风力发电厂

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世界首台7.5兆瓦风力发电机风电场
中国新疆的风力发电站。
世界首台7.5兆瓦风力发电机风建成的国家,埃斯蒂诺,比利时。相片摄于2010年10月10日[何意?]
甘肃省瓜州县400多座风力发电机,2百多万瓦风力发电站[1]的风力发电机

风力发电厂Wind Farm),简称风电厂,是利用来产生电力发电厂,属于可再生能源发电厂的一种。目前,由于联合国的关系,世界各国相继将发展再生能源列为重要目标,而在此情形下,风力发电厂也就成为各国首选的能源发展重点。

风力发电厂装置容量上,现阶段世界上装置容量超过大型风力发电厂 主要位于中国、美国、印度等国家,目前对大多数国家而言,风力发电厂的装置容量对整体供电影响不大。近几年随著风场风力观测技术进步而使风力发电量预估准确性提高,使得部份国家或地区的风力发电使用率快速增加。在2017年,风力发电于欧盟地区已占总发电量的11.7%,并首次超过水力发电量成为欧盟最大的再生能源电力来源[2],而其中在丹麦的风力发电已占丹麦用电量43.4%。

附加价值方面,风力发电厂除了可供给电力外,亦提供了寓教于乐、观光休憩环境美化等各项功能。

风力发电机[编辑]

风力发电机的结构

风力发电机可简称风机,是构成风力发电厂的必要条件之一,主要由塔架叶片发电机等三大部分所构成。运转的风速必须大于每秒2至4公尺(依发电机不同而有所差异)不等,但是风速太强(约每秒25公尺)也不行,当风速达每秒10至16公尺时,即达满载发电,根据风机类别的不同,IEC标准对最大耐风速有不同规定,其中I类风机约为每秒70公尺,所以好的风场不但要一年四季吹风的日子多,风速的大小和稳定也很关键。

由于每座风力发电机皆可独立运转,故每座风力发电机均可视为单独的风力发电厂,是属于一种分散式发电系统

风力发电机的发展历史[编辑]

早在19世纪末,丹麦气象学家保罗·拉·库尔(Poul La Cour)就已经制造出第一部风力发电机,但当时由于经济效益过低,风力发电机并没有受到重视,直到最近几年,能源危机环保意识抬头带动了风力发电机的发展,1980年代有55瓩的风机,到了1985年则开发出110瓩,到了1990年代,发展到了250瓩,1990年代中期有600瓩,2000年后则有2000瓩以上等级的风机出现。目前,全球安装的风力发电机组超过了60000部以上,机组容量大多为600至3000瓩不等,目前主流机组为2000瓩,最大机组为5000瓩。

风力发电机的结构与规格[编辑]

一般常见的风力发电机主要结构可分为叶片(Blade)、主发电机(Primary generator)、塔架(Tower),除此之外,还具备自动迎风转向、叶片旋角控制及监控保护等功能。

2003年风力发电机制造商与市占图

风力发电机制造商[编辑]

风力发电机制造商2010市占[编辑]

  • 陆上风力发电机制造商全球市占(Based on Onshore Installations (World), 2010)
    • 15%~20% : Vestas(丹麦)、GE Energy
    • 10%~12%: Gamesa(西班牙)、Enercon(德国
    • 8%~10%: Suzlon(印度
    • 5%~7%: Siemens(德国)、Sinovel Wind Group Co., Ltd、Acciona S.A
    • 3%~5%: 金风科技(中国)、Nordex(德国)
  • 离岸风力发电机制造商全球市占(Based on Offshore Installations (World), 2010)
    • 50%~55% : Vestas(丹麦)
    • 30%~35%: Siemens(德国)
    • 5%~10%: Sinovel Wind Group Co., Ltd(中国)

资料来源:《Global Wind Power Markets》Frost & Sullivan analysis(2011年4月)

建置风力发电厂[编辑]

建置风力发电厂除了需要丰沛的风能与足够的资金外,还需要注意建置地点、土地的取得、维修的便利度、风力发电机的高度(对飞航安全可能造成威胁)、与供电区域的距离与法令等相关问题的产生。风力发电厂并不会产生废热,亦没有温室气体的问题,只需稳定风力即可顺利发电。

一般来说,平均风速较小(小于3m/s)的地区,因缺乏经济效益,较不适合设置风力发电厂。

建置地点[编辑]

由于风遇障碍物时会消耗其能量,所以风力发电厂最好设置在开阔区域以增加能量转换效率,此外,风向的稳定性亦十分重要,除可增加风能的取得外,更能延长风机的寿命。目前,风力发电厂的建置地点大致可以归为以下两类

  • 陆地:举凡陆地上所有地形,几乎都可以建置风力发电厂,不过碍于法令与飞安的限制,部分地区虽风能强劲,但是不能发展(例如机场附近、或者生态保护区、候鸟或濒危鸟类经过区)
  • 海上:建置海上风力发电厂(又称离岸式风力发电厂)是未来的发展趋势。由于世界各国相继大力发展风力发电,已致陆地上可建置风电地点快速减少,所以目前大型风电厂的发展大多是以海上为主。如英国的1,000 megawatt(MW)发电容量的“伦敦阵列”(London Array)风力发电厂。除此之外,丹麦瑞典德国亦有海上风电厂。但是一样可能会面临法令的限制。

成本与减碳[编辑]

在特定地点(如美国中西部),风力发电的成本已经低于燃煤发电。

  • 建置成本
  • 发电成本
    • 燃料成本:风能的源头为太阳光照射地球生成之自然能量,故没有燃料成本。
    • 维修成本
  • 备援电力成本:风能大多不稳定,需要有备援成本,水力及抽蓄发电与风力的配合度最高,许多情况下风能跟太阳能多可互补。
各种发电方法所产生的每单位电最所产生整体二氧化碳排放量[4]
发电方法 简述 每单位电量所产生的二氧化碳
(g CO2/kWhe))(百一分段价)
水力发电 假设利用水塘,不含水坝建设 4
风力发电厂 位于低成本陆地的情境,不含海上型 12
核电 以普遍的第二代核反应堆计算
不含更新型科技
16
生质燃料 18
聚光太阳能热发电 22
地热发电 45
太阳能电池 多晶硅太阳能电池
生产过程的碳排放
46
燃气发电 假设加装燃气涡轮
联合废热回收蒸汽发生器
469
燃煤发电 1001

产生与需克服的问题[编辑]

世界各国离岸风力发电装置容量(Installed Capacity)[编辑]

2010年世界各国离岸风力发电装置容量(Installed Capacity)

  • 英国1,535MW(44.5% Market Share)
  • 丹麦900MW(26.1% Market Share)
  • 荷兰356MW(10.3% Market Share)
  • 比利时194MW(5.6% Market Share)
  • 瑞典193MW(5.6% Market Share)
  • 中国106MW(3.1% Market Share)
  • 其他(含德、日、芬兰、爱尔兰、挪威等)166MW(4.8% Market Share)
    • 数据为四舍五入后数据;基年为2010年

资料来源:<<Global Wind Power Markets >> Frost & Sullivan analysis(2011年4月)

世界各国风力发电厂概况[编辑]

目前世界上有超过70个国家拥有风力发电厂,大多位于欧洲北美洲亚洲等地;而风力发电较发达(技术、设备等)的国家包括:丹麦西班牙德国美国等。若依据装置容量来分,2015年前五名的国家依序分别为中国、美国、德国、印度、西班牙。

  • 1985年全球总装机容量为102.0万瓩(1020MW),装置容量超过1GW
  • 1991年全球总装机容量为217.0万瓩,装置量超过2GW,世界第一座商转的离岸风电厂(Vindeby Offshore Wind Farm)在丹麦启用
  • 1995年全球总装机容量为482.1万瓩,年度新增装置容量超过1GW
  • 1998年全球总装机容量为1015.3万瓩,装置容量超过10GW
  • 2002年全球总装机容量为3122.8万瓩,年发电量超过500亿度(53TWh)
  • 2005年全球总装机容量为5917.1万瓩,年度新增装置容量超过10GW,年发电量超过1000亿度
  • 2008年全球总装机容量为12178.6万瓩,装置容量超过100GW,风电年发电量占全球总发电量超过1%
  • 2012年全球总装机容量为28469.8万瓩,年发电量超过5000亿度,风电年发电量占全球总发电量超过2%
  • 2014年全球总装机容量为37189.3万瓩,年度新增装置容量超过50GW,风电年发电量占全球总发电量3%
  • 2015年全球总装机容量为43472.2万瓩,欧盟地区(EU28)的风电年发电量占欧盟总发电量10%
全球风力装置容量
全球风力发电统计 [12]
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
装置量(MW) 17,724 24,521 31,531 39,086 47,403 58,969 74,413 91,894 116,512 151,656
发电量(GWh) 31,419 38,390 52,331 62,916 85,116 104,086 132,859 170,686 220,569 275,929
占全球发电量比 0.20% 0.24% 0.32% 0.37% 0.48% 0.56% 0.69% 0.85% 1.08% 1.36%
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
装置量(MW) 182,901 222,517 269,853 303,113 351,618 417,144 467,698 514,798
发电量(GWh) 341,565 436,803 523,814 645,721 712,407 831,826 959,468 1,122,745
占全球发电量比 1.58% 1.96% 2.30% 2.75% 2.98% 3.42% 3.85% 4.39%
全球风力发电装置量前十国(2015年)[13]
国家 风电装置量

百万瓦(MW)

 中华人民共和国 145,362
 美国 74,471
 德国 44,947
 印度 25,088
 西班牙 23,025
 英国 13,603
 加拿大 11,205
 法国 10,358
 义大利 8,958
 巴西 8,715
其它地区合计 67,151
全球总计 432,883
全球风力发电装置量前十国(2010年)[14]
国家 风电装置量

百万瓦(MW)

 中华人民共和国 44,733
 美国 40,180
 德国 27,214
 西班牙 20,676
 印度 13,065
 义大利 5,797
 法国 5,660
 英国 5,204
 加拿大 4,009
 丹麦 3,752
其它地区合计 26,749
全球总计 197,039
全球风力发电装置量前十国(2005年)[15]
国家 风电装置量

百万瓦(MW)

 德国 18,415
 西班牙 10,028
 美国 9,149
 印度 4,430
 丹麦 3,128
 义大利 1,718
 英国 1,332
 中华人民共和国 1,260
 荷兰 1,219
 日本 1,061
其它地区合计 7,351
全球总计 59,091
欧盟风力发电量前十国(2015年)[16]
国家 风电发电量

百万千瓦时(GWh)

 德国 87,975
 西班牙 48,380
 英国 38,010
 法国 21,100
 瑞典 16,500
 义大利 14,589
 丹麦 14,100
 葡萄牙 11,878
 波兰 9,830
 荷兰 7,237
其它成员国合计 33,914
欧盟总计 303,513
欧盟风力发电量前十国(2010年)[17]
国家 风电发电量

百万千瓦时(GWh)

 西班牙 42,976
 德国 36,500
 英国 11,440
 法国 9,600
 葡萄牙 8,852
 义大利 8,374
 丹麦 7,808
 荷兰 3,972
 瑞典 3,500
 爱尔兰 3,473
其它成员国合计 10,538
欧盟总计 147,033

台湾风力发电厂概况[编辑]

台湾风力发电产业始于1980年代初期的能源危机,政府委托工研院陆续开发小型风力发电机,但在能源危机解除后就停止研发。直到西元2000年,台湾电力公司、台朔重工和正隆公司在政府的鼓励之下,分别在澎湖、云林和新竹设置三个总容量共8.64百万瓦特(MW)的风力发电系统[18]。 目前风力发电为政府的重要政策之一[19]。 台湾大电力研究试验中心表示台湾风力发电能量密度含量居全球排名第二、仅次于纽西兰。而且台湾坐拥全球最优良的海上海场。但是陆域优良风场大都开发殆尽,因此必需发展离岸风力发电[20]。 台湾有发展风力发电之先天优势条件。因为台湾有明显的东北季风吹拂与西南气流交替,而且由于台湾中央山脉与大陆东南的丘陵形成台湾海峡峡管效应增强东北季风风速,使得台湾冬季之风力资源丰富[21],在空气品质较差的冬季、可以借此让燃煤发电厂降载甚至关机。 但是台湾电力的主要尖峰负载在炎夏期间,此时离岸风力的发电量平均只有装置容量的6%左右[22],此时可以使用太阳能及燃煤补足,台湾夏季污染物扩散条件良好,因此燃煤发电全力运转空气品质仍佳。 而且风太强时,机器停止运转,避免风机损坏 [23]。此外风机也需留意沙害[24]

台湾目前没有自主设计风机的能力[25]。 目前,台湾有经营风力发电厂的公司除国营台湾电力公司外,民营亦有德商英华威(Infravest)等公司。

风力发电厂 发电量(瓩) 数量 总和(瓩) 年发电量(百万度) 完工日期
新北市石门 台电一期 606 6 3636 2005年1月
桃园市大潭电厂 台电一期 1500 3 4500 11.6 2005年6月
桃园市大园观音 台电一期 1500 20 30000 91.2 2006年5月
英华威 2300 19 43700 2009年12月
新竹市香山 台电一期 2000 6 12000 2008年12月
新竹县竹北 2000 5 10000
新竹县竹北春风 正隆 1750 2 3500 2008年10月
新竹县新丰 20000
苗栗县大鹏 2000 21 42000
苗栗县竹南 2000 3 6000
1000 1 1000
苗栗县后龙镇
苗栗县苑里镇 英华威 2014年
台中市台中电厂 台电一期 2000 4 8000 2007年4月
台中市台中港 台电一期 2000 18 36000 2008年12月
台中市大安区 英华威 2300 20 46000 2008年12月
彰化县线西仑尾 台电二期 2000 23 46000 2007年5月
彰化县彰滨工业区 英华威 2300 45 103500 2008年11月
云林县麦寮 台电二期 2000 15 30000 2008年12月
云林县四湖 台电二期 2000 14 28000 2010年10月
台南市北门 1750 2 3500
屏东县恒春 台电一期 1500 3 4500 2005年5月
澎湖县中屯 600 8 4800
澎湖县湖西 900 6 5400

香港风力发电厂概况[编辑]

香港的风力发电厂目前仅有一座,由香港电灯所拥有。由于香港地狭人稠的关系,几乎已没有多馀适合发展风力发电的土地,未来,香港将朝海上风力发电厂发展。

中国大陆风力发电厂概况[编辑]

  • 2005年:中国大陆已建成风电场59座,运行中的风力发电机组共计1869部,总装置容量达124.6万瓩(1246MW)[26]
  • 2006年:共新增134.7万瓩,总装置容量达260.4万瓩,居世界第六位。
  • 2007年:总装置容量较前一年增加一倍,达605万瓩。
  • 2008年:新增装置容量达616万瓩,为该年增量第二多的国家,排名亦超越印度达世界第五。
  • 2010年:新增装置容量为世界该年增量第一多的国家,总装置容量居世界第一位。

美国风力发电厂概况[编辑]

2017年底美国各州风力发电装置量。

美国风力发电厂发展的相当早,主要集中在美国中西部各州。在2017年,美国的风力发电装置容量88.9GW与风力发电量2542亿度都居世界第二位仅次于中国,风力发电量占美国总发电量6.3%。美国能源署的报告认为到2030年美国风力发电有可能占总发电量20%[27]

  • 2000年:风力发电容量250.2万瓩,年发电量约56亿度。
  • 2002年:风力发电容量460.3万瓩,年发电量超过100亿度。
  • 2008年:风力发电容量2513.5万瓩,年发电量超过500亿度及美国总发电量1%。
  • 2011年:风力发电容量4677.7万瓩,年发电量超过1200亿度。
  • 2016年:风力发电容量8200.5万瓩,年发电量超过2200亿度及美国总发电量5%。[28][29]

德国风力发电厂概况[编辑]

2015年德国风力发电概况简介. [30]

德国在1980年代中期开始使用风力发电,目前(2015年)的风力发电厂装置容量达4494.6万瓩仅次于中国和美国为世界第三,其中离岸风力发电厂的装置量329.4万瓩则仅次于英国排世界第二。

  • 1995年:风力发电机总容量达121.1万瓩,年发电量15亿度
  • 1999年:风力发电机总容量达443.5万瓩,发电量占德国总发电量1%
  • 2004年:风力发电机总容量达1661.2万瓩,发电量占德国总发电量4.1%
  • 2009年:风力发电机总容量达2566.2万瓩,发电量占德国总发电量6.5%,德国第一座离岸风电厂启用
  • 2015年:风力发电机总容量达4494.6万瓩,发电量占德国总发电量12.3%(占德国总用电量13.3%)

德国风力发电厂列表[编辑]

丹麦风力发电厂概况[编辑]

在1970年代,丹麦是发展商业风力发电的先驱,并且今天近50%的世界各地的风力涡轮机是由丹麦制造商生产,如维斯塔斯西门子风电以及许多元件供应商。在2008年,风力发电提供丹麦发电的18.9%,和发电容量的24.1%。[31] 丹麦是世界上风力发电厂最为普及的国家,同也是全世界风力发电量占该国整体发电量比例最高的国家。在2012年,丹麦政府通过了一项计划,以增加风能电力生产的比例,到2020年达到50%。[32]

2005年,丹麦风电装机容量3,127 MW,生产23,810 TJ(6.6 TW·h)的能量,实际平均产量为755MW,在容量因子(Capacity factor)为24%条件下[31]。2010年,容量增长到3,752 MW,一年的增长大部分来自Rødsand-2英语Rødsand II离岸风电场。在2011年底,丹麦的容量达到3,927 MW,风电占该国整体发电量比例为28%。[33]

丹麦风力发电厂列表[编辑]

参见[编辑]

相关条目
其他种类的发电厂

注释[编辑]

  1. 存档副本. [2013-09-09]. (原始内容存档于2013-03-27). 
  2. 欧盟统计局: Electricity statistics 2017
  3. 《丹麦风力发电厂商维斯特来台设立子公司》,《中华民国招商网》,[1]
  4. http://srren.ipcc-wg3.de/report/IPCC_SRREN_Annex_II.pdf see page 10 Moomaw, W., P. Burgherr, G. Heath, M. Lenzen, J. Nyboer, A. Verbruggen, 2011: Annex II: Methodology. In IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation.
  5. [tt_news=177&tx_ttnews[backPid]=4&cHash=3a1c08c3ac US and China in race to the top of global wind industry]. 
  6. "US, China & Spain lead world wind power market in 2007", GWEC, February 6, 2008
  7. "Global wind energy markets continue to boom – 2006 another record year", GWEC, February 2, 2007
  8. "Global Wind 2005 Report", GWEC, July 4,2006
  9. "GLOBAL WIND POWER CONTINUES EXPANSION 互联网档案馆存档,存档日期2006-09-24.", GWEC, June 3, 2005
  10. Renewable Energy World July-August 2004, Volume 7 Number 4
  11. "European wind energy achieves 40% growth rate", EWEA, November 13, 2002
  12. BP: Statistical Review of World Energy 2018
  13. 来源 Global Wind Energy Council:Global Wind Report 2015 PDF
  14. 来源 Global Wind Energy Council:Global Wind Report 2010 PDF
  15. 来源 Global Wind Energy Council:Global Wind Report 2006 PDF
  16. Observ'ER Wind energy barometer 2016. 
  17. Observ'ER Wind energy barometer 2011. 
  18. 风力发电产业链简介. [2018-04-26]. 
  19. 推动风力发电4年计画—洁净能源 乘风而起. [2018-04-26]. 
  20. 台湾大电力与 UL DEWI签订“离岸风力发电系统测试与验证技术战略”合作协定共同促进风力发电技术之全球标准化发展. [2018-04-26]. 
  21. 台湾地区离岸风场选址技术之探讨 (PDF). [2018-04-26]. 
  22. 台湾离岸风电发展策略的省思 (PDF). [2018-04-26]. 
  23. 风力发电也怕风!梅姬17级风 撕毁叶片. [2018-04-26]. 
  24. 风力发电月刊2006年2月号 (PDF). [2018-04-26]. 
  25. 访台湾风力发电产业协会理事长 许文都 谈 未来台湾风力发电产业之发展方向及前景 (PDF). [2018-04-26]. 
  26. 查丁壬,《风力发电Wind Power》,《中华太阳能联谊会》,[2]
  27. 美国能源署: Wind Vision
  28. 美国风能协会: Wind Energy in the United States
  29. 美国能源署: Electric Power Monthly
  30. GERMANY: WIND POWER FACTSHEET 2015. strom-report.de. 
  31. 31.0 31.1 Danish Annual Energy Statistics 2008 (PDF). [2010-07-31]. [失效链接]
  32. The Guardian:"Denmark aims to get 50% of all electricity from wind power", 26 March 2012
  33. Spliid, Iben. Stamdataregister for vindmøller HTML-spreadsheet, column E 互联网档案馆存档,存档日期2012-06-10. Danish Energy Agency 18 January 2012. Accessed: 11 March 2012.

参考文献[编辑]

  1. 《风力发电再升温,复材叶片动起来:大型叶片复材化蔚然成风》,《强化塑胶会讯》,2003年10月30日,第124期第五版“风力发电专辑”,[3]
  2. 李欣哲,《再生能源发电现况及展望》,工研院能源与资源研究所,2003年10月30日,[4]
  3. 吕威贤,《风的故事──从风车到风力机》,《科学简讯》,2004年11月,383期6~13页,[5][永久失效链接]
  4. 马小康、唐敏,《我国风力发电技术之评估及建议》,《工业污染防治》,2005年4月,第94期
  5. 马小康、唐敏,《我国风力发电技术之评估及建议》,《工业污染防治》,2005年4月,第94期

外部链接[编辑]

资料
相关风能组织
相关风力发电厂商(包含制造商经营公司)