能夠持續(xù)向國際市場供貨。

2　面臨的問題

2.1新技術(shù)急于規(guī)模應(yīng)用，風(fēng)險極大

在國內(nèi)市場需求和競爭的推動下，我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)技術(shù)升級進程加快，但與成熟的歐美風(fēng)電技術(shù)相比，還存在不小的差距。近年來，我國風(fēng)能利用方面科技投入有所加大，并向?qū)嶋H應(yīng)用和基礎(chǔ)研究兩方面或兩方面相結(jié)合上延伸，出現(xiàn)了一定的創(chuàng)新，在有些方面也有一定原創(chuàng)性。但畢竟我國風(fēng)電行業(yè)起步較晚，大部分整機企業(yè)在最初都是購買圖紙直接生產(chǎn)，若要在消化吸收引進技術(shù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)真正的創(chuàng)新和突破，還需要大量的基礎(chǔ)研究、科學(xué)實驗和長期的經(jīng)驗積累。然而一些新開發(fā)的技術(shù)和理念，如大機組、大葉片、低風(fēng)速、高海拔機組等系統(tǒng)化技術(shù)在還不完善的情況下就急于批量應(yīng)用，對可能存在的風(fēng)險考慮不夠。

部分廠家片面追求機組單機容量大、新機型下線速度快、急于批量安裝的效果，而對引進技術(shù)的消化吸收和再創(chuàng)新能力、產(chǎn)品質(zhì)量重視不夠，對風(fēng)電機組整體設(shè)計、載荷優(yōu)化計算、控制策略優(yōu)化、并網(wǎng)性能等核心技術(shù)掌握不夠，導(dǎo)致部分風(fēng)電機組質(zhì)量不穩(wěn)定，出現(xiàn)了較多嚴重的風(fēng)電機組質(zhì)量事故，成為風(fēng)電發(fā)展的隱患。比如某葉片廠家在多個批次的葉片供貨中出現(xiàn)質(zhì)量問題，導(dǎo)致所涉批次的葉片在多個風(fēng)場運行后出現(xiàn)大面積質(zhì)量事故并被要求更換，企業(yè)在承受巨額更換葉片成本的同時，還負擔了大量的葉片更換吊裝費用，使企業(yè)財務(wù)蒙受了巨大的損失，該事件還導(dǎo)致該企業(yè)銷售訂單斷崖式下滑，企業(yè)經(jīng)營困難幾近破產(chǎn)。類似例子還包括一些齒輪箱制造企業(yè)。

另外，隨著國內(nèi)海上風(fēng)電市場的興起，國內(nèi)整機制造商紛紛試水，在未完全掌握核心技術(shù)和經(jīng)歷足夠樣機運行考驗的情況下急于上馬海上項目的風(fēng)險極大。由于海上風(fēng)場運行環(huán)境和風(fēng)場難于進入等因素，海上風(fēng)電對風(fēng)電機組的可靠性和技術(shù)條件要求更為嚴格。相比陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電機組安裝于風(fēng)—海浪—洋流耦合環(huán)境下，載荷工況更為復(fù)雜、防腐要求更高；而且不同海域，如北方海域的浮冰、南方海域的臺風(fēng)等惡劣氣候不盡相同，使海上機組的設(shè)計技術(shù)更為復(fù)雜。國內(nèi)企業(yè)僅經(jīng)過短時間的發(fā)展，在未完全掌握陸上風(fēng)電機組核心技術(shù)的情況下，就倉促進入海上風(fēng)電領(lǐng)域，可能會付出慘重的代價。

2.2并網(wǎng)和消納困難

由于“三北”地區(qū)遠離電力負荷中心，受本地區(qū)可調(diào)節(jié)電源少、電力裝機嚴重過剩、外輸通道建設(shè)滯后、電網(wǎng)運行機制智能化程度低等因素影響，出現(xiàn)了嚴重的“棄風(fēng)限電”問題。2015年，風(fēng)電棄風(fēng)限電形勢加劇，全年棄風(fēng)電量達339億kWh，同比增加213億kWh；平均棄風(fēng)率為15%，同比增加7%。從統(tǒng)計來看，2011～2015年我國棄風(fēng)電量累計損失達到959億kWh，而三峽、葛洲壩兩座水電站在2015年的發(fā)電量一共是1048億kWh。

自從2010年棄風(fēng)限電問題大規(guī)模出現(xiàn)以來，一直與我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展如影隨形，并呈現(xiàn)愈演愈烈之勢，不斷侵蝕著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成果。棄風(fēng)限電，既讓風(fēng)電企業(yè)背負上沉重的資金壓力，限制了企業(yè)的科研投入及行業(yè)的長遠發(fā)展后勁，限制了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的健康持續(xù)發(fā)展，也增加了為實現(xiàn)建設(shè)“兩型社會”等戰(zhàn)略目標及兌現(xiàn)碳減排國際承諾的難度。

3　技術(shù)發(fā)展趨勢

為應(yīng)對能源發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，我國政府已向國際社會承諾，到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降40%～45%，非化石能源占一次能源消費的比重達到15%左右；到2030年左右，CO2排放達到峰值且將努力早日達峰，非化石能源占一次能源消費比重提高到20%左右。越來越嚴格、甚至苛刻的全球氣候變化目標的提出，為中國進一步節(jié)能減排、努力發(fā)展新能源提出了更為緊迫的要求。在風(fēng)電發(fā)展方面，我國將繼續(xù)落實陸上大型基地建設(shè)、陸上分散式并網(wǎng)開發(fā)和海上風(fēng)電基地建設(shè)3條風(fēng)電規(guī)劃路徑；結(jié)合《中國可再生能源發(fā)展路線圖2050》，2020年風(fēng)電裝機總量將達2億kW[4]。隨著風(fēng)電裝機容量的持續(xù)增大，風(fēng)電機組單機容量大型化研制技術(shù)、海上風(fēng)電技術(shù)、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)等將成為行業(yè)發(fā)展的主要研究方向。

3.1風(fēng)電機組技術(shù)

隨著我國風(fēng)電市場的擴大，我國風(fēng)電設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度超過了預(yù)期，在企業(yè)產(chǎn)能及企業(yè)數(shù)量短時期內(nèi)膨脹的同時，出現(xiàn)嚴重的同質(zhì)化競爭，以及重數(shù)量擴張輕產(chǎn)業(yè)升級的趨勢。為規(guī)范風(fēng)電設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國家也密集出臺了有關(guān)政策要求。對風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)而言，必須加強從自主創(chuàng)新、重質(zhì)量、重服務(wù)等方面著手，不斷促進風(fēng)電經(jīng)濟性的改善及產(chǎn)品可靠性的提升。因而在“十三五”期間，風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從重產(chǎn)能、重市場擴張等創(chuàng)業(yè)階段的目標，轉(zhuǎn)向以產(chǎn)品技術(shù)的進一步升級為主要任務(wù)，強調(diào)不斷自主創(chuàng)新、提升產(chǎn)品質(zhì)量、加強產(chǎn)品可靠性、降低成本等方面。

3.1.1單機容量

風(fēng)電機組的成本約占風(fēng)電開發(fā)總成本的70%，風(fēng)能的大規(guī)模開發(fā)將有效降低風(fēng)電成本，這種大規(guī)模開發(fā)要求風(fēng)電機組的大型化。目前，風(fēng)電機組尺寸的進一步大型化已成為風(fēng)電技術(shù)的重要發(fā)展方向，并隨著海上風(fēng)電開發(fā)得以加強，相關(guān)技術(shù)發(fā)展將成為未來風(fēng)電技術(shù)的重要趨勢。

2015年，我國新增裝機的風(fēng)電機組平均功率達到1837 kW，與2014年的1768 kW相比，增長3.9%；累計裝機的風(fēng)電機組平均功率為1563 kW，同比增長4%。

2015年，我國新增風(fēng)電裝機中，2 MW風(fēng)電機組裝機市場份額首次超過1.5 MW機組，占全國新增裝機容量的50%。與2014年相比，1.5 MW機組市場份額下降了12%，而2 MW機組所占市場份額上升了9%；2.1～2.5 MW機組市場份額達到12%，其中主要以2.5 MW為主；2.6 ～3 MW機組市場份額達到2%。

2015年，我國累計風(fēng)電裝機中，1.5 MW的風(fēng)電機組仍占主導(dǎo)地位，占總裝機容量的56%，同比下降約5%；2 MW風(fēng)電機組市場份額上升至28%，同比上升約6%。圖4 為1991～2015年我國新增和累計裝機的風(fēng)電機組平均功率變化情況；圖5為2004～2015年1.5 MW和2 MW機組新增裝機容量的數(shù)據(jù)；表2 顯示了風(fēng)電機組容量發(fā)展歷程及趨勢。

圖4　1991～2015年我國新增和累計裝機的風(fēng)電機組平均功率

圖5　2004～2015年1.5 MW和2 MW機組新增裝機容量

表2　風(fēng)電機組容量發(fā)展歷程及趨勢

目前，我國風(fēng)電進入規(guī)?；l(fā)展階段，陸地風(fēng)電開發(fā)穩(wěn)步發(fā)展，海上風(fēng)電逐步加速，風(fēng)電機組的整體趨勢是單機容量的大型化。順應(yīng)這一趨勢，加強基礎(chǔ)研究，逐步掌握大型風(fēng)電機組的設(shè)計理念和科學(xué)的研究方法，開發(fā)適應(yīng)我國特點的大型先進風(fēng)電機組。從不同功率風(fēng)電機組的研發(fā)方面考慮，開發(fā)應(yīng)用3 MW以下風(fēng)電機組輕量化和環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)，優(yōu)化3～5 MW風(fēng)電機組設(shè)計，開展5～10 MW海上風(fēng)電機組設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)研究；2020年前，實現(xiàn)5 MW風(fēng)電機組的商業(yè)化運行，完成5～10 MW海上風(fēng)電機組樣機驗證，并對10 MW以上特大型海上風(fēng)電機組完成概念設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)研究；2020～2030年，實現(xiàn)5～10 MW海上風(fēng)電機組的商業(yè)化應(yīng)用，完成特大型海上風(fēng)電機組(10 MW以上)的樣機技術(shù)驗證。

3.1.2風(fēng)電機組造價

在風(fēng)電場造價中，風(fēng)電機組的設(shè)備造價占比最高，風(fēng)電機組的價格變化幅度也最大。在過去幾年中，風(fēng)電機組的價格隨著風(fēng)電市場經(jīng)歷了周期性變化，但總的趨勢是下降的。2008年之前，由于風(fēng)電市場急劇擴張，風(fēng)電機組的產(chǎn)能增加趕不上風(fēng)電場的擴展速度，產(chǎn)品供不應(yīng)求，風(fēng)電機組價格逐年上升；2008年以后，風(fēng)電機組的供需情況出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，風(fēng)電機組的產(chǎn)能出現(xiàn)過剩，價格也一路走低，但這種狀況在2012～2013年趨于平穩(wěn)(如圖6所示)。目前，風(fēng)電機組的價格比2008年的最高點下降了38%，到2014年，風(fēng)電機組價格與2013年基本持平。長期來看，隨著風(fēng)電機組技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進步，風(fēng)電機組的每千瓦價格將逐漸走低。

圖6　風(fēng)電機組價格變化趨勢

3.1.3海上風(fēng)電技術(shù)

由于陸地上經(jīng)濟可開發(fā)的風(fēng)資源越來越少，全球風(fēng)電場建設(shè)已出現(xiàn)從陸地向近海發(fā)展的趨勢。與陸地風(fēng)電相比，海上風(fēng)電風(fēng)能資源的能量效益比陸地風(fēng)電場高20%～40%，還具有不占土地資源、風(fēng)速高等特點，適合大規(guī)模開發(fā)。而且由于海上風(fēng)能資源最豐富的東南沿海地區(qū)毗鄰用電需求大的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，可以實現(xiàn)就近消納，降低輸送成本，所以我國海上風(fēng)電發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

相對于陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電需突破的技術(shù)問題更復(fù)雜，表3 為海上風(fēng)電機組運行環(huán)境的復(fù)雜程度。海上風(fēng)資源特殊性、浮動式風(fēng)力機組基礎(chǔ)、洋流、波浪等震蕩作用形式及臺風(fēng)等極端氣候所造成的復(fù)雜力學(xué)問題，以及鹽霧、潮濕的環(huán)境適應(yīng)性問題，為海上風(fēng)電機組設(shè)計帶來巨大挑戰(zhàn)。

開發(fā)海上風(fēng)電技術(shù)需主要解決兩大關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容：一是海上風(fēng)電機組設(shè)計技術(shù)，二是海上風(fēng)電機組支撐平臺技術(shù)。除此之外，還應(yīng)解決關(guān)鍵零部件、關(guān)鍵原材料方面的問題。

1)海上風(fēng)電機組設(shè)計技術(shù)。與陸上相比，海上平均風(fēng)速較高，湍流水平低，風(fēng)剪切較小，且風(fēng)電機組的設(shè)計不受噪音限制。因此，海上風(fēng)電機組有其設(shè)計特點，如風(fēng)輪直徑更大、額定風(fēng)速更低、輪轂高度相對降低、轉(zhuǎn)速則更高，甚至有兩葉片、單葉片的設(shè)計概念出現(xiàn)。對于海上風(fēng)電場而言，由于海上較低的湍流水平，風(fēng)電機組之間的尾流干擾也與陸上的情況不同，其尾流模型的建立和風(fēng)電機組排布優(yōu)化顯得更加重要。

防腐蝕設(shè)計是海上風(fēng)電機組設(shè)計的重要方面。海上的高鹽霧、高濕度環(huán)境使含鹽霧的水汽很容易通過機艙縫隙進入機艙內(nèi)部，對風(fēng)電機組的零部件造成腐蝕。海上風(fēng)電機組的主要防腐蝕方法有防腐涂裝、密封和使用耐腐蝕材料等。

由于海上風(fēng)電機組的維修和維護遠比陸上風(fēng)電機組困難，必須進行有針對性的可靠性和可維護性設(shè)計?？煽啃栽O(shè)計技術(shù)包括機械系統(tǒng)裕度設(shè)計、電氣系統(tǒng)冗余設(shè)計、電氣原件降額設(shè)計、發(fā)電機冷卻方式設(shè)計、變流器可靠性增強設(shè)計、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)等；可維護性設(shè)計技術(shù)包括滿足可維護性設(shè)計準則的結(jié)構(gòu)設(shè)計和大部件維護專用設(shè)備研制等。

此外，臺風(fēng)對我國東南沿海的影響頻繁且廣泛，其對海上風(fēng)電場的破壞力很大，可能造成葉片斷裂、塔筒折斷、機艙罩傾覆等重大損失。為了抵御臺風(fēng)的破壞，對臺風(fēng)路徑海域的海上風(fēng)電機組還必須進行增強設(shè)計，并且優(yōu)化臺風(fēng)期間的控制策略。

2)海上風(fēng)電支撐平臺技術(shù)。與陸上風(fēng)電機組相比，海上風(fēng)電機組首先在支撐形式方面有很大不同。海上風(fēng)電機組主要采用重力混凝土式、樁式和漂浮式3大類支撐結(jié)構(gòu)。

海上風(fēng)電機組除了具有陸上風(fēng)電機組的非定常氣動和氣動彈性等共性問題外，其海上運轉(zhuǎn)環(huán)境還帶來其特有的力學(xué)問題。與海上石油平臺等不同，風(fēng)電機組高聳的固定式支撐結(jié)構(gòu)傾覆力矩巨大，再加上地基沖刷與海床液化等，使得這種流-固-土耦合機理的揭示和特性分析亟待解決。此外，我國海床地質(zhì)條件特殊，大陸架淤沙厚度達幾十到幾百米。近海風(fēng)電機組基礎(chǔ)依靠沙土摩擦力承載和抗拔，為風(fēng)電機組基礎(chǔ)的安全性設(shè)計帶來極大挑戰(zhàn)，國內(nèi)外對此還缺乏研究。

漂浮式海上風(fēng)電機組將是深海風(fēng)能利用的主要方式。相對固定式風(fēng)電機組，漂浮式風(fēng)電機組增加了浮式基礎(chǔ)和錨泊系統(tǒng)，其載荷條件和動力學(xué)響應(yīng)更為復(fù)雜。海上風(fēng)電機組運動和風(fēng)、浪、流等是相互作用相互耦合的，惡劣海況下海上風(fēng)電機組將處于大幅度運動中，旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪又對塔架和漂浮結(jié)構(gòu)的運動產(chǎn)生極大影響。這種運動是一種多自由度(甚至是超過10個自由度)的運動。海上風(fēng)電機組系統(tǒng)是一個極其復(fù)雜的氣動-氣動彈性-水動載荷與結(jié)構(gòu)響應(yīng)的多學(xué)科耦合問題，惡劣海況下甚至?xí)斐山Y(jié)構(gòu)的迅速破壞。

3)關(guān)鍵零部件。隨著風(fēng)電機組容量不斷增加，根據(jù)風(fēng)電機組研制需求，應(yīng)大力加強葉片技術(shù)、傳動鏈技術(shù)、控制系統(tǒng)技術(shù)和大容量變流器技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)品研制。在零部件供應(yīng)鏈上著力做好以下工作：一是調(diào)整零部件生產(chǎn)企業(yè)的投資結(jié)構(gòu)，加大對緊缺關(guān)鍵零部件如主軸軸承、變流器等產(chǎn)品研發(fā)的投入，逐步提升零部件的自給能力；二是建立零部件生產(chǎn)與風(fēng)電系統(tǒng)技術(shù)進步的銜接機制，提高零部件企業(yè)自身適應(yīng)研發(fā)技術(shù)更新的能力；三是加強零部件生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制，構(gòu)建合格的零部件供應(yīng)體系。

隨著風(fēng)電機組尺寸的增大，葉片將越來越長。在確保葉片大型化的同時，如何優(yōu)化載荷、減輕重量、提升環(huán)境適應(yīng)性、友好性和運輸便利性將成為未來10年內(nèi)葉片技術(shù)發(fā)展的主要方向。為此，應(yīng)大力研發(fā)風(fēng)電機組葉片的監(jiān)測控制技術(shù)、新型結(jié)構(gòu)、碳纖維和高模高強玻璃纖維等新型材料，采用可回收利用的熱塑性葉片樹脂基體等新材料、新工藝很可能成為風(fēng)電葉片技術(shù)的發(fā)展方向之一。

目前齒輪箱的結(jié)構(gòu)基本采用國外技術(shù)，對功率分流方式、均載形式等關(guān)鍵技術(shù)缺乏深入研究和成熟經(jīng)驗。因此，未來10年需加強以上方面的研究，爭取在降低增速比、行星輪均載柔性軸設(shè)計和降低噪聲方面實現(xiàn)技術(shù)突破。采用軸承新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，以解決軸承壽命、承載能力、可靠性等問題。

風(fēng)電機組發(fā)電機技術(shù)的主要方向是改善并網(wǎng)性能、降低重量。隨著全功率變換技術(shù)的進步和成本的下降，更廣泛地應(yīng)用通過全功率逆變器并網(wǎng)的發(fā)電機。隨著超導(dǎo)材料在技術(shù)和成本方面取得突破，未來我國可能在10 MW及以上的風(fēng)電機組發(fā)電機中應(yīng)用高溫超導(dǎo)技術(shù)。從目前的趨勢看，3～5 MW風(fēng)電機組將采用中壓發(fā)電機，而更高兆瓦級的風(fēng)電機組將普遍采用高壓發(fā)電機，風(fēng)電機組容量的增長要求變流器的功率密度不斷增加，同時各種風(fēng)場環(huán)境也要求系統(tǒng)有很高的可靠性和方便的維護性，需要采用功率等級更高的半導(dǎo)體器件和模塊。

隨著直驅(qū)風(fēng)電機組的大型、超大型化，需要考慮發(fā)電機和變流器的統(tǒng)一優(yōu)化設(shè)計，進一步提高電傳動系統(tǒng)的功率密度和效率。目前塔架高度普遍為60～80 m，未來大型風(fēng)電機組的塔架高度將有可能繼續(xù)增長，從而增加發(fā)電量收益。塔架在進一步加高的過程中，需要重新進行更為復(fù)雜系統(tǒng)的載荷計算，同時也要考慮其他可行的解決方案。此外，隨著海上風(fēng)電開發(fā)的進行，位于潮間帶及近海風(fēng)電場的機組塔架的防腐性能將會受到更大考驗。需針對未來海上風(fēng)電建設(shè)方向和條件，完善風(fēng)電塔架和基礎(chǔ)防腐技術(shù)方案，延長使用壽命，達到20年以上的設(shè)計要求。

4)關(guān)鍵原材料。風(fēng)電機組生產(chǎn)所需的原材料包括鋼、鋁、銅、混凝土、玻璃纖維、碳纖維、環(huán)氧樹脂、永磁材料等。相關(guān)研究和數(shù)據(jù)顯示，鋼材用量約占機組總重量的90%，可以判斷未來很長一段時期，我國的鋼材產(chǎn)量能夠支撐風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。碳纖維復(fù)合材料代表了未來葉片材料的主要發(fā)展方向，隨著風(fēng)電機組葉片的大型化和輕量化，未來風(fēng)電葉片的生產(chǎn)將更多地使用碳纖維。因此，要根據(jù)各階段風(fēng)電葉片技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，著力加大研發(fā)力度，加快碳纖維的生產(chǎn)供應(yīng)能力。永磁材料需求將隨著直驅(qū)風(fēng)電機組市場規(guī)模的擴大而快速增加。以目前中國已探明的稀土資源儲量和產(chǎn)量增長趨勢來判斷，保證未來風(fēng)電產(chǎn)業(yè)所需的永磁材料供應(yīng)充足，但成本可能會持續(xù)上漲。這3類材料的供應(yīng)應(yīng)得到更多關(guān)注。

3.2風(fēng)電并網(wǎng)和消納方面的技術(shù)

中國風(fēng)電開發(fā)具有“大規(guī)模、高集中、遠距離”的顯著特點。大型風(fēng)電基地所在地區(qū)負荷水平較低、電力系統(tǒng)規(guī)模較小、風(fēng)電就地消納能力十分有限，不能滿足風(fēng)電開發(fā)的要求，一些地區(qū)限制風(fēng)電出力的情況嚴重，電網(wǎng)消納和送出能力與發(fā)電量無法平衡，“棄風(fēng)”情況比較嚴重。風(fēng)電開發(fā)應(yīng)根據(jù)靈活高效接入、調(diào)度、輸送和消納大規(guī)模風(fēng)電的要求，結(jié)合電力系統(tǒng)運行管理和電力體制機制的改革創(chuàng)新，按照能源轉(zhuǎn)型和構(gòu)建風(fēng)電與電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的總體要求，大力開發(fā)應(yīng)用“電網(wǎng)友好型”風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)、風(fēng)電場功率預(yù)測預(yù)報技術(shù)、優(yōu)化調(diào)度技術(shù)、遠距離輸電技術(shù)和大容量儲能技術(shù)。

1)“電網(wǎng)友好型”風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)。2020年前，開發(fā)應(yīng)用“電網(wǎng)友好型”風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)，通過對風(fēng)電機組實施技術(shù)規(guī)范、并網(wǎng)檢測和型式認證等措施，使風(fēng)電機組/風(fēng)電場普遍具備更加良好的電網(wǎng)適應(yīng)能力，包括(基于功率預(yù)測的)有功功率變化率控制、無功功率調(diào)節(jié)、低電壓穿越(LVRT)能力、頻率調(diào)節(jié)和抗干擾能力等，配置合理的二次系統(tǒng)、相關(guān)控制系統(tǒng)，使風(fēng)電場具備可測、可控、可調(diào)的能力，實現(xiàn)風(fēng)電與電網(wǎng)及其他常規(guī)電源的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2)風(fēng)電場功率預(yù)測預(yù)報技術(shù)。隨著風(fēng)電裝機容量的增加，風(fēng)電場功率預(yù)測將成為電力系統(tǒng)不可或缺的組成部分。研究部署風(fēng)電功率預(yù)測預(yù)報技術(shù)，提高超短期和短期風(fēng)電功率預(yù)測的精度，為電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度運行提供更精確的服務(wù)，以促進最大限度地接收風(fēng)電量。2020年前，研發(fā)和應(yīng)用的重點是充分運用各種成熟的統(tǒng)計預(yù)報技術(shù)，重點開發(fā)應(yīng)用研發(fā)陸地風(fēng)電場的超短期預(yù)報(4 h以內(nèi))和短期預(yù)報(48 h以內(nèi))系統(tǒng)。組織電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)、氣象部門、風(fēng)電場共同建立集中式與分散式相結(jié)合的風(fēng)電場功率預(yù)測業(yè)務(wù)體系。2020～2030年，繼續(xù)提高風(fēng)電場功率預(yù)測預(yù)報精度，研發(fā)應(yīng)用月、季、年尺度的中長期風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)，完善海洋風(fēng)電預(yù)測預(yù)報服務(wù)體系，建立滿足各類、各時段需求的風(fēng)電場功率中長期預(yù)報業(yè)務(wù)體系。到2030年以后，風(fēng)電場功率預(yù)測預(yù)報技術(shù)全面普及應(yīng)用，使風(fēng)電場功率預(yù)測預(yù)報成為智能調(diào)度體系的重要支撐。

3)風(fēng)電接入和遠距離輸電技術(shù)。風(fēng)電的大規(guī)模集中開發(fā)和遠距離輸送，特別是海上風(fēng)電場的輸電方式，除采用傳統(tǒng)的交流輸電方式、繼續(xù)完善電網(wǎng)設(shè)施和運行技術(shù)外，逐步更多采用柔性直流、高壓直流、超導(dǎo)和低頻輸電等新型輸電方式。2020年前，加快普及應(yīng)用動態(tài)無功補償、串補/可控串補、可控高抗、自動電壓控制(AVC)等先進技術(shù)，提升風(fēng)電外送能力、提高安全穩(wěn)定水平。對海上風(fēng)電場，近期可采用適合小容量、近距離海上風(fēng)電場的交流傳輸并網(wǎng)方式。隨著逐步建設(shè)額定容量達到幾十萬kW且離岸距離較遠時的大型海上風(fēng)電場，加快開發(fā)應(yīng)用柔性直流輸電技術(shù)。2020年后，有效解決現(xiàn)有特高壓輸電工程的制約因素，發(fā)揮最大效率和經(jīng)濟性優(yōu)勢，使特高壓輸電逐步成為風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)的有力保障。在2030年后，爭取實現(xiàn)超導(dǎo)電力技術(shù)在風(fēng)電接入和輸送領(lǐng)域的應(yīng)用。

4)電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)。電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度控制技術(shù)是電力系統(tǒng)建設(shè)的重要部分，對提高資源優(yōu)化配置能力具有重要作用。風(fēng)電等波動性可再生能源的大規(guī)模開發(fā)對發(fā)展智能調(diào)度技術(shù)提出了更高要求。應(yīng)加強風(fēng)電場風(fēng)電機組的運行統(tǒng)計和分析工作，準確掌握風(fēng)電運行特點，積極開展風(fēng)電調(diào)度技術(shù)和策略研究，不斷提高風(fēng)電調(diào)度精細化水平。結(jié)合智能電網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，未來電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)將向一體化分布協(xié)調(diào)控制、智能分析控制、經(jīng)濟優(yōu)化控制等方向發(fā)展。2020年前，基本建立風(fēng)電機組/風(fēng)電場之間互聯(lián)互通的數(shù)據(jù)收集和調(diào)度控制體系，建立風(fēng)電場集中預(yù)測、控制與調(diào)度中心，實現(xiàn)風(fēng)電優(yōu)先高效調(diào)度的自動化。到 2030年，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)初具規(guī)模，實現(xiàn)一體化分布協(xié)調(diào)控制關(guān)鍵技術(shù)，控制范圍覆蓋和環(huán)節(jié)擴大到完整電力系統(tǒng)，實現(xiàn)風(fēng)電調(diào)度的智能化，顯著提高大規(guī)模波動性電源和整個電力系統(tǒng)的運行控制能力，實現(xiàn)風(fēng)電等新能源發(fā)電的靈活高效接入、輸送與消納。

5)大容量儲能技術(shù)。在電力系統(tǒng)中引入大容量儲能裝置，不僅可以有效減小風(fēng)電對系統(tǒng)的沖擊和影響，提高風(fēng)電出力與預(yù)測的一致性，保障電源電力供應(yīng)的可信度，還可降低電力系統(tǒng)的備用容量需求，提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，同時提高電力系統(tǒng)接納風(fēng)電的能力。應(yīng)重視和發(fā)揮儲能系統(tǒng)的多種功能，科學(xué)選擇、規(guī)劃、使用儲能系統(tǒng)，在負荷側(cè)和電源側(cè)均引入儲能系統(tǒng)。儲能技術(shù)中，抽水蓄能應(yīng)用最廣泛，化學(xué)電池儲能技術(shù)進步最快，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展液流電池和鋰電池技術(shù)。

2020年以前，大規(guī)模儲能主要依靠抽水蓄能；2020年以后，實現(xiàn)電池儲能的規(guī)?；杉夹g(shù)瓶頸的突破和成本下降，開始規(guī)?；瘧?yīng)用，其中液流、鋰離子、鈉硫電池具有規(guī)?；瘧?yīng)用前景。預(yù)計到2020年，以鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池為代表的大容量化學(xué)儲能裝置容量達到數(shù)十MW甚至數(shù)百MW，轉(zhuǎn)換效率達到90%，將在集中式調(diào)峰、調(diào)頻、應(yīng)急，以及分布式負荷管理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。2030年，化學(xué)儲能、壓縮空氣儲能系統(tǒng)在經(jīng)濟性方面和抽水蓄能機組相當，有望與其共同實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

4　結(jié)語

綜上所述，我國風(fēng)電技術(shù)在近10年間取得了顯著的進步，風(fēng)電裝機容量和產(chǎn)能均位居世界首位，成為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)大國。但是，我國還不是風(fēng)電技術(shù)強國，目前我國風(fēng)電機組存在運行效率低、故障率高、可靠性差等問題，致使風(fēng)能的實際利用率、風(fēng)場盈利能力與預(yù)期還有很大差距。究其原因，一方面是因為國內(nèi)在大型風(fēng)電機組研究方面的起步較晚，目前仍處于技術(shù)跟蹤階段；另一方面是國內(nèi)過于重視產(chǎn)業(yè)化，對基礎(chǔ)性研究投入不夠，缺乏穩(wěn)定持續(xù)的研究隊伍，產(chǎn)品的可靠性還不能達到較好的水平。

為了使我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)擺脫對國外技術(shù)引進的長期依賴，促進我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，真正掌握核心的陸上和海上大型風(fēng)電機組設(shè)計與研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)成為我們必須盡快解決的關(guān)鍵任務(wù)，也是我國由風(fēng)電大國走向風(fēng)電強國的必由之路。因此，必須著力提高風(fēng)電技術(shù)的原始創(chuàng)新能力，真正形成風(fēng)電技術(shù)的自主創(chuàng)新體系。

總之，風(fēng)電是一個前景廣闊的事業(yè)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)仍需要不斷發(fā)展升級，我國已成為世界風(fēng)電行業(yè)的重要部分，我們?nèi)孕枥^續(xù)努力，為實現(xiàn)風(fēng)電中國夢而不懈奮斗。

[1] 中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會. 2015年中國風(fēng)電裝機容量統(tǒng)計簡報[EB/OL].http://www.cnenergy.org/xny_183/ fd/201604/t20160405_276532.html, 2016-04-05.

[2] 國家可再生能源中心. 中國可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2015[M]. 北京:中國經(jīng)濟出版社，2015.

[3] 李俊峰. 2012中國風(fēng)電發(fā)展報告[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2012.

[4] 國家發(fā)展和改革委員會能源研究所. 中國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展研究報告2008[R]. 北京, 2008.

2016-04-10

宋筱文(1984—)，男，本科、工程師，主要從事風(fēng)力發(fā)電總體設(shè)計技術(shù)方面的研究。song_xiaowen@163.com