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并网风力发电的价值分析

2004-04-18

  风能的价值取决于如何应用风能和用其他能源来完成相同任务所要付出的代价。从经济效益角度来理解时,这个价值可被定义为利用风能时所节省下来的燃料费、容量费和排放费。当从社会效益角度来考虑时,这个价值相当于所节省的纯社会费用。

  当风能加入到某一发电系统中后,由于风力发电提供的电能,其他发电装置则可少发一些电。这样就可以节省燃料。节省多少矿物燃料和哪一种矿物燃料,现在和将来都将取决于发电设备的构成成分,也取决于发电装置的性能,特别是发电装置的热耗率。然而,风能的引入将会使燃烧矿物性燃料的发电设备在低负荷状态下运行,从而导致热耗较高,甚至有可能导致某些设备在近乎于它的最低负荷点运行。节省的燃料的多少还取决于风 力发电的普及水平。为了计算燃料消耗的节省情况,必须把发电系统当作是一个整体来分析。荷兰已完成了这种综合分析,分析指出,在以后的10年里,由于风力发电能力的增加和更有效的矿物燃料发电站的建立,将降低单位发电的燃料消耗。

  鉴于风速的多变性,因此风力发电常被认为是一种无容量价值的能源。但实际上风力发电对整个发电系统可靠性的贡献并不是零。现实生活中存在着这样的可能,即有时得不到常规发电设备,但却有可能得到风力发电系统。当然,得到风力发电装置的可能性少于得到常规发电装置的可能性,但它表明风力发电是有一定的容量储备的。这种容量储备可以被计算出来,方法是利用统计学方法分析整个系统的可靠性和计算出有风机和没有风机的发电系统的最小的必需的常规发电能力。研究人员已弄清了各种风力发电系统的风力容量储备。以荷兰为例,通过计算表明,在2000年,1000MW的风力发电能力可以取代165~186MW的常规发电容量,也就是说,它的相对容量储备为16.5%~18.4%。对于其他国家,这个指标介于极小值和80%之间。在加利福尼亚的某些地区(如索拉诺县)这个值相对较高,这些地区的能耗与现实的风力发电能力之间具有很好的相关性。

  当风机正常工作时,不会产生排放空气、水或土壤中的物质。由于矿物性燃料的燃烧过程要产生大量的废气和废物,因此几乎所有的以矿物燃料为动力的发电系统都要产生大量的排放物。这意味着利用风机每发出1GW·h的电能所节省下来的矿物性燃料时,便可避免产生相当大量污染排放物。

  排放量的减少程度取决于当地发电设备的构成成份和所采取的减少排放物的措施。 为了计算出所减少的排放量,研究人员已做过许多努力,如丹麦的风机可使污染减少60%。1989年丹麦的2800台风力发电机构总发电量估计为500GW·h,这相当于减少了大约40000t的污染排放物(主要是二氧化碳)。荷兰的两项研究结果还估算了2000年计划的发电系统中因风力发电所减少的排放量(见下表)

排放物成分 1989年丹麦的燃煤发电站 20O0年荷兰的全部发电系统
二氧化硫 5~8t/GW·h O.25~O.40t/GW·h
氮的氧化物 3~6t/GW·h 0.8~1.1t/GW·h
二氧化碳 750~1250 t/GW·h 65O~700t/GW·h
粉尘 0.4~0.9t/GW·h  
炉灰渣 40~70t/GW·h  

  从上表可以明显看出,每GW·h所减少的排放物并不是常数,很大程度取决于发电装置的组成成分和每个装置的假设排放量。这就说明了为什么荷兰和丹麦之间的结果存在着差异。在荷兰,至少有一半的电力是由烧天然气的设备发出的,它造成的污染低于燃煤发电设备。荷兰计划将减少二氧化硫和NOx的排放量的技术应用到 2000年的几乎所有的发电设备上。因此表中荷兰的数字远远低于1989年丹麦的同类数字。

  国际上目前普遍关注全球气候变化和环境污染问题,在这种环境的影响下,预计在以后几年,以矿物燃料为动力的发电厂所产生的排放物将会减少。其结果是,因风力发电所减少的单位排放量(t/(GW·h))届时也将减少。

  根据节省的燃料、容量和排放物的多少,可以计算出利用风能所节省的费用。由此便给出了风能的利用价值指标。一般情况下往往只分析节省的燃料费和能力费用。但减少的排放物也可以转换成节省的费用。在一些研究中,节省的这些费用是通过研究因酸雨和日益增强的温室效应对动植物、材料和人类造成的损害而估计出来的。在其他研究中,则是通过评估将燃烧矿物燃料的发电厂的排放量降低到引进风力发电后的排放标准所需的技术改造费来计算所节约的排放费。下图所显示的情况是荷兰利用后一种方法所算的结果。这个结果只适用于荷兰,因为节省经费的多少很大程度要取决于该地区发电设备的构成情况及每种发电设备的性能、燃料费和容量费。从图中可以清楚地看出,随着时间的推移,因利用风能而节省的费用呈逐渐下降趋势。造成这种情况的因素是多方面的。节省的容量费下降是由于这期间风能利用得到了普及。节省的燃料费下降是因为发电设备的构成成分得到了改进,越来越多的发电站采用煤炭作燃料和采用效率更高的发电设备。相关阅读: 太阳能·风能协同海水淡化系统

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