中国新能源技术调研报告

中国新能源技术调研报告

1、光伏产业

1.1 国内外技术与产业现状

1.1.1 光伏产业发展现状

基于化石能源的有限性和不可再生的特点，寻找替代能源，成为维系全球经济可持续发展的一个重要环节。光伏发电直接利用太阳能转换成电能，是目前为止具有较高商业开发价值的绿色可再生能源，甚至在本世纪末有望成为主力能源之一。随着光伏电池制造技术的不断完善，生产成本不断降低，此外，化石能源价格持续走高，在内因和外因的共同推动下，光伏发电产业已经步入了快速发展阶段。来自IMS Research的报告显示，2010年新增光伏发电装机容量增长了130%，达到17.5GW。

光伏发电产业的发展前景也越来越被国际社会看好。国际能源署（IEA）在2010年5月发表的太阳能光伏路线图中表示，光伏发电是能商用的可靠技术，在世界几乎所有地区都具有长期增长的巨大潜力。该路线图中预测：从2010年开始，光伏发电占全球总电力的比例将不断上升。2020年达到1.3%，2030年升至4.6%。

图1 太阳能光伏路线图

数据来源: IEA Solar PV Roadmap, SEMI

光伏发电主要应用方式有三种，地面光伏电站、屋顶光伏系统和光伏建筑一体化。地面光伏电站是将光伏列阵固定在与地面相连的支架上的光伏发电系统，屋顶光伏系统是将光伏列阵固定在建筑物屋顶的光伏发电系统，光伏建筑一体化（BIPV）即Building Integrated PV 是光伏建筑一体化。BIPV技术是将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术。

1.1.2 国内外光伏技术发展历程

主要光伏发电技术

1.2 技术瓶颈

并网系统（大型）：

独立式：蓄电池储能系统

跟踪式：跟踪计算软件+跟踪式支架使用寿命

1.3 发展方向与远达公司的切入点

光伏产业的发展：

光伏发电的应用前景

我国的光伏制造业在技术上和成本上都具备了领先优势，随着光伏产品制造成本的不断降低和光电转换效率等技术指标的不断提升，光伏发电产业必然会在不远的将来具备与传统能源电力竞争的优势。结合我国的地域和经济特性，可以从以下几个方面推动光伏发电在各个领域的规模化应用。

1.在城市比较集中的东、中部地区，应优先发展与建筑物相结合的屋顶光伏系统和光电建筑一体化。我国东部和中部地区，人口密集，城镇化程度较高，土地资源相对紧张，屋顶光伏系统和光电建筑一体化能使能源供应系统与建筑物完美结合，不占用土地资源。另外，东部和中部地区电价较高，发展屋顶光伏系统和光电建筑一体化经济条件也更为优越。

2.在西部太阳能资源丰富的地区推动大型并网光伏电站的建设。我国西部地区太阳能资源丰富，地广人稀，在荒漠等不适宜种植农作物的区域发展大型并网光伏电站，能充分利用土地资源，所发电力还能在促进当地经济发展中发挥巨大作用。

3.在电网覆盖不到的边远地区，加强离网光伏电站的建设。建设离网光伏电站不仅能节省架设电网线路的高额费用，而且能解决无电地区的用电问题，因此也是当前我国政府主推的光伏发电应用方式之一。

4.在已建成风电场的周边地区，有光照资源保障的，大力发展风光互补型项目。随着我国风电的快速发展，风电装机规模实现了跳跃式的发展，但局限于目前的技术条件和风电的特性，“弃风”的现象比较严重。光伏发电和风力发电能很好的结合，形成时间上的互补，保证上网电力的稳定性。在有条件的风电场周边建设光伏电站，在解决风电上网的问题的同时也推动了光伏发电产业的发展。

5.试点推行直流光伏住宅等光伏与节能相结合的项目。光伏发电产生的直流电需要通过逆变器转变成交流电才能使用，然而，在直流变交流的过程中会产生能量损失，直接使用光伏发电产生的直流电不仅是提高光伏发电使用效率的有效途径，同时也降低了发电系统的成本。通过前期论证，冰箱、彩电和空调等家用电器直接使用低压直流电在成本和技术上均可行，发展直流光伏住宅项目也是今后光伏发电应用的一个重要方向。

2、风电产业

2.1 国内外技术与产业现状

2.1.1 国内外风电技术概述

2.1.2 中国风电产业的现状

2010 年，中国（不包括台湾地区）新增风电机组12904台，装机容量18927.99兆瓦，年同比增长37.1%，近五年年均复合增长71.2%；截至2010年年底，累计安装风电机组34485台，装机容量44733.29兆瓦，年同比增长73.3%，近五年年均复合增长77.5%。

但在风电发展的热潮中，风电能力严重闲置问题出现了，影响着风电产业可持续发展。美国2008年风能（2517万千瓦）在总体发电能力中占到2.3%，风能发电已占美国电力供应的近2%；风能发电在我国总体发电能力中占到1.5%，但是它所发的电却仅占我国发电总量的0.3%。在我国44000多兆瓦的装机容量当中仅有31000多兆瓦实现了正常发电，约1/3处于不发电或者是发电不能上网的闲置状态。

原因大致有三个方面：一是由于电网建设速度严重滞后于风电发展，风电项目难于接入电网系统。二是电网调度调节能力差，无法全部接受不稳定的风力发电量，影响了风电场的效益。三是风电企业、气象部门与电网部门的协调统筹能力以及气象预报的准确度低。风电本身具有不稳定性，不易准确预计，风况不稳定，产生的电能就不稳定，在欧洲，12至24小时的风能产能预报的准确度达到90％以上，未来3天预报的准确度可达80％。这种不稳定需要大容量电网来调节，我们的电网没有发达国家这种调节能力。风电的电能质量也较差，其功率因数和谐波往往得不到有效控制。风电正成为电网管理部门头痛的“垃圾电”。

2.2 技术瓶颈

风电单机容量小

（三）风电机设计与风场环境的矛盾

风能具有很强的地域特点，比如风场资源会受到风速范围、风速频次、风向变化、风功率密度、气温（包括极端温度）、湿度、沙尘暴、雷电、海水腐蚀、台风等环境因素的影响。我们的风电机设计应该根据风电场风资源的特点进行设计，这样才能充分利用我国的风能资源。但是目前我国的风电机设计并没有这样做。

目前我国引进的都是欧洲海洋性气候发展起来的高风速风电机技术，自身就存在发电效率低、并网稳定性差、故障率高、成本高等问题，而我国的气候情况与北欧等地差别很大，在我国陆地使用问题更加突出。风机的适应性以及随之而来的高效运行、风机寿命等都成了问题，洋风机水土不服的现象比比皆是。而且我国沿海还有台风的威胁，海上风电技术一直都是国外研发的重点，但在抗台风技术上始终没有重大突破，叶片技术和控制技术也没有重大改进，国外在开发海上风能的过程中也遭受了巨大的损失。据报道我国某企业已开发出抗台风风电机，风电机的叶片在台风状态下将完全处于自由状态，叶片就失去风载的作用。在风向的快速变化情况下，巨大叶片能否实现自由卸载？这仍然是一个很大的问题，应该得到2~3年的运行验证。我国沿海2003年13号台风“杜鹃”，2006年1号台风“珍珠”和8号台风“桑美”分别造成了广东汕尾红海湾风电场，南澳风电场和浙江苍南鹤顶山风电场的风机严重损毁。以往风电场的规模都较小，受到台风的损失也较小，如果现在我国沿海大规模的风

电场建设，还没有安全可靠的抗台风风电机的应用，再遭到台风的破坏，损失将是巨大的。

（四）风电技术和大规模并网要求的矛盾

我国多风地区都较偏远，与电力消费中心倒置，国情又要求我国必须大力发展风电产业，所以“建设大基地，融入大电网”的方针政策出台，风电大基地建设应运而生，但我们将面临大规模风电机并网这个世界难题。

欧洲国家电网都是联网的，电网中有风电、水电、火电、核电还有气电，智能电网可以相互协调、相互补充、相互平衡，是非常强大的智能电网。但由于风电机的并网稳定性没有保证，所以仍采用分散入网的方式，风电场规模都较小，比如在德国，绝大多数风电场装机容量小于5万千瓦。当风速和风向变化很大时，风电机不稳定，不能满足并网条件，此时风电机可以随时脱网；风电机稳定后，又可以随时入网，不会对电网造成太大的冲击。国家973计划风能项目首席科学家顾卫东有详细论述：“大规模风电机并网是一个世界性难题，是由风能的自身特性决定的，风能的特性导致风电的波动性、间歇性和不规则性，使风电对电网的所占比例不能大于10%。所占比例在3%左右对电网没有影响，所占比例5%左右通过适当的技术措施可减少影响，10%以上时将给电网运行带来隐患。对于10%的并网风电比例疑议较多，并以丹麦所发风电相当于该国用电总量的25%来说明这个问题。实际上丹麦是个小国，它的风电被其他国家电网分摊了。特别是隔壁的挪威，水电十分丰富，占本国发电量的75%，对丹麦的风电发挥了很好的调峰作用。根据北欧可再生能源研究中心数据，丹麦最大的海上风电场为16万千瓦，分三路送电上岸，其中两路是送往挪威。所以到目前为止，就整个丹麦的电网来说，风电比例也没达到10%。”

所以，欧洲国家虽然风电占比很大，仍然都是采用分散入网方式，并制订风电并网导则严格规定了接入点的风机数量和容量，并规定接入和退出的标准，丹麦国家电网公司每天会从三个不同的气象预报公司接收四次天气预报，然后利用先进的软件系统预测何时天气预报所述的风力变化会影响到风机，以及分析这些变化对整个电力系统带来的影响，进行快速的人工干预。但是，实际风速和预测风速完全吻合的情况很少。这种被动的、不准确的控制方式对我国肯定是不适用的，我国大型的风电场瞬间产生的冲击电流就足以让电网瘫痪，不可能有时间进行人工干预。所以大规模并网国外也没有成功经验可以借鉴，也没有现成技术可买，我们也不可能建成比欧洲还强大的智能电网，就是建成了也不能解决并网问题。大规模风电机并网这完全是中国特色，中国创举，我们既然这样做了，我们必须有应对措施，我们的目标就是要做好、做大、做强，我们必须要有全新的理念，创新的精神，团结协作，共同努力，走出一条中国特色的风电发展之路。

（六）叶片性能与风电机性能要求的矛盾

叶片的性能是风电机的“灵魂”，从风电机的基本功能来讲，叶片性能主要就是两个方面，第一就是在额定风速内获得风能；第二就是超过额定风速实现卸载。但是，现有叶片这两项性能都不合格。

首先从叶片获取风能的性能进行分析，现在的风轮叶片是根据空气动力学原理，参照直升飞机的浆叶形状设计的，不是风直接吹动叶片，而是靠风吹过叶片正反面空气流动的速度不同，产生一定的压力差形成推力。这种结构在微风状态下，空气动力性能肯定是很弱的，就象飞机速度低没有升力一样。获取风能效率低与叶片结构也有很大关系，现有叶片非常巨大，重量达几十吨，为了保证叶片强度，叶片根部有1/3长度基本是筒形结构，空气动力性能较差；有1/3长度属于叶片尖部，为了叶片的稳定，为了叶片的预变形，叶面较窄，较轻薄，空气动力性能也较弱，所以这种空气动力性能又差、又苯重的叶片是不适于陆地风速的。欧洲这种针对海上研发的大型风电机适应风速是五六七级以上的大风，而在陆地常见的是二三四级风，差别是很大的。所以造成“装机容量大而发电量低”的现象。

我们再来分析叶片的卸载功能，叶片的高风速卸载功能是保证风电机安全稳定的重要保

证。但现有刚性叶片随着风速的增大，叶片的空气动力性能会越来越强，风载荷会越来越大。我们通过简单的量化计算就可知道它的危害程度，我们以1.5MW风电机为例进行说明，设计风速为13m/s，产生的能量为1.5MW，可转换为152958kgf·m/s，其能量核算在叶片上的风载可达152吨。若12级台风的平均风速为34m/s，而风的能量与风速的关系是三次方的关系，那么在台风状态下叶片产生的风载将达千吨以上，这个数值是相当惊人的。我们知道风电机的控制系统有卸载功能，但任何控制系统都存在滞后性，不可能对叶片及时完全卸载，这样大的风载形成的冲击力是任何机械装置都无法承受的，我们设计制造的变速装置很大，强度也非常高，但仍不能避免这种冲击力对变速装置的损坏。为了避免变速装置的损坏，风电机又向直驱方向发展，直驱方式省掉了变速装置，但造成发电机转子转速降低，我们知道发电机的发电量是由线圈切割磁力线的速度决定的，发电机转子转速的降低也就意味着发电效率的降低，人们又一次以牺牲发电效率为代价来解决叶片设计不合理所造成的后果。这种治标不治本的方式肯定是达不到效果的，这样做只是改变了故障发生的部位，并不能避免强风载带来的破坏。强风载也是造成沿海风电机不稳定、安全性无法保障的最根本原因。也是造成沿海风电机被台风损毁的主要原因。叶片强风载还会造成风电机强烈振动，这对风电机的破坏也是很强的，往往造成疲劳损坏和高故障率。

（八）风能间歇性和不稳定性与风电稳定输出的矛盾

风能具有间歇性和不可调控性，必须有相应的储能或调峰容量与其相匹配才能发挥作用，三北地区只能采用煤电和抽水蓄能两种方式。

煤电调峰的比例是1：2，即一个单位的风电装机容量需要2个单位的煤电装机容量来调峰。按照国家规划，到2015年，我国风电装机容量要达到9000万千瓦，如果全部采用火电调峰，则需要用1.8亿千瓦的火电装机容量来调节风电，我们在发展绿色风电的同时，却要大量发展高碳的火电，这样的结果不是我们想要的。如此巨大的火电容量只起到调节作用，这样的代价也是不合理的，巨大的投资也是很难实现的。

抽水蓄能电站可以把富裕的风能转换为水能储存起来，当风电不足时蓄水电站发电弥补风电的不足，同时可以解决风电的间歇性问题。但是在三北地区建抽水蓄能电站并不是很容易，三北地区水资源非常宝贵。另一方面我国三北地区每个风电基地的装机容量都与三峡水电站相差不多，抽水蓄能电站规模太小起不到补充电能的作用，建设的规模太大又不可能，所以建抽水蓄能电站也只能作为权宜之计。

我国在“三北”（西北、东北、华北）地区在建的有6个千万千瓦风电基地，但这些地方又是电网最弱的地区，风电场的建设还处于初级阶段，建成项目已处于有电送不出的尴尬局面，有1/3的风电机处于无法并网的闲置状态，造成投资的损失，也造成风电的大量损失。这个问题主要是风能的不稳定性造成的，我们通过简单的量化计算来说明这个问题，一个千万千瓦级风电场会有5000台左右的风电机组，我们根据浪涌原理来计算风电场产生冲击电流的大小，浪涌原理就是一排浪产生的能量，不会因为波谷的存在而抵消，会一直向前传输，我们设定风电场中风电机的排列是均匀的，设定在阵风的作用下，有100台风电机受到风速变化的影响，我们选取2.5MW风电机数据进行计算，风电机的牌子是德国Nordex 公司N80，我们取较低数据，当风速5m/s，功率是120kw，当风速6m/s，功率是248kw。当风速变化为1m/s时，功率的变化是128kw，如果按100台风电机计算，功率变化值就达12800kw，这一万千瓦的冲击能量会在电路中持续一段时间，时间的长短就是这阵风移出风电场的时间，在这段时间内还有第二阵风，第三阵风……第n阵风形成冲击电流，电路中总的冲击电流就是n个冲击电流之和。几万千瓦的冲击能量不知道要多强大的智能电网才能承受？而且这个计算值已经很小了，我们是按低风速，小的变化量进行计算的，实际的风速变化要大很多，而且风向的变化对风电机功率的影响比风速还要大。所以，实际使用中的冲击能量要比这个值大很多，将是非常惊人的，我们必须认真对待。因此解决并网问题，

并不是建成一个智能电网那么简单，而是一项系统工程。

所以，现有风电技术并不完善，欧美风电技术也不适合大规模并网使用，我们要建成“陆地三峡”必须根据我国国情采用新的风电技术和新的措施。要解决风电的稳定输出，首先要大幅提高风电机的微风发电能力，减轻调峰压力；其次风电机增加惯性储能装置，提高输出功率的稳定性，并配置智能火电厂对强大峰值电流进行缓冲和吸收。

2.3 发展方向与远达公司的切入点

光伏行业内顶级的企业

1、企业分类与排名

2、领先企业的技术优势

3、远达与其合作点是什么

风电行业内顶级的企业

1、企业分类与排名

2、领先企业的技术优势

3、远达与其合作点是什么