中国能源再“风”一点?

吕静

依据气象和经济模型,中美两国科学家计算出,到2030年,使用风能可以满足中国日益增长的能源需求,同时还能将二氧化碳排放量减少30%。而风电分析专家认为,期望在几十年中让中国能源全部依赖风电是不现实的

一项由美国国家科学基金会资助,哈佛大学和清华大学合作进行的研究表明,根据气象数据而估计的中国风力发电潜力,在今后20年中,风可以提供一种无碳的能源,风力发电将可以提供整个中国的电力需求。相比之下,若用燃煤火力发电来满足中国日益增涨的能源需求,每年会产生35亿吨的二氧化碳排放,这个数目比整个欧盟2030年预计排放的温室气体还多。

领导这一研究的哈佛大学工程与应用科学学院教授迈克尔•麦克罗伊说:“这个世界正在苦苦挣扎中探寻如何解决从含碳丰富的燃料转向无碳能源的问题,全世界都在关注的是,中国有什么样的可替代的办法?”

风能不再是个“传说”

麦克罗伊和他的同事首次用现有的风力资料建立模型来定量分析中国的风能潜力。为了做到这一点,他们将中国地图分成许多面积为3335平方公里的小块,利用最近5年的气象数据生成每块的风力档案。接着,他们在模型中的每一块加入工业标准的1.5兆瓦风力发电机组(不适宜利用这一模型的地形除外,如陡峭的山丘、茂密的森林以及城市地区),并估算每一块的能量产出,最后,通过一个安装涡轮机成本的函数,计算出风能的能源成本。

该模型揭示,在中国,集中在西北部广阔区域的能源成本,大都可与政府设定的价格接近。根据预测,风电场经营者可以发电6.96 万亿度,这个数目是中国目前年耗电量3.4万亿度的2倍,相当于该项目所估计的2030年中国用电总需求量。

在过去的五年中,中国每年的风电装机容量都在翻倍,按照2009年的新装步伐,中国似乎要取代美国成为世界上最大的风电新装机市场。但是研究人员认为,中国几乎还没有开始打开挖掘风能潜力的大门。

在未来的十年中,中国计划建设七个大型的风力发电基地,按照目前12.2千兆瓦的装机容量计算,中国已经紧紧排在美国、德国、西班牙之后,位居世界第四,相当于24个中等规模的燃煤火力发电站。但问题是,这些风力发电涡轮机并非全部与电网连接。事实上,目前中国的电力只有0.4%是靠风能提供的,大约为3千兆瓦。

麦克罗伊教授则坚持认为,他雄心勃勃的设想是可行的,也是值得认真考虑的。

“难以捉摸”的风能

贾斯汀•吴是伦敦一家叫做“新能源金融”的行业研究公司的风电分析师,他说,装机容量与风电产生之间的差距绝不是无足轻重的,要将风电场与电网相连是非常困难和昂贵的,因为风是时断时续的,这会对电网造成压力,他认为这项研究没有考虑到,为了克服这一困难电网将需要昂贵的升级费用。

吴说:“利用现有技术,要让一个国家的能源供应全部来自风力是不可能的,因为为了适应这种风力不稳定性的影响,需要智能电网技术有大的进步。没有电网技术或能源储存的真正进步,根本无法做到这一点。”

华盛顿的“美国进步”中心智库分析师黄立安警告说,不应该太过依赖风能,风并不是诸如煤炭、天然气和核电的替代品。黄表示,缺少风的情况将会毁掉这一行业,而风大时由风所产生的电还需要储存起来以备风停的时候使用,所以,期望这种储能技术在未来几十年中能够发展到让中国能源全部依赖风电的程度是不现实的。

麦克罗伊承认,中国的电网还需要更智能化、更强大,才能适应风电的变化性。事实上,根据布鲁塞尔“全球风能理事会”的资料,中国不发达的输电系统已经是拖延新风电场投产的一种障碍。该机构还表示,随着中国将风电发展转向风力充足的西北边远地区,这个问题会更加尖锐,因为那里的电网比全国的平均水平要低,而由风所产生的电力在送至消费者之前必须经过更远的运输路程。

北京安元易如国际顾问公司研究主任塞巴斯蒂安•梅耶尔表示,行政和财政上的挑战会与技术上的一样艰巨。他说,如何资助“智能化和平衡的”电网是一个有待解决的问题。中国消费者每度电费中多缴的0.001～0.002元人民币是用于支持可再生能源综合利用的费用,可是,这些钱却不够用于从风电场直接接入电网的费用。

麦克罗伊说,中国已经在积极升级电网,用以将边远地区的水电项目与人口中心区相连,该过程也可以加速传输风电场的巨大电力。

电网升级带来的机遇

中国已经进行的大规模电网升级措施是在大陆范围内广泛运用高压直流线路。

布雅尼•安德森是一家英国咨询公司的负责人,也是超高效直流高压输电技术的专家。他说:“在实现长距离传输的方案上,中国是世界领先的。”

2009年12月24日,历时三年建成的800千伏特高压直流输电工程——云南至广东特高压直流输电工程单极800千伏成功送电,树立起世界直流输电领域新的里程碑。这标志着中国直流输电技术、装备制造以及电网建设管理上升到一个新水平、新台阶,进入世界领先行列。预计这种线路在传输过程中能比500千伏输电线少损失能量30%。此外,还有几条800千伏的线路正在建设中。

中国目前的电网升级也折射出传输远距离风电的需要。安德森表示,最新的传输线路是设计用来将西部水电大坝的电力传到东部大城市,如北京、上海和广州的。但是,有迹象表明,电网的规划者已经开始认真考虑风能的发展。去年开始建设的一条750千伏的交流输电线路,可以传输来自西部甘肃省一个风电场的电力,甘肃的风场被称为“陆地上的三峡大坝”,是政府批准的6个大型风能项目之一。

科研人员提出,假如能够运营30%的平均发电容量,中国就可以由风电场产出640千兆瓦的电力。平均容量考虑到风的变化莫测,有时发电多,有时发电少,计算出有多少时间涡轮机可望满负荷工作。

30%是对风力发电项目的高端估计,事实上,中国目前的平均容量在23%～24%,该研究指出,按照目前价格计算,该计划需要投资 9000亿美元。

中美两国科学家联合发出的这项报告指出:“现在的分析表明,中国的风力资源可以达到这一目标,只要中国政府积极地致力于发展低碳的未来。”★