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日本风力发电发展概况:“风力发电”技术交流研讨会侧记

供稿人:ISTIS  供稿时间:2007-1-8   关键字:风力发电  日本  技术  
2006年12月29日,上海能源化工协会、上海电力编辑部主办了“风力发电”技术交流研讨会。会上,以日本东京大学荒川忠一教授为主,介绍了日本风力发电研发的主要技术方向和日本风力发电现状。本文就其谈话内容及其发表在《日本机械学会誌》2006年第七期的“风力发电,Wind Power”一文,试析日本风力发电的发展状况。
行业:现状与目标
日本曾有一度流行“日本没有风,东京没有风”的观点,致使风力发电技术起步晚,早年发展速度也较慢。但据调查,日本不少地区年均风速都在6m/s之上,因此制定了2010年风机装机容量达到3GW的目标。近年的发展逐渐提速,相应的技术也正在研发中。日本1989-2004年度装机容量增长情况见下图。
 
数据出处:《日本机械学会誌》2006,(7)  “风力发电,Wind Power”,上海科技情报研究所收集整理
 
到2004年底,日本风电机组增加到了900台,将近1GW。而据荒川忠一会上介绍,目前日本累计风力发电装机量已超越1GW。这样的发展状态归功于日本RPS法——新能源等电气利用法等法规的保障,日本新能源和产业技术综合开发机构NEDO以及现场调试技术的共同支持。截至2005年底,亚洲地区风电装机容量最高的三位是印度、中国和日本。
 
NEDO2004年的委员会报告表明:日本正进行风力发电的宏伟规划,待2010年风机装机容量实现3GW的目标之后,还大力发展海上风电,拟在2020达到10GW,2030年达到20GW。日本根据国内的风力资源推测可开发的风电容量达30GW。但还有后续电力系统入网,海上风机的渔业权等问题有待解决。
 
此外,产业界也积极行动起来,4家制造商和日本东京大学2个院系一起成立了可持续发展研究协会,并制定了电力能源利用的远期规划,详见表1。
 
表1:日本可持续发展研究协会就电力能源利用的远期规划
 
2030年
2050年
2100年
石油
1/2
1/3
0
核能
1/4
1/3
1/2
可再生能源
1/4
1/3
1/2
数据出处:《日本机械学会誌》2006,(7)  “风力发电,Wind Power”,上海科技情报研究所收集整理
技术:难题与进展
荒川忠一教授研究的是“基于气象预测的系统”,是日本风电技术发展的亮点之一。该系统利用从风场得来的在线数据和气象局提供的数值气象数据,按需综合地形、粗度、风机分布等详细的数据,建立新模型来预测发电量。主要方法——次日预测法,是在早上6点预测第二天24小时的情况,其精度高于持续模型约30%;当日预测法是每30分钟预测24小时的情况,其精度高于持续模型约20%,绝对误差在15%之内。在进行了这样可靠性很高的发电量预测系统下,可以减轻电力公司调整的负担,促进风机的入网。
 
类似的系统,已由丹麦、德国、西班牙等地开发,对风机的入网起了积极的效果。但是,欧洲地形平坦,在流体力学中线形近似模型就可以达到很好的预测效果。而日本则面临地形复杂,大多是非线性近似这样的问题,不能直接使用欧洲开发的预测系统,荒川忠一介绍,需要设计适合日本的模型。
 
日本其它风力发电方面的研发工作包含开发适合日本地理环境的新型风机。三菱重工的2.5MW机组适合于风力较弱的地区,富士重工的2MW机组适合于山岳地区,采用上行风下亦能保持机组性能的下行式机器。这两种机型都带有长期停电也能使回转仪退回安全位置的机构。在1kW的小型机组(名称:Airdolphin Mark-Zero,适合高原地区民用,制造成本高但安装成本低)或10MW的大型机组中,都在考虑应用碳素纤维材料,因为该材料质量轻,强度高,有助于提高机组整体性能。
 
关于海上风力发电用机组,目前研究的是水深20米的着底式风机,今后将逐步向水深100m的目标挺进。技术研发方面,主要同丹麦的risoe实验室Vestas公司密切合作。近来“漂浮式海上风力发电”成为引人注目的研发内容。图2为“漂浮式海上风力发电”的概念图,制造3台大型风机组合的扶梯结构,尽可能减少制造成本。
 
图2:日本漂浮式海上风力发电概念图
数据出处:《日本机械学会誌》2006,(7)  “风力发电,Wind Power”,上海科技情报研究所收集整理
上海海上风电场:借鉴与思考
当前,我国海上风电场建设已拉开序幕,首个海上风电场已定址于东海大桥畔,具体范围为东海大桥东侧600m~2200m、距南汇岸线4km~14km范围内。上海面临着海上风能资源评估、海上风电机组设计和制造技术、技术标准体系、海上风电场设计和施工技术、海上风电建设的技术和管理人才等各种问题。
 
而日本与上海的地理位置相比有不少相似之处,他们所研究的机组抗台风技术也是欧美国家设计时不曾考虑的。因此,日本风力发电技术的新进展值得我们实时跟踪研究。这对促进自主知识产权的海上风电机组设计和制造技术的发展,早日实现我国海上风电的规模化具有现实意义。
 

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