互动科普

作为可再生能源之一，风力发电装机容量自20世纪90年代起，就一直在稳步增加。风能，取之不尽、用之不竭，发电时也不会产生二氧化碳，是名副其实的绿色能源。但风力发电也存在很明显的问题，比如能量不稳定、噪声污染以及飞鸟冲撞等等。这些问题有办法解决吗？在各种可再生能源的开发利用当中，风能可以独占鳌头吗？

2011年，福岛第一核电站事故发生后，德国政府进行了核能重估并决定将陆续关闭所有原子能发电设施，计划到2020年将可再生能源发电量增加一倍。可再生能源，包括太阳能、风能、地热等等，都来自于循环发生的自然现象。与化石能源不同，可再生能源取之不尽、用之不竭。如果利用可再生能源发电的话，可以不使用化石能源和核能，从而减少温室气体的排放和避免放射性废弃物的产生。

目前，在可再生能源的利用中，除了水力发电之外，风能发电居世界总装机容量的首位。2010年，太阳能发电装机容量约为4000万千瓦，而风能约为2万亿千瓦。然而，同期太阳能发电装机容量的增长率约为70%，而风力只有约25%。此前，美国、德国和西班牙等欧美国家一直是发展风力发电的中心。近年来，中国的风力发电装机容量以每年倍增的速度高速发展，到2010年已位列世界第一。为了供给人口增长以及经济高速发展所需的电力，中国在大量消耗煤炭等化石燃料的同时，也在积极地大力推进可再生能源的开发利用。

风，确实变化无常，捉摸不定。风能的不稳定性也的确是阻碍其发展的一个重要原因。特别是地形复杂的地区，风的不稳定性更加突出。风力发电到底能满足多大的电力需要？噪声污染、飞鸟冲撞以及对自然景观的破坏等等，这些风力发电问题的解决之道又在何方？相关研究目前又有何新进展？

图：风力机的结构

风能到底有多少？

中国到底拥有多少能用于发电的风能资源？20世纪90年代，中国气象局根据全国900多个气象台站实测资料和插值计算来模拟，首次完整细致地估算出各省及全国离地面10米高度层上的风能资源储量。

到2007年，第三次全国风能资源普查数据显示，去除受各种社会条件制约的区域，比如法定自然保护区，中国陆上和海上可开发的风能总量为25.8亿千瓦左右。

就资源储量而言，可再生能源的发电潜力是巨大的。但是，可再生能源的发电潜能都只是理论值，并没有考虑到实际利用率。众所周知，风力的大小始终是变化的，太阳光也只会在白天照射，通过风力发电、太阳能发电等方式获得的发电量都具有不稳定性。实际利用率与能源稳定性息息相关，不能一概而论。根据实际经验，有一些可供参考的实际利用率：太阳能约为12%，核电约为15%，风能约为20%。但即便是考虑了实际利用率，风力的发电潜能也是巨大的。

中国是名副其实的能源消费大国，70%以上的电力来源有赖于火电。如果风能的开发利用得以发展，将为中国控制温室气体排放做出贡献。

并网壁垒

想要让风力资源的发电设施能被顺利并网使用，首先需要面对的是风力资源分布不均的问题。中国东南沿海及附近岛屿、内蒙古和甘肃走廊、东北、西北、华北和青藏高原等部分地区的风能有很大的开发利用价值。如果想要利用这些风力资源，风力发电产生的电能就需要通过电力公司现有的输电网并网配送，地区间的电网融合就成为一个新的课题。就目前而言，关于风力发电设备如何与电力公司输电网连接（并网）的问题讨论，还没有取得任何实质性进展。并网问题目前也是妨碍风力发电发展的一个主要原因，因为风力发电的不稳定性对接入电网的频率或者电压容易产生影响。

美国、西班牙等国实行的FIT制度（再生能源推动法案）为风力发电的并网运行带来了福音，虽然是通过行政手段强制执行，却也实实在在促进了风力发电的发展。FIT制度即“固定价格收购制度”，在规定期间内，电力公司承担以固定的价格收购可再生能源发电量的义务。在2009年，日本为太阳能发电剩余量出台了FIT制度之后，虽然仅限于收购家庭用太阳能发电装置剩余部分电量，但是太阳能发电装机容量还是得到了大幅增加。2011年3月，日本《再生能源法》（针对电力运营商关于可再生能源电力调度的特别措施法案）已经日本国会讨论通过，风力发电产生的电量也有可能会被电力公司以固定价格收购，价格约是15〜20日元/度，合1.15〜1.54元/度。

（本文发表于《科学世界》2012年第5期）