全球风力发电发展趋势

（1）世界风电发展总体情况

风电作为技术成熟、环境友好的可再生能源，已在全球范围内实现大规模的开发应用。丹麦早在19世纪末便开始着手利用风能发电，但直到1973年发生了世界范围的石油危机，因石油短缺和用矿物燃料发电所带来的环境污染问题的担忧，风力发电才重新得到了人们的重视。此后，美国、加拿大、英国、德国、丹麦、荷兰、瑞典等国家均在风力发电的研究与应用方面投入大量的人力和资金。至2016年，风电在美国已超过传统水电成为第一大可再生能源，并在此前的7年时间里，美国风电成本下降了近66%。在德国，陆上风电已成为整个能源体系中最便宜的能源，且在过去的数年间风电技术快速发展，更佳的系统兼容性、更长的运行时间（h）以及更大的单机容量使得德国《可再生能源法》最新修订法案（EEG2017）将固定电价体系改为招标竞价体系，彻底实现风电市场化。在丹麦，目前风电已满足其约40%的电力需求，并在风电高峰时期依靠其发达的国家电网互联将多余电力输送至周边国家。从世界风电新增装机容量来看，进入21世纪以来，除2013年和2016年环比下滑外，其他年度风电新增装机容量基本呈现逐年递增趋势，如图3.1所示。

无论从装机容量还是新增装机容量来看，中国都稳居榜首，美国位居第二。中国的新增装机总量占世界新增装机总量的42.8%，已成为全球风电产业发展的中坚力量，具体数据见表3.1。但从技术发展程度上来看，德国、西班牙、丹麦等国仍是风电技术先进的国家。最近几年，我国在风电设备技术领域研发投入逐年增加，已拥有数个自主知识产权的风电机组，在国内市场上的比重越来越大。然而，我国风电起步晚，早期的技术研发进展缓慢，国内风电技术与发达国家相比仍存在一定的差距。

图3.1　世界风电新增装机容量发展概况

表3.1　2016年全球风电装机容量及新增装机容量

（2）主要风电国家举例

1）丹麦

丹麦人口不到600万人，却是世界发电风轮生产大国和风力发电大国，丹麦风力使用比率一直位居世界前列。据丹麦风电协会2010年1月25日发布的数据，2009年丹麦的西门子风电公司和威斯塔斯风电系统公司几乎供应了欧洲海上风电场装机容量的90%，人均风能拥有量居世界首位。近年来，随着各国风电产业的不断发展，丹麦风电设备企业的市场占有率虽略有下降，但仍排名前列，丹麦的风电场景如图3.2所示。

图3.2　丹麦的风电场景

以历史发展的眼光来看，丹麦的能源以缺油少气为特点，丹麦很早就开始进行风力发电的相关研究。1918年，丹麦开始在公共设施中尝试安装风机，很快，风力发电便在丹麦的电力消费结构中占据一席之地。第二次世界大战以前，风电成本过高，技术很难突破，丹麦风电行业的发展一直处于停滞状态。第二次世界大战后，迫于紧张的国际石油局势，丹麦政府非常重视并设立专项经费支持风力发电研发。石油危机期间，依靠能源进口的丹麦开始对本国的能源规划和能源结构进行大刀阔斧的调整，并开始对风力发电产业的发展进行规划，由政府出资成立风力发电设备研究小组，全面考察全国的风力资源状况、风电场情况等，并进行了风力机空气动力学方面的基础研究，同时还制订了优惠政策，以利于和刺激中、小型风力发电机组的推广应用。随后，丹麦政府又制订了可再生能源的能源研究和发展规划，该规划明确指出发展以风电为主的新能源战略。另外，面临严重环境污染的压力，丹麦政府选择风电也是其对生态和环境保护作出的有利贡献。在风电成本居高不下的背景下，研发一直被视为丹麦电力公司发展的核心，最终成功研制出具备世界领先水平的风电机组，使其风电设备业占据了先机，并掌握了风电发展的主动权。这些成果与政府的大力支持和政策扶持密不可分。

丹麦的风机制造业方面一直处于世界前列。2003年前，丹麦的风机一直占据半数以上的世界风机市场份额。该优势主要得益于丹麦早期给风机制造商提供的优惠政策，刺激并帮助威斯塔斯等机械制造商加快市场开拓，夯实市场基础。随后投入大量的人力、物力进行风电产业的技术研发，抢占世界风机设备的发展先机。总之，丹麦的风电发展世界领先，风电设备技术更新发展迅速，风电研发、制造等始终保持世界领先，同时在海上风电领域的开发与发展上也抢得先机。丹麦风电目标规划长远，1991年便成功建成世界首个商业化海上风电场，预计到2030年丹麦的风电站点比重超过50%。

风电的快速发展与丹麦政府的全方位支持密切相关。丹麦政府一直以积极的态度发展风电产业，并以强力的能源扶持政策作为支撑。1976—2004年，丹麦政府先后发布了5次能源规划，逐步确立了发展新能源的目标，特别是确立了风力发电在电力产业中的重要地位。

在财政政策方面，丹麦政府为风电产业的发展提供了全面的优惠和补贴政策，刺激并加速了丹麦风电产业的早期发展。

在可再生能源发展规划中，丹麦政府明确了对风电设备安装的补贴政策，顺利解决了早期风机设备成本过高引发的市场瓶颈问题。对风电上网环节，丹麦政府制订了强制的上网政策，并对风电上网部分进行补贴。同时，丹麦政府提出了一系列降低碳排放的电力改革方案，意在对超额排放的电力公司进行处罚，实现了电力的节能减排。补贴与处罚相结合的政策，再配合其强制上网的政策，促使电力公司引进清洁电力以降低自身碳排放量，这一系列举措促使风电规模的增加。

在风机制造产业中，丹麦政府提供了稳定的政策环境和优惠的政策支持。首先，丹麦政府在风机制造业发展早期为产业的技术研发提供资金支持，同时制订严格的质量标准体系，并结合直接补贴和对外援助等方式促进风机制造业的快速发展。其次，为稳定风电价格，丹麦政府主要采取了为风电产业提供补贴和吸引投资两种举措，为风机制造业开辟了稳定的市场。另外，丹麦政府还给本国制造企业的海外市场开发提供担保，为风机企业提供长期的融资和贷款，进而刺激丹麦风机产业拓展开发世界市场。

此外，丹麦政府鼓励私人资本资助风电产业。在丹麦，私人电力公司一直在电力工业中占据一定位置。在风电产业开发过程中，政府也鼓励私人产业的发展，同时，还鼓励地方政府或社区作为风电产业项目的业主，进而形成“当地建设、当地投资、当地使用”的便利模式，不仅降低了运输成本，节约了电能，还对丹麦风电产业的发展起到了有效促进的作用。

2）西班牙

西班牙是继德国、丹麦和英国之后的欧洲第四风电大国。西班牙政府主要通过实施风电溢价制度、调整电源结构、强化系统调峰能力、应用风力预测技术、建立可再生能源电力控制中心、加强电网建设规划等手段，不仅推动了风电的快速发展，同时还保障了电网的稳定运行。

西班牙政府非常重视风电技术的研发和风力机械制造业的发展，自20世纪90年代以来，西班牙风电发展异常迅猛，2009年年底，其风电装机容量为1 826万kW，2015年累计装机容量达23 025 MW。西班牙风电产业的迅速发展，主要是因为西班牙政府的能源长期发展规划和有关扶持政策。西班牙采取国家补贴与地方政府支援相结合的方式大力支持风电及相关行业的发展。节约与有效利用能源规划是西班牙补贴政策的依据，政策中明确规定对再生能源的发展提供补贴。资料表明，自1991年起，西班牙政府就对风电从业者给予投资补助，再加上地方政府的支持，西班牙风电发展日益迅速。2014年，西班牙制订了“特殊再分配措施”新规，取消对风电场开发商的固定上网电价补贴，取而代之的是年固定补偿款。

3）美国

美国的风电资源非常丰富，陆地上的风电资源约为11 000 GW，约相当于200亿桶石油的能量，海上风电资源约为4 150 GW。美国风电装机分布较广，主要分布在中西部地区以及太平洋和大西洋沿岸海域，如西部的加州和华盛顿州、南部的得克萨斯州、中部的科罗拉多州和北部的明尼苏达州。全美有14个州的风电装机超过100万kW，其中得克萨斯州的风电装机最多。而人口相对集中的东部、西部地区的风力资源相对匮乏，具体如图3.3所示。(www.xing528.com)

图3.3　美国各州风能装机容量分布图（数据截至2016年年底）

美国风力发电始于20世纪70年代。受到当时石油危机的影响，能源价格飙升，美国的加利福尼亚州开始发展风力发电产业。到1986年，加利福尼亚州风电装机容量已达到1.2 GW，占当时全球风电装机总量的90%。但是，20世纪80年代中期之后，受到世界石油价格下跌和政府经费削减的影响，美国风电产业发展缓慢，到2004年，全美风电装机累计总量只有6.6 GW。

进入2005年后，美国的风力发电进入快速发展时期，年均增速超过30%，年均投资超过150亿美元。2009年和2010年，美国新增风电装机量分别达10 GW和5.2 GW。到2016年年底，美国风电累计装机总量已达84.94 GW（见图3.4）。风电已成为仅次于天然气的新增电力来源。但是，美国能源的风电比例依然比丹麦、德国等欧洲国家低，美国的风电产业具有巨大的发展空间。

图3.4　2001—2017年美国风电每年新增装机容量图

美国风电的快速发展，一方面得益于全球可再生能源的兴起；另一方面离不开美国政府风电扶持政策和风电技术的进步。美国政府对风电的发展一直采取扶持的政策。1992年，美国出台“能源政策法案”，该法案鼓励发展风能、太阳能、生物质能和地热能等可再生能源，并给予税收抵免补贴。2009年，美国政府通过了“美国再投资和经济复苏法案”，该法案确保了风电等可再生能源产业更多的优惠政策，2009—2012年投产风电项目可以申请项目建设成本30%的财政现金补助，还可申请项目建设成本30%的投资税收减免以及生产税收抵免补贴等。从2011年以来，美国的风电价格保持在等于或低于长期天然气价格预测。近年来，美国国内生产的风能的价格已经低于20美元/（MW·h），即低于2美分/（kw·h）。

尽管如此，美国风电业的发展也困难重重。风电入网难，美国地平线风能公司2008年斥资3.2亿美元建成了枫树岭风电场，但因该区域电网过于拥挤，该装备了200个风轮的风电场被勒令关闭。另外，近几年，美国明尼苏达州投入大量的人力、物力发展风电并网项目，但“地方割据”严重，电网系统非常分散，彼此之间连接薄弱，造成该州风电的结局是电网工程仅将水牛岭风电站22 MW发电量中的2 MW并入电网，入网电量不足10%。目前，虽然美国已经形成了东部、西部和得克萨斯州3个主要的互联电网，但这3大电网之间仅有非同步联系。在美国，另外还有经营不同电网的3 000多个电力公司，这些电力公司绝大部分为私人所有。一般情况下，美国电力公司投资者拥有80%的公司所有权，而美国联邦能源管制委员会仅拥有20%的所有权，并负责规范电力的传输和销售。同时，美国地方政府的公共事业委员会也对所属区域的电力相关活动有监管权。总之，美国互相分割的电网系统和经营模式、相互之间的市场竞争模式，造成各电网间的协调合作非常困难。再加上美国电网线路陈旧，传输能力，尤其是长途传输能力非常不足，也是其风电入网难的一个原因。

美国的风电资源空间分布非常不均，风力资源大部分分布在中部高原和西部沿海地区，而人口密集且能源需求高的美国东部，约消耗占全国电力80%的能源，风电资源却很少。即使在同一个州内，风电资源也很不均匀，如在得克萨斯州，西部高地和高原地区的风力最丰富，而达拉斯和霍斯顿等大城市则在100 km以外。美国风力资源的空间错位状况给其电力资源的长途输送提出了更高的要求。为应对和解决这一困难，美国联邦政府能源部在2005年推出了新的能源法案，提出了“国家利益输电走廊计划”，意在解决跨州的区域电力传输。2007年，依据能源法案和“国家利益输电走廊计划”，美国能源部首次划定了两个首批“国家利益输电走廊”，一个是中大西洋地区输电走廊，另一个是西南地区输电走廊。其中，中大西洋国家输电走廊涵盖了特拉华州、俄亥俄州、马里兰州、新泽西州、宾夕法尼亚州、弗吉尼亚州、华盛顿特区等，主要将北部及西部的风力发电富集地区和纽约、新泽西和马里兰等负荷较大的地区连接起来。西南地区输电走廊主要把太阳能和地热资源广泛分布的加利福尼亚东部沙漠、亚利桑那、内华达等州与作为美国西南的负荷中心的洛杉矶和圣地亚哥地区联系起来。时任美国总统奥巴马为促进电网的统一和智能化，在2008年后力推智能电网工程，以增强电网对可再生能源电力的吸纳和调配能力。得克萨斯州和加利福尼亚等州也结合自身特色，在风电存储和入网领域进行了积极有效的探索。

在促进电网吸纳风能等可再生能源电力方面，美国联邦和州政府等主要采取了3个方面的应对策略：一是在可再生能源资源含量丰富的地区设置特区或竞争性区域，大规模建设输电线路，促进新能源电力由资源集中地区向消耗集中地区输运；二是加快发展智能电网工程，加强电力消费需求规划，优化电力检测、控制和调度，增强电网对清洁能源电力的消化和调配能力；三是为平衡和补充可再生能源电力的间歇性问题，积极研发各种能源存储技术。可再生能源技术、储能技术和智能电网建设互为支撑，共同构筑美国可再生能源战略基石，构建未来美国全球经济和科技的核心竞争力。

4）巴西

巴西是全球主要风电市场之一，拥有世界最高的风力发电容量系数，该国的装机容量已达9 GW，每年可吸引约24亿美元的新建项目投资。巴西的各类能源及电力结构中，水电占比约70%，但受天气变化影响和水电建设破坏当地雨林生态的不足，其风电发展迅猛。巴西政府在2002年启动了“替代电力能源激励计划”，采取固定电价的方式促进风电等可再生能源的迅速发展。不过，该计划投资力度有限，风电发展进步缓慢。按照巴西风电规划，到2020年，风电产业占国家全部装机的7%。

5）中国

我国幅员辽阔、海岸线长达32 000 km，拥有非常丰富的风能资源（见图3.5、图3.6），具备巨大的风能发展潜力。根据2014年国家气象局公布的评估结果，我国陆地70 m高度风功率密度达到150 W/m2以上的风能资源技术可开发量为72亿kW，风功率密度达到200 W/m2以上的风能资源技术可开发量为50亿kW；80 m高度风功率密度达到150 W/m2以上的风能资源技术可开发量为102亿kW，达到200 W/m2以上的风能资源技术可开发量为75亿kW。

目前，我国已成为全球风力发电规模最大、增长最快的市场。根据全球风能理事会（Global Wind Energy Council）统计数据，从2002年至2016年年底，全球累计风电装机容量年复合增长率为22.25%，而同期我国风电累计装机容量年复合增长率高达49.53%，增长率位居全球第一。2013—2016年，我国风电的新增装机容量、累计装机容量均列全球第一位。2006—2016年，我国风电累计装机容量及年发电量见表3.2。为了实现国家节能减排的目标，我国将继续重视清洁能源的高效利用，并着力研发新能源和可再生能源及其相关技术。风电是其中的一个重要的研发领域，未来风电行业将保持高速增长趋势。

图3.5　新疆的风电场

图3.6　上海闵行的小型风力发电机

表3.2　2006—2016年我国风电累计装机容量及年发电量

我国风电场建设始于20世纪80年代，在其后的10余年中，经历了初期示范阶段和产业化建立阶段，装机容量平稳、缓慢增长。自2003年起，随着国家发改委首期风电特许权项目的招标，风电建设步入规模化、国产化阶段，装机容量增长迅速。特别是自2006年开始，形成了爆发式的增长模式，装机容量连续4年翻番。在取得成绩的同时，我国风电产业面临的诸多问题和困境也日益显露，如风电相关的核心技术不完备、发展不平衡，同时，在产业布局、发展规划、技术创新、政策法规、标准体系等方面还存在诸多问题。另外，在实际运行中，我国风电设备质量事故频发、运行维护成本不断攀升，这说明我国的风机质量与国际先进水平仍有相当大的差距，风电设备质量和相关技术有待提高。

风电并网面临瓶颈也是我国风电面临的主要问题。首先，我国三北和东部沿海集中了我国风能的95%以上，而大部分电力需求在中东部地区，这就需要采用大规模、集中、远程、高压输送的发展模式。但风电受制于自然条件，具有明显的间歇性和随机性，无法像其他常规电源那样控制其输入和输出，进而加大了电网调度难度。特别是随着内蒙古、河北、吉林、甘肃等地风电建设规模的快速发展，配套电网设施不足的问题愈发显著。其次，目前我国风电开发成本偏高，我国尚未掌握风机设备制造的关键技术，尤其是海上风电的关键技术。最后，国家扶持政策及配套体系也有待完善。我国曾出台了一些扶持政策以促进风电发展，虽然取得了良好的效果，但是目前风电产业的服务体系薄弱，现有清洁能源的税收激励机制、风电项目的招标机制、减少碳排放的补贴机制等很不完善甚至缺失；产业管理体系、产业技术标准认证体系等尚未完全建立，仍存在管理不规范、无序开发、不合理竞争等乱象，需进一步加强政策及配套体系的规范和完善。