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作者簡(jiǎn)介
李建林博士，
中國(guó)科學(xué)院電工研究所副研究員，
碩士生導(dǎo)師，
中國(guó)可再生能源風(fēng)能協(xié)會(huì)委員，
全國(guó)風(fēng)力機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員，
中國(guó)電氣大典可再生能源發(fā)電工程編委，
電工技術(shù)學(xué)會(huì)、
動(dòng)力工程學(xué)會(huì)新能源專委會(huì)委員，
ieee會(huì)員。

進(jìn)入21世紀(jì)，能源安全和環(huán)境保護(hù)已成為全球化的問(wèn)題。世界許多國(guó)家把發(fā)展可再生能源作為緩解能源供應(yīng)矛盾、應(yīng)對(duì)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(biāo)和相應(yīng)的激勵(lì)政策。發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為許多國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。

1 各國(guó)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(duì)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(huì)議，明確了到2020年，可再生能源將占整個(gè)歐盟25國(guó)能源消耗量的20%，生物液體燃料的比例，至少要達(dá)到10%。其中一些成員國(guó)，例如瑞典和奧地利等，提出了更高的發(fā)展目標(biāo)。
美國(guó)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(diǎn)和建立起廣闊的市場(chǎng)。在這一發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，美國(guó)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(shí)也獲得了巨大的市場(chǎng)份額。2005年美國(guó)提出了宏大的發(fā)展目標(biāo)，奠定了未來(lái)美國(guó)可再生能源發(fā)展的基調(diào)，即未來(lái)利用風(fēng)電提供全美國(guó)20%的電力供應(yīng)，2012年生物液體燃料比2005年增長(zhǎng)一倍，2030年生物液體燃料將占美國(guó)車用燃料30%以上。
從全球來(lái)看，開發(fā)利用可再生能源已成為國(guó)際上大多數(shù)國(guó)家的戰(zhàn)略選擇。目前已經(jīng)有50多個(gè)國(guó)家制定了法律、法規(guī)或行動(dòng)計(jì)劃，通過(guò)立法的強(qiáng)制性手段保障戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，發(fā)展本國(guó)大的可再生能源的，并在世界競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)中爭(zhēng)占一席之地。圖1為我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量示意圖。

圖1 1990年-2008年我國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)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(jìn)步
綜合世界風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展實(shí)踐和前沿技術(shù)開發(fā)進(jìn)展，目前全球風(fēng)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：
（1）主要發(fā)展水平軸風(fēng)力機(jī)技術(shù)。這種機(jī)組風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率高，轉(zhuǎn)軸較短，對(duì)大型風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)經(jīng)濟(jì)性更好。但其缺點(diǎn)是需要根據(jù)風(fēng)向不斷調(diào)節(jié)機(jī)艙的方向，要有對(duì)風(fēng)裝置。同時(shí)由于變速裝置及發(fā)電機(jī)布置在塔架頂端，增加了塔架的投資和安裝維護(hù)的難度。但這些缺點(diǎn)都不足以阻礙水平軸風(fēng)力機(jī)的快速發(fā)展。
（2）從風(fēng)輪到發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式目前主要發(fā)展三種方式，單級(jí)、多級(jí)、無(wú)齒輪箱。通過(guò)多級(jí)齒輪箱變速驅(qū)動(dòng)雙饋發(fā)電機(jī)的雙饋式風(fēng)電機(jī)組是目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品；無(wú)齒輪箱的直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組在市場(chǎng)上正在占有越來(lái)越大的份額。單級(jí)變速裝置驅(qū)動(dòng)多極發(fā)電機(jī)的半直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組，由于其設(shè)計(jì)介于雙饋式和直驅(qū)式之間，旨在融合兩者的優(yōu)點(diǎn)而避免其缺點(diǎn)，因而有很大的發(fā)展前景。
（3）風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量繼續(xù)穩(wěn)步上升。通過(guò)多級(jí)齒輪箱驅(qū)動(dòng)雙饋異步發(fā)電機(jī)的變速變槳距商業(yè)化的風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量已達(dá)到3mw、5mw的風(fēng)電機(jī)組也已經(jīng)安裝在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)運(yùn)行。采用無(wú)齒輪箱的直驅(qū)式變速變槳距風(fēng)電機(jī)組已可批量生產(chǎn)1.8mw的風(fēng)電機(jī)組，4.5mw的機(jī)組也已投產(chǎn)。對(duì)相同輸出功率的風(fēng)電機(jī)組，開發(fā)具有更大的風(fēng)輪直徑、更高塔架的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)用在低風(fēng)速地區(qū)也是一種發(fā)展趨勢(shì)。
（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(guò)風(fēng)力機(jī)葉片在高風(fēng)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(diǎn)是葉片與輪轂之間沒有運(yùn)動(dòng)部件，不需要復(fù)雜的液壓系統(tǒng)和控制程序，在失速過(guò)程中功率波動(dòng)??；缺點(diǎn)是需要葉尖剎車裝置，機(jī)組動(dòng)態(tài)載荷較大。
變槳距功率調(diào)節(jié)是根據(jù)功率信號(hào)控制風(fēng)力機(jī)葉片的槳矩角，從而改變氣流攻角來(lái)限制輸出功率。變槳距調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組起動(dòng)性能好，輸出功率穩(wěn)定，機(jī)組結(jié)構(gòu)受力小。缺點(diǎn)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(duì)復(fù)雜。目前mw級(jí)以上大功率風(fēng)電機(jī)組普遍采用變槳距調(diào)節(jié)方式。
（5）變速運(yùn)行機(jī)組迅速取代恒速運(yùn)行機(jī)組。變速運(yùn)行方式通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能使風(fēng)力機(jī)的葉尖速比接近最佳值，從而最大限度地利用風(fēng)能，提高風(fēng)力機(jī)運(yùn)行效率的同時(shí)也提高了風(fēng)力機(jī)的發(fā)電量。更重要的是，與恒速機(jī)組相比，變速機(jī)組在運(yùn)行時(shí)增加了“網(wǎng)間友善”，因此目前mw級(jí)以上大功率風(fēng)電機(jī)組多采用變速運(yùn)行方式。
（6）發(fā)展海上風(fēng)電技術(shù)。隨著風(fēng)力發(fā)電的迅速發(fā)展，地面風(fēng)力發(fā)電需要占用土地，影響自然景觀，對(duì)周圍居民生活帶來(lái)不便等負(fù)面影響也逐漸顯露出來(lái)。為此，將風(fēng)電機(jī)組從陸地移向近海在歐洲已經(jīng)成為一種新的趨勢(shì)。在海上的大型風(fēng)電機(jī)組由于對(duì)噪音的要求較低，采用較高的葉尖速度可降低機(jī)艙的重量和成本。國(guó)外除對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組根據(jù)海上特點(diǎn)進(jìn)行特別設(shè)計(jì)和制造外，對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)也做了很多工作，包括對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)資源測(cè)試評(píng)估、風(fēng)電場(chǎng)選址、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工、風(fēng)電機(jī)組安裝等做了深入研究，開發(fā)出專門的海上風(fēng)資源測(cè)試設(shè)備及安裝海上風(fēng)電機(jī)組的海上安裝平臺(tái)和專門用于風(fēng)電運(yùn)輸?shù)暮Ｉ习惭b運(yùn)輸船。權(quán)威機(jī)構(gòu)給出了圖2所示得風(fēng)電發(fā)展路線圖。

圖2 各個(gè)階段風(fēng)電的發(fā)展預(yù)測(cè)

值得我們關(guān)注的是，近年來(lái)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(jì)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(shì)。近10年來(lái)，風(fēng)電年裝機(jī)容量增長(zhǎng)率約30%。2005年年裝機(jī)11310mw，累計(jì)裝機(jī)58980mw。預(yù)計(jì)2010年全歐洲風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到4000萬(wàn)千瓦，2030年可達(dá)到1億千瓦。2005年世界太陽(yáng)電池光伏電池組件的生產(chǎn)量達(dá)到1818mw，比2004年的1200mw又有大幅度提高，總裝機(jī)容量超過(guò)6000mw。比較普遍的預(yù)測(cè)認(rèn)為，到2050年左右，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將達(dá)到世界總發(fā)電量的10－20％。國(guó)際能源署（iea）預(yù)測(cè)，2003年到2010年的七年間全球新增太陽(yáng)能熱發(fā)電站的總裝機(jī)容量可達(dá)2250mw。iea和世界能源理事會(huì)（wec）預(yù)測(cè)，到2020年，世界太陽(yáng)能熱發(fā)電將達(dá)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(jià)格的攀升以及環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)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(guó)家占33％，將成為未來(lái)可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的主要能源。相對(duì)于煤、石油、天然氣等化石類燃料，生物質(zhì)最大的特點(diǎn)是資源分散，能量密度較低，收集和運(yùn)輸困難。因地制宜地利用當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)能資源，建立分散、獨(dú)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(chǎng)前景。
生物液體燃料技術(shù)近年來(lái)發(fā)展很快，尤其是隨著石油價(jià)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)?；l(fā)展的趨勢(shì)。
近年來(lái)，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(guó)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(shí)踐，估計(jì)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(shì)比較來(lái)看，其技術(shù)進(jìn)步和裝備制造水平的提高，為未來(lái)大規(guī)模發(fā)展提供了重要的支撐。
我國(guó)可再生能源的發(fā)展已經(jīng)取得了良好的進(jìn)步，有了一定的基礎(chǔ)，但存在的問(wèn)題也十分明顯，主要是資源評(píng)估不足、技術(shù)研發(fā)滯后、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、市場(chǎng)保障乏力、政策制度措施不完善等。同時(shí)，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(wèn)題之外，也面臨一些特殊的問(wèn)題。這些問(wèn)題一些是可再生能源所獨(dú)有的，更多的則是我國(guó)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(wèn)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(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展普遍存在的問(wèn)題。因此，可再生能源的發(fā)展也要依賴我國(guó)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。