【电力地理】风力发电、为什么国家不“集中火力”开发水电资源？水力发电也有弊端？快来“涨知识”了

时间: 2024-07-23 23:42:06 | 作者: 按机组功率

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我国早在2012年就已经是世界第一风电国。最近几年风电更是发展迅速，在全国各地都能够正常的看到风电机组的身影。下面就来欣赏下我国的八大风电基地。

第一名：蒙西风电基地。内蒙古地广人稀、低价低廉、风能资源丰富，且稳定性高，易开发，是我国陆地风能资源最集中的地方。已投运装机容量2216万千瓦，内蒙古政府规划到2020年风电装机容量能达到3830万千瓦。

第二名：蒙东风电基地。蒙东风电基地是在内蒙古东部地区开发建设的千万千瓦级风电基地。蒙东地势平坦、风能资源较好，70米高处风速能达到约8.5米/秒。已投运装机容量1222万千瓦，预计到2020年能达到2000万千瓦的总装机容量。

第三名：甘肃酒泉风电基地。甘肃酒泉风电基地位于甘肃省酒泉市，是我国第一个千万级风电基地。工程期限为2008——2020年，计划投资1200亿，总装机容量到2020年预计为2000万KW以上，2020年以后为3000万KW。甘肃酒泉风电基地可以说是风电中的巨无霸，一直有“风电三峡”之称。

第四名：新疆哈密风电基地。新疆哈密风电基地位于新疆哈密东南部，已投运装机容量1098万千瓦，规划到2020年建设成1200万千瓦的风电基地。新疆是我国重要的能源供应基地，不仅拥有丰富的石油、煤炭等化石能源，还拥有丰富的风能、光能等清洁能源。新疆哈密是全国日照时间最长的地区之一，具备发展风电、光伏的独特优势。

第五名：河北风电基地。河北风电基地位于湖北省张家口市，规划到2020年实现1080万千瓦的装机容量。河北风电发展迅速，风电项目雁阵齐飞，一个庞大的风电基地正在悄然崛起。

第六名：江苏沿海风电基地。江苏风能资源较为富裕，近海风能资源更是开发利用风电的绝佳选择。江苏沿海风电基地为我国大规模、高标准的海上风电发展创造了巨大的空间，开辟了一条具有中国特色的风电多元化发展之路。

第七名：山东海上风电基地。山东风能资源丰富，但大多分布在在半岛沿岸地区，海上风能存储量比陆上大，风速大，风电效率更加高。预计到2020年装机容量为600万千瓦，2030年突破1255万千瓦。

第八名：吉林风电基地。吉林省西部刚好夹在大兴安岭和长白山脉之间的风口上，是国内优质的内陆风场，也是我国确定的八大风电基地之一。规划到2020年实现总装机容量550万千瓦。

从我国八大风电基地可知：陆上风能基本集中在内蒙古、新疆、甘肃等西北地区，而电力需求主要是东中部地区，能源供应与能源需求的逆向分布，决定了我国必须发展特高压输电。海上风能大多分布在在江苏、山东等沿海地区，所发电力可就近消化，减少输电成本。而且海上风电效率更加高，不占地方、运行稳定，使得海上风电发展的潜在能力巨大。

地球上风电资源丰富，可开发利用的风能将近100亿KW，是全球水能的10倍。近几年随技术的发展，风电成本不断下降，已经基本能跟煤电竞争。我国每年的风电增长从始至终保持在20%以上，风电正成为中国逐渐重要的清洁能源。

风力发电，就地取、无污染、可再生，作为全球清洁能源之一，对绿色环境有着重要的意义。随着风电的加快速度进行发展，风电噪音这一大弊端也浮出水面，引起人们的关注。

风电机组的工作原理是，通过涡轮叶片转动来带动齿轮进行机械性转动，由此产生电力。但是齿轮在彼此咬合的过程中，会产生巨大的震动，由此产生的巨大噪音，简直是不可避免的。

17年前，ShinjuroKondo先生搬到现在的居住地——日本富士山的故乡静冈县，但今年76岁高龄的他却抱怨说“肩膀僵硬、头痛、失眠、手抖……自去年2月份以来，就在风力涡轮机试运行开始后不久，我就出现了各种症状。”而老人的住所距离一组风力涡轮机大概只有350米远。

据PhysOrg网站报道，在老人的大约100名邻居中，超过20%的人也抱怨类似的身体不适。邻居们说，当风力涡轮机由于机械故障或其他原因停转的时候，他们的症状会有所减轻。

此类身体不适和风力涡轮机之间的关系尚不清楚，但风力涡轮机产生的次声波可能是罪魁祸首。这种次声波每秒振动1到20次，由于频率太低，人耳无法听到。目前，类似的投诉在日本别的地方也有报道，但不知是否与风力涡轮机产生的噪音有关。

风力涡轮机运营商对此很关注，想了解应该采取哪些措施。据站分析原因有以下几点第一，对次声波噪音的敏感度存在个体差异;第二，次声波对人的影响随着心理因素而改变，例如，即便是同样的音量，不愉快的声音比愉快的声音更能让人不舒服;第三，身体不适与次声波之间的因果关系尚未得到清晰。

2004年，日本环境省为当地政府制定了指导准则，用于处理由次声波噪音引起的问题。该准则的发布主要是针对由工厂或建筑工地频率在20到200赫兹的次声波造成损害。然而，风力涡轮机产生的次声波频率太低，不受该准则的约束。

日本《噪音管制法》(NoiseRegulationLaw)规定了工厂和建筑工地的噪音水平，同时，《环境影响评价法》(LawforAssessmentofEnvironmentalImpacts)也规定大型发展项目启动之前，应该评估其对周围地区的影响。但是风力涡轮机不在两法的管辖范围之内。

无论是在日本国内还是在国外，目前还没有一点分析次声波和人类健康之间关系的。和歌山市(Wakayama)医生FumitakaShiomi研究次声波噪音问题长达30年，他表示“次声波噪音会损害人类健康。除非立即采取一定的措施，否则将会出现严重问题。”

加拿大卫生和统计机构，对风力涡轮机的噪声影响开展研究，以确认噪声是否会对人体的健康产生危害。

加拿大卫生部，从外部聘请了专门从事噪音、健康评估、临床医学和流行病学研究的专家，为此次研究进行设计。该研究最初在风电场附近的社区中，选取2000户居民作为研究对象，分别对这些居民住宅的内外进行噪声测量，样本住宅与风力涡轮机的距离在500米至5公里之间。

根据研究成果和现有的综合科学证据，加拿大风能协会表示，风力涡轮机不会对人们的健康产生影响。

对于海上风电而言，根据研究表明，仅仅是在一个海域的风电场降低噪音，海豚每年减少1%的风险就会降低66%。由此可见，只有噪音度降低级别，风电场对海洋生物的影响才会得到一定效果地缓解。

风力发电对鸟类也构成了威胁，鸟类常常撞死在涡轮机旋转的叶片上。日本环境省证实，从2003年开始，13只罕见物种白尾雕就这样被夺去生命。日本野鸟协会(WildBirdSocietyofJapan)自然保护办公室副主任YukihiroKominami认为，这些例子仅是冰山一角。他说“我们一定要尽快找出各个地区存在的类似问题，否则我们将看到鸟类继续受到伤害。”

而现在，科学家们利用一个失败的太空项目——欧洲航天局达尔文项目的行星发现技术，来帮助消除风电机组在工作中发出的巨大噪音。

欧洲航天局开设了达尔文项目，该项目是利用望远镜去观测新的行星。为减少微小的振动对望远镜精确度的定位，硬工程师Nicolas Loix，专门研制出了望远镜制动器，可以抵抗达尔文望眼镜的震动，从而使望远镜来保持稳定。

这个技术确实起到了作用，但是欧洲航天局认为耗费太大，搁置了达尔文项目……

而一个德国风电涡轮机生产公司找到了Loxi，表明了自己极度需要减少风机涡轮运作时产生的大量噪音。

由于在达尔文项目上的经验，Loix的公司已有了基础的技术框架，来抵消风机涡轮产生的震动，包括仿真工具，工程工具和电子科技类产品。“我们只需要几周，就能轻松实现多兆瓦风力发电系统无噪音的构想，假如没有先前达尔文项目的经验，可能还需要两年。”Loix说。

此次技术上的改革，对改良风机噪音有着较好的推动作用，从而还海洋生物一个更好的家园，也给人类一个更温馨的环境。

滩涂风电场濒临大海，缺乏建筑材料，受海洋水文气象因素影响较大，因此，滩涂风电场建设中，道路的投资占的比重偏大。作为风电场施工道路，为了能够更好的保证施工的连续性，道路应具有一定的高程，防止潮水侵袭；作为风电场检修道路，道路应具有一定年限的寿命。在缺乏建筑材料的滩涂区域，修建能满足上述要求的道路应该以怎样的潮水位标准来设计，才可能正真的保证其安全性、经济性呢？谭老师地理工作室综合整理2009年11月，水电水利规划设计总院出台了《关于印发海上风电场工程项目施工组织设计技术规定（试行）的通知》明确了施工围堰的标准及型式，但是道路标准却仍然空白。

风力发电设备大型化给客户造成的主要不便之一是运输和安装。发电机增大，塔体就要相应增大，这些都受到运输的要求限制。大型风力发电塔，一般以圆锥型管状结构为主，受到运输的限制，因为底节直径超过4 米、重量超过40,000kg、长度超过20 米，这样的尺寸在运输中已经属于超长、超高、超宽和超重。同时，现代风力发电机主要零部件也受到了限制，风力发电机舱超重，宽度也属于特殊规格，需要重型拖车和特别安全驾驶。相比较而言，叶片仍以轻取胜，但由于叶片长度的增加，仍需要超常运输。

风电机组制造技术，这是风电发展的核心。目前我国风电建设远远落后于世界发展，其根本原因是，没有加大力度依靠国内雄厚的机电制造业基础，吸收引进国外先进的技术对风电成套设备做自主开发。随世界风力发电设备制造水平提升，更大的单机容量已经是全球风能技术发展的趋势。据了解，国外风电机组目前已达到兆瓦级，如美国主流1.5兆瓦，丹麦主流2.0～3.0兆瓦，在2004年的汉诺威工业博会上4.5兆瓦的风电机组也已面世。而迄今为止，我国在这一技术上处于落后位臵，尚不具备自行开发制造大型风电机组的能力，且在机组总体设计技术，特别是桨叶和控制管理系统及总装等关键性技术上落后于欧美发达国家，且机组质量普遍不高，易发生故障。国内整体的风电制造水平比国外发达国家至少晚10年，而且技术差距还在拉大。

4、风力发电设备的寿命短风力发电机是整个风力发电行业的最核心装备，而滩涂的空气含盐量和湿度都相比来说较高，加上国内风电设备和技术的落后，使得风力发电机的常规使用的寿命普遍达不到设计值，目前全国最高常规使用的寿命的新疆达坂城风电场也只有20年。寿命短，导致成本投入大于风电收益。

5、风力发电成本高风力发电的成本主要是固定资产投资成本，约占总投资的85%以上。按照我国增值税抵扣政策，固定资产投资的增值税不能抵扣。风力发电执行17%的增值税税率，因没有购买燃料等方面的抵扣，因此风力发电实际税负明显高于火力发电。另外，国内已经建成的微不足道的风电容量几乎全部为进口的成套设备，导致风电场投资高、电价高，与火电、水电比，缺乏市场之间的竞争能力。国产的风电设备能显著地降低风电成本，但由于现在国内设备制造水平较低，应用规模小，国产设备的价格并不低于进口设备。

6、风电设备不易维护为使风电设备经得住时间和自然风蚀的考验，必须要进行表面处理。如今，表面处理技术以喷漆处理为主。尽管喷漆效果不错而且简单易操作，但在安装时就会暴露很多问题。比如喷漆的表面容易被划伤，导致生锈，而且，风电设备一旦安装好，修补划伤的表面会有很多困难。经过风蚀日晒后的喷漆易发生碎片脱层，不易于维护。

7、风电噪音污染大叶片与风相切产生噪音、风电机组发出的噪音都无法去除。风力发电机一般高度在20米左右，加上风机“嗡嗡”作响的巨大声音，迁徙的候鸟不敢降落觅食休息，生活在当地和附近的海鸟纷纷“搬家”。噪音不仅影响动植物的正常生长，还影响渔民的鱼类作物，使生态环境不可避免地受到影响。

8、风电电磁干扰风力发电机风轮机叶的接收装臵既可接受信号，也可以发射信号。对调幅无线电系统影响很大，具有强发射能力的金属材料所造成的电磁干扰问题突出。许多通信频率都会受到风轮机潜在的影响。在低频段，波长远大于风轮机的特征尺寸时，风轮机的几何总参数才具备极其重大影响；在高频段，波长小于或与风轮机部件具有相同的数量级时，叶片的详细几何形状也有很重要的影响；当波长大于风轮机总高度的4倍以上时，通信系统就基本上不受影响了。可能受到风轮机干扰的通信类型有：电视广播、微波通信、高频全向无线电信标VOR（用于飞机导航）及仪表引导着陆系统。

1：一般要求年平均风速在6米/秒以上（60-70米高度），山区在5.8米/秒以上。

7：目前，风力发电项目的单位投资为7000-10000元/千瓦，一座5万千瓦的风力发电厂的投资约为4-5亿元。

8：风电厂的开发首先由当地市级政府与拟投资开发的企业签订合作协议，企业根据协议明确的范围开展前期的测风工作。在取得测风资料后，开展项目的论证工作，论证能满足开发的要求，便可启动相应的报批程序，开展预可研的编制工作，及相关的前期工作。预可研审核检查通过后，就可以开展可研报告的编制及其它专题报告的编制工作，完成后向省或自治区发改委申报项目，由省统一向国家能源局申请核准。在得到核准后，便可以开展项目的建设。整个项目从开始到投产周期约为四年左右。

9：另外，还需要仔细考虑电价、风向、地形、地质、气候、环境和道路交互与通行等一系列因素。

需要收集的资料：收集风电场附近气象台海洋站等长期测站的测风数据，如风速、风向、温度、气压及湿度等，具体有：

f）整理风速频率曲线、风向玫瑰图、风能玫瑰图、年日风速变化曲线、风能密度和有效风速小时等主要参数。

另外，还需要明确电价、电网接入的可能性、电网接入的变电站离可能选择的风场的距离、当地对生态的保护和环境保护的要求、土地政策以及林地保护问题、道路交互与通行等。

我们提到水力发电好处很多，无污染，电价低，并且待开发的水资源也很丰富。那有的人会说，既然这样，我们为啥不“集中火力”开发水电资源呢？那是因为水力发电也有它的弊端，我们在享受水电带来一定的好处的同时，也要看到水力发电所存在的问题。

水电站的建设周期一般都比较长，在建设前会先进行勘测、可行性分析、理论验证、当地居民迁徙等准备工作，然后再开始水电站的整体建设。通过收集到的资料可知，水电站的建设周期（不包括准备阶段）在6-12年左右，投入成本上百亿。

由于蓄水区水位长期不稳定，导致土壤沼泽化、盐渍化的现象加重，植物生长困难。另外水电站在某些特定的程度上会减缓上游水流的流动速度，降低水体的自洁能力，增加水库容量时，还会影响水温结构，导致水体密度、水中溶解氧、微生物、水生生物等出现变化。

另外水库经常下泄底层的低温水，对鱼类的产卵有延迟作用，遇到春汛将鱼卵带走，会破坏鱼卵的孵化，对鱼类的数量有较大影响。水库的建设，还会截断鱼类的洄游通道。以中华鲟为例，中华鲟是国家一级保护动物，只在长江上游产卵，是一种大型洄游鱼类。而由于葛洲坝的建成，中华鲟本来要洄游3000多公里产卵，现在只能洄游1850公里，严重影响了中华鲟的繁殖，使中华鲟大量减少。虽然现在建立了保护区并通过人工繁殖来挽救，但造成的伤害是不容忽视的。

水利工程对自然景观和文物古迹也有较大影响。以三峡大坝为例，白鹤梁石刻、张飞庙、大昌古镇、秭归县城等古迹均被淹没。据不完全统计，在三峡库区，从重庆涪陵至湖北宜昌狭长的淹没区内，共发现文物点1208处，其中地面文物441处，探明地下文物767处，分布面积达2200余万平方米。这些文物点中有3处国家重点文物保护单位，10处省级重点文物保护单位。

由于来水受自然环境的影响较大，水电按水期分为丰水期，枯水期和平水期。全国大部分地区丰水期为5-9月，枯水期为12-2月，平水期为3、4月，水期会因地区不同而有一些差异。以四川为例，四川的丰水期为6-10月，枯水期为1-4月、12月，平水期为5、11月。在枯水期，由于来水不足，水电价格就会大幅度提升，来水严重不足时甚至有可能导致机组停运。

在丰水期，又需要仔细考虑弃水的问题。先来看一组数据，从2017年到现在，弃水率虽会降低，但弃水电量依旧维持在几百亿千瓦时。

首先，什么是弃水电量呢? 弃水是指在水电站发电能力下可用来发电而因种种原因所致实际未用于发电的水量，弃水水量可以发出的电量称为弃水电量。产生弃水电量的问题大多有两种：一是因为通道受限。通道的容量是一定的，超过容量的电送不出去，导致弃水电量。另一个原因是供需不匹配。因为电是即发即用，用电需求定了之后，机组即使有余力也不能多发电，产生弃水电量。

为了鼓励大家积极消纳弃水电量，以四川为例，在电力市场交易中增加了低谷弃水、富余电量、水电消纳示范等交易品种，降低工商业用户的用电成本。对于居民，国家电网四川电力公司在6-10月实施“丰水期居民优惠电价政策”。