风能是一种清洁的能源,人类使用风能的历史很早,例如发明帆船利用风能进行水上航行,比较有名的就是荷兰人利用风能改造低洼地,因此风车也成了荷兰的象征。1888年,美国人查尔斯·布鲁斯在克里夫兰建成第一座可以发电的风力发电机。它高17米,使用了144个叶片,发电能力为12干瓦。1891年,丹麦物理学家Poul La Cour发现,叶片较少但旋转较快的风力发电机效率高于叶片多但转速慢的风力发电机。应用这一原理,他设计建造了一座使用4个叶片、发电能力为25干瓦的风力发电机,这成为现代风力发电的模本。随着气动理论及相关技术发展,也促进和推动风电技术的进一步发展和理论的成熟,欧美的科学家对风力发电机的研究也进一步深入。1941年,美国Smith公司建造了由工程师Putnam 设计的大型风力发电机(Smith-Putnam风机),这是世界上第一个MW级风力发电机,该风机叶轮直径53米,逆风偏航设计,配有额定功率1.25MW同步发电机[1]。
上个世纪70年代,能源危机的发生进一步促进了风电产业的发展。风能作为清洁能源的一种,被广泛接受,很多国家将其列为国家层面上的产业进行推广和扶持。进入1980年代,大型风力发电机的商业化应用逐渐展开,并首先出现在北欧(这与该地区的其它能源相对缺乏有关,以丹麦为代表),同时各种不同概念的风机相继出现,出现了形式多样的产品,随着市场的应用和竞争,水平轴三叶片风力发电机在竞争中逐渐胜出,成为了商业应用的主流,并涌现出维斯塔斯、西门子、通用等世界级的风电巨头[2]。
我国针对风力发电课题的研究始于1950年代,1986年在山东荣成建成我国第一个并网发电的风力发电场,此后风电产业发展迅速。我国的风能资源丰富,其中两大风带,如“三北地区”(西北、华北、东北)以及沿海地区,陆地可利用风能资源约3亿兆瓦,加上海上资源约10亿兆瓦。自上世纪九十年代,中国的风电行业迅速崛起:不但涌现出像金风科技、国电联合动力、远景能源、明阳科技等一批国际知名的风电企业,而且最近几年中国风电的新增装机容量一直稳居全球首位。全球风能理事会(GWEC)统计数据:2017年全球市场新增容量超过52 GW,全球累计容量达到539.6 GW。2017年,中国新增装机容量19.5GW,累计装机容量达到188 GW。目前中国总机容量占全球三分之一,新增装机容量占全球约四成。中国已经是名副其实的风电大国 [3-4]!
目前风电已经成为国的第三大能源,在我国能源布局中占据举足轻重的地位。
风电在几十年的发展过程中,形成了比较有规模的企业,其中国内的金风、远景、明扬等也占据了一定的地位。
根据供应方的报告,2017年全球共安装了21691个风力涡轮机,总容量为52150MW,由46家风机制造商在2017年生产。值得一提的是,在2017年全球有新增装机的46家风电整机商中,中国风电整机商共占19个席位;前15名中,中国风电企业占据 8 席。
2017全球风电整机商TOP15依次为维斯塔斯(16.7%)、西门子歌美飒(16.6%)、金风科技(10.5%)、GE(7.6%)、Enercon(6.6%)、远景能源(6.0%)、Nordex(5.2%)、明阳智能(4.7%)、Senvion(3.7%)、Suzion(2.6%)、联合动力(2.6%)、中国海装(2.3%)、上海电气(2.1%)、湘电风能(1.8%)、东方风电(1.6%),其他风电整机商市场份额共计占比9.2%。
维斯塔斯:依然排名第一,其世界最大风机供应商的称号无人撼动。究其原因是丹麦供应商的地域多元化战略和在美国市场上的强劲表现。
西门子歌美飒:排名第二,西门子风力发电与歌美飒的合并,使得其在离岸业务以及在印度和美国的地位都有所改善,在全球竞争中实力稳固。
金风科技:尽管中国国内新增装机持续低迷,在2017年又下滑了15%,但金风科技(Gold wind)在全球市场竞争中仍位居第三。
GE:下跌2位,排名第四,主要由于其国内市场亏损导致,维斯塔斯连续两年超过其成为全球第一大风机供应商。
Enercon、Nordex:分别居第5和第7位,充分利用了德国国内市场强劲增长额优势。
远景能源、明阳智能:排名分别上升3个和2个名次,位居第6位和第8位。这在很大程度上归功于它们在国内市场装机量的增加。
Senvion:在2017年重返全球10大风电整机商排行榜,这归功于其在德国国内市场的强劲增长。其余排名前10位的风电整机商均为中国企业。
此外,中国五大风电整机商联合动力、中国海装、上海电气、湘电风能和东方风电也赫然在列。
中国的风电在世界风电格局上,已经占有非常重要的地位,但在技术上,仍然处于落后的地位,特别碳纤维在风电中的应用,相比于国外,仍然有较大的差距。
过去的几十年,有专家提出市场换技术的设想,但经过实践发现,这个思路基本上无用,因为真正的技术是买不来的!
参考文献
[1] 马晓爽, 高日, 陈慧. 风力发电发展简史及各类型风力机比较概述[J]. 应用能源技术,2007(9):24-27.
[2] 杜朝辉, 胡丹梅. 风力发电的历史、现状与发展[J]. 电气技术,2004(10):5-13.
[3] 代齐. 风力发电机发展简史[J]. 中外能源,2008(4):23-23.
[4] 刘峻豪. 风力发电的发展历史、现状及趋势综述[J]. 财讯,2017(3).