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美国能源部20%风能目标可行性报告:摘要与总论

供稿人:吴春莹  供稿时间:2008-7-16   关键字:美国能源部  风电产能  
编者按:今年以来,石油价格扶摇直上,连续刷新其历史高点。在此形势下,世界各国,尤其经济发达国家,开始重新审视各自的再生能源发展战略。2008年5月,美国能源部发布报告,研究于2030年实现风电产能份额占到国家电力需求量20%这一目标的可行性。本文对该报告内容作一提纲挈领的阐述,以供借鉴。
 
该报告内容共分6个章节,分别为:1、摘要与总论;2、风力发电机技术;3、制造业、原材料与资源;4、美国电力系统的传输与并网;5、风能选址;6、风能市场。各章节之间互有联系,承上启下。为实现20%风电的目标,需要改进风机技术以产生风能,并有效改造传输系统以通过电网传输,以及开拓购买和使用风能的市场。与此同时,这些在能源产生和传输过程中的实质性改变将牵涉到制造业、政策发展和环境法规的协助变革。图1显示了该报告内容框架。
 
图1
 
 
笔者将分别简要介绍上述六方面的内容,本文是其第一章节,摘要与总论。
评价目标
2030年实现风电产能份额占据国家电力需求量的20%,届时美国风电产能将由2006年的11.6 GW激增至305 GW。图2显示了为实现20%风电目标所需的美国风电产能(GW)的增长。图3表明至2030年的年度和累积装机容量(GW)。
 
图2                                                       
 
图3   
 
考察的关键问题
  • 国家是否具备充足的风能资源?
  • 风力技术的必备条件是什么?
  • 是否存在充足的制造容量?
  • 若干关键影响是什么?
  • 电网能否容纳20%的风电?
  • 环境影响和效益是什么?
  • 目标是否可行?
 
评估参与者
  • 美国能源部(DOE)
          -能源效率和可再生能源办公室(EERE),电力提供和能源可靠性   办公室(OE),电力市场管理局(PMAs)
          -国家可再生能源实验室(NREL)
          -劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)
          -圣地亚国家实验室(SNL)
  • 博莱克·威奇(Black & Veatch)工程咨询公司
  • 美国风能协会(AWEA)
          -主要风力制造商和供应商
          -开发商和电力公司
          -风电行业的其他组织
 
风能配置系统模型的假定
  • 假定其他可再生能源在美国电力供给中所占的份额保持2006年的水平。
  • 假定成本在未来20年将减少10%,容量因子将增加约15%(对应风电装置年产能增长15%)。
  •  假定未来的环境研究和许可要求不会对风力技术产生显著的费用增加。
  • 风能配置系统模型采用的假定取自众多资料来源。这些假定包括所有发电技术的未来成本和性能、传输系统扩充成本、风力资源在美国内陆作为地理位置函数以及风力发电预计成长速度的预测。
  • 假定新的传输费用在起运企业和地方纳税人之间分摊。
  • 假定现有电网容量的10%可用于风能。
  • 假定在特定区域,发电技术能满足当地负载的要求。
  • 为在2030年达到20%风能的目标,国家层次每年规定的风能产出
          -扶持风能配置加速发展的稳定的政策环境;
          -不改变当前政策以优化经济发电的收支平衡;
          -技术成本和性能假定,以及影响直接电力系统成本的电网扩充和运转假定。
  • 预计到2030年,陆上和海上风能技术成本降低,性能得到提高。
  • 2005年至2030年间,化石燃料技术成本和性能普遍固定。
  • 预计到2030年,核技术成本降低。
  • 在北美电力可靠性委员会(NERC)区域层次计算预存和产能的差额,如有需要,增加新的传输容量。
  • 风力资源作为不同来源的地理位置的函数。
  • 基于年度能源展望的预计电力需求量、资金假定和燃料价格。
 
预计影响
  •  环境:消除空气污染,减少温室气体排放,减少发电过程中的用水量。图4显示,至2030年年度减少CO2排放量将达到8.25亿吨,累积减少排放合计76亿吨。图5表明,减少的CO2排放量将与电力部门排放量的预计增长几乎持平。
图4
图5
       
  • 美国能源安全:使电力组合多样化,不受限于燃料易变而有稳定价格的本土能量来源。图6显示了在有无风能供给的两种情况下,美国电力能源的组合。图中可见,煤炭在能源组成中占据稳固的主导地位,但随着风能的加入,与天然气所占比重同步降低。
 
图6
 
  • 能源消费者:风电潜在地减少了对化石燃料的需求量,进而降低燃料价格,并稳定电费。
  • 当地经济:为风力开发区域的郊区土地所有者和当地社区分别创造新的收入来源和税收。
  • 美国工人:为制造业、工程、建筑、运输和金融服务等依托风力开发的部门提供高薪工作。新型制造业将促使风力行业供应链显著发展。
  • 节水:累积减少电力部门用水量的8%(4万亿加仑)。图7显示了在实现20%风电目标的进程中国家的节水情况。
 
图7
 
主要挑战
  • 投资国家传输系统,由此将产生的能量传送至需要增加供给的城市中心。图8显示至2030年包括风能在内的所有新型发电所需的美国传输系统的扩充。图9描述了容纳400 GW风能的概念传输设计。
 
图8
 
图9
 
  • 更大的电力负载平衡区域,协同更好的地区规划,使得区域能够依靠包括风力在内的多种能源发电。图10表明,至2030年,风电的实质性发展将覆盖美国的46个州。
 
图10
      
 
  • 通过技术进步和制造能力的改进,持续降低风电成本,并提高风机性能。图11显示了有无风电供给的成本比较。基于燃料可用性和环境限制无较大变化的假定计算,实现20%风电目标所增加的投资成本适中,差值约为2%。
 
图11
        
 
  • 考虑到当地方位、野生动植物和环境问题的选址。
 
结论
报告阐述了与20%风电目标显著相关的成本、挑战和影响。本章节描述的因风力在规模和速度上的发展而带来的正面影响,在传统商业模式的将来是不可能实现的。这一目标的达到,将涉及国家对清洁、本土能源的较大投入,使室温气体和其他环境污染物降至最小化。

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