从煤炭到风电:能源格局的变迁

作者:韩传廷 发布时间:2016-06-15 来源:中国开云官网注册网址是什么

————风电技术革新改变能源格局

  当打开电脑、电视、空调的时候,你会选择一个排放二氧化碳、粉尘污染,但是廉价的能源,能减少生活开支;还是一个是绿色环保(加工、制造过程的污染除外),但是价格昂贵能源呢?无论我们选择那种能源,新能源未来替代传统能源已经是不争的事实。从传统的煤炭能源向以风电为代表的新能源过渡还要多远,却是个未知数。

一、煤炭还有多少年

建国以来,煤炭在一次能源消费构成中一直占70%以上。2002年国内煤炭消费13亿吨,占国内一次能源消费量的66%;而2015年国内煤炭消费达37.5亿吨,占国内一次能源消费量的72.1%。


图1燃烧的煤炭

  煤炭是工业社会的产物,因工业社会兴起,却要因资源枯竭逐渐淡出人们的视野。山东省煤炭工业局发布了《关于加快推进全省煤炭工业转方式调结构的指导意见》,该《意见》中透露,山东剩余可采的煤炭储量仅能维持20年。该报告印发与2010年9月13日,现在已经过去了六个年头。产煤大省的山西,很多煤矿也面临资源枯竭的问题,比如临汾:很多煤矿可以开采的时间却不长,有的煤矿3,5年就报废了,有的10年左右。2013年《BP世界能源统计年鉴》发布,该报告显示,2012年中国煤炭产量占全球煤炭总产量的47.5%,煤炭消费量占全球煤炭总消费量的50.2%。如此大的开采强度,与如此小的储采比,形成了鲜明的对比,颇让人忧思。 中国现有的煤炭储量只能开采31年。随着人们生活质量的提高,人均能源的消耗日益增长,这个年限还会更短。
煤炭留给我们的时间已经不多了,而作为煤炭的继任者,风电带来的不是希望,更多的是质疑。


图2煤炭资源

二、风电带来了什么

  当风电行业内人士在奔走呼吁完善建立健全财政补贴机制的时候。煤炭行业将有130万从业人员面临失业,钢铁50万,非国有的建筑、机械、水泥等行业会有更多人面临失业或已经失业。


图3煤矿工人

  国家不是财富的制造者,是社会资源的调配师,保证中国这条大船上的各个行业能够在波涛汹涌的大海上平稳、健康的行驶。在整体经济不景气的情况,绝大部分行业奄奄一息的时候,财政本来就捉襟见肘,还要拿出仅有的资源补贴一个看不到希望的行业。而其他行业却要在生死边缘挣扎。

图4密布的海装风机

  2014年,“威马逊”重创华能集团旗下的海南文昌风电场3台机组损毁,1台被整体吹倒,2台叶片飞掉;粤电集团旗下的湛江徐闻勇士风电场13台风机被整体吹倒,5台出现叶片破裂、机舱被揭开、发电机掉落。从近年来风机受损的情况看,即便是在设计的极限风速以内,仍有部分风机在台风中遭受重大损失。2006年,台风“桑美”正面袭击了浙江苍南风电场,5台风机瞬间倒塌,若干风机叶片折断,对风场打击几近毁灭性。

  而国内绝大部分地区发电风时低于2000小时,2014年有的地区只有1333小时,风电投资回收堪忧。

  三北地区风能资源丰富,弃风弃电的问题严重。国家通过强制手段进行消纳,如遇汹涌洪水采取的是“堵”而非“疏”,最多也就是治标而未治本。一个就连电力消纳都要行政命令,那么培养出来的只能是“中国家长式”的行业。

  风电装备企业

  在国内风电行业“井喷”式的发展,风电装备企业如雨后春笋,竞争非常激烈。每千瓦3500-4000元的造价,风场的前期测量,3-5年风电质保,尤其是一些重要部件的终身维保,如果在设备质量和原材料上不打折扣,还有多大的利润空间和附加值呢?

  面对中国庞大的风电市场,外国风电巨头采取的是纷纷退出市场,难道他们不愿吃这块肥肉,还是块鸡肋,甚至怕担负更大的风险?2020年只是转瞬即过的时间点,当政策的天平不再倾斜于风电行业时,我们今天疯狂上马的风电产业也要随着政策光芒褪去,而逐渐消失吗?那么将有多少风电装备企业会被踢出这个行业,今天风电行业投入的大量社会资源该有谁去买单。

  能源问题不能简单的是一个行业问题,在大量消耗能源的工业社会,能源问题是整个社会都要面对的问题。一个行业初期是需要政策扶持、财政补贴,但是一个行业的良性、健康发展需要的是行业自身技术进步和技术革新。

  风电想获得除“五大四小”豪门之外的社会资源的支持,必须克服两大问题:1.投资收益率,更短的回收周期;2.安全服务寿命,低运维,更长的安全服务年限而非现在20年。


图5风电事故

三、风电技术革新

  笔者在上一篇文章《从煤炭到风电垂直轴风电技术革新能否改写能源版图》或《垂直轴风电技术革新能否改写能源版图》中谈到了克服垂直轴震动、效率两个问题。其中,既能获得阻力型强劲力矩又能比升力型更小的阻力,风能利用率会获得大幅度提高,超过水平轴只是细节问题。这次主要谈论的是三个指标中的:6m/s风速满发。

  6m/s风速满发意味着什么?

  6m/s风速属于低风速区,风功率较低,因为技术原因,不被业内人员认可。目前全国范围内可利用的低风速资源面积约占全国风能资源区的68%,且均接近电网负荷的受端地区。

  首先看一下这幅图,东部某低风速地区一年中逐时风速统计图。6-7m/s的风时是10m/s的5.17倍;4-5m/s的风时是8-9m/s的6.03倍;


图6.低风区全年风速统计图

  (科普一下:发电小时数:统计周期内风机发电量折算到满负荷状态下的发电时间,即总发电量除以风机的额定装机容量。)

  这里我们做个大胆假设,自然风速是6m/s时,就相当于在风机上10m/s的发电输出能力,而发电风时能提高5.17倍;


图7.6m/s发电能力对比

  自然风速4-5m/s时,就相当于在风机上8-9m/s的发电输出能力,发电风时提高6倍;


图8.4-5m/s发电能力对比

  那么整体发电风时就会大幅度的提高,度电成本显著降低。度电成本一旦和火电成本平齐或者比火电还要低的时候,那么三北地区的弃风问题也就迎刃而解了,为何还要政策强制执行消纳呢?

当然,6m/s风速满发,水平轴风电需要增加叶片实度和叶片长度,却要牺牲安全余量,不利于风机的安全运行。当前水平轴技术很难做到,这需要一项崭新的原创技术。因为共有八个内容,两个经营运行,三个基本结构,今天只谈这些。

 四、风电的社会问题


图9.密布的大风车

  丹麦在2025年全面停火电,2020年的目标是50%的电力来自风电。我们一边是羡慕,一边是效仿。可是丹麦只有500多万人口,仅相当于中国的一个地级市人口。假如一个风电叶片断裂落地的话,在丹麦砸中一个人,我们则要付出几百人的代价;同样,一个新能源百分比的提高,我们需要付出百倍甚至千倍的努力。今天密布的风机,风光无限的大风车,十数年后,数百吨重的东西在上百米的高空面临整体维修、老化、退役的时候,不仅带来的安全问题,更严重的是社会问题。

  最后,希望政策的制定者,不能光考虑“量”的提高,还要技术上“质”的飞跃;对于煤企的掌门人,抓住这次能源的转型机会;而对于风电装备企业,重新审视现有的风电技术,加入我们从煤炭到风电的计划中。

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