風(fēng)能利用在美國(guó)具有悠久的歷史,大約幾個(gè)世紀(jì)以前,美國(guó)人利用風(fēng)車等裝置將大自然中的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能用來(lái)粉碎稻谷和提水。1888年,CharlesF.Brush發(fā)明的12kW直流風(fēng)力發(fā)電機(jī),是風(fēng)能利用技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)里程碑,標(biāo)志著風(fēng)能利用從機(jī)械能轉(zhuǎn)化跨入電能轉(zhuǎn)化應(yīng)用的時(shí)代。Brush發(fā)明的風(fēng)機(jī)葉輪直徑達(dá)到17m,由144個(gè)木質(zhì)葉片組成。此后的50年中,離網(wǎng)型小型獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)一直是美國(guó)風(fēng)能利用的主流技術(shù)。直到20世紀(jì)30年代,第一臺(tái)交流風(fēng)機(jī)在美國(guó)安裝運(yùn)行。然而,由于大型并網(wǎng)電力技術(shù)的高速發(fā)展而且化石燃料成本低廉,所以并網(wǎng)電力成本快速下降,成為主要的能源來(lái)源。在化石燃料壟斷的電力市場(chǎng)中,風(fēng)力發(fā)電不可能成為主流發(fā)電技術(shù),可有可無(wú)地緩慢發(fā)展。進(jìn)入70年代,能源供應(yīng)安全和化石能源枯竭的危機(jī)成為美國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)穩(wěn)定面臨的巨大挑戰(zhàn),開(kāi)發(fā)化石能源的替代能源成為包括美國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容,在這種背景之下風(fēng)電受到廣泛的注意和重視,作為先進(jìn)的能源儲(chǔ)備技術(shù),在80年代以后,進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。
20世紀(jì)80年代初風(fēng)力發(fā)電機(jī)開(kāi)始興起,到今天歷經(jīng)20年的技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)推廣,風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)成為一種重要的大型并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)。丹麥、德國(guó)、荷蘭、西班牙和美國(guó)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)發(fā)展的大國(guó)和強(qiáng)國(guó),掌握最先進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)。20世紀(jì)70年代,風(fēng)力發(fā)電機(jī)直徑只有10m,發(fā)電容量在22~35kW之間;如今的風(fēng)力發(fā)電機(jī)直徑達(dá)到80m,發(fā)電容量達(dá)到幾個(gè)兆瓦。單機(jī)裝機(jī)容量的不斷提高,促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的商業(yè)推廣。20年來(lái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)發(fā)生了很多轉(zhuǎn)變,可變角度葉片代替了固定角度葉片,直接驅(qū)動(dòng)代替了機(jī)車驅(qū)動(dòng),變速轉(zhuǎn)換系統(tǒng)代替恒速轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。除此之外,風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)不斷成熟,生產(chǎn)材料性能不斷優(yōu)化。風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)是,一是要開(kāi)發(fā)適合于海上風(fēng)電場(chǎng)的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,充分利用海上的風(fēng)能資源;其次是拓寬市場(chǎng)促進(jìn)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)展,包括出口到發(fā)展中國(guó)家的農(nóng)村地區(qū)。近年來(lái)在美國(guó),小型聯(lián)網(wǎng)機(jī)組(10kW)的應(yīng)用非常普遍。
20世紀(jì)70年代OPEC成員國(guó)減少石油產(chǎn)量,實(shí)行石油禁運(yùn),使美國(guó)人第一次意識(shí)到化石能源的供應(yīng)危機(jī),1970年地球日的大規(guī)模群眾運(yùn)動(dòng)表明能源問(wèn)題受到美國(guó)民眾的普遍關(guān)注。以此為契機(jī),美國(guó)政府積極鼓勵(lì)包括風(fēng)電技術(shù)在內(nèi)的可再生能源技術(shù)的研發(fā),應(yīng)對(duì)化石能源危機(jī)。1973年,美國(guó)能源部風(fēng)力發(fā)電機(jī)項(xiàng)目組研制出水平軸和垂直軸風(fēng)機(jī)。過(guò)去10年中,聯(lián)邦政府每年向風(fēng)電投入的研發(fā)基金約4000萬(wàn)美元。
美國(guó)共有將近70家小風(fēng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè),占全球小風(fēng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量的34%。在美國(guó)有21家企業(yè)在生產(chǎn)垂直軸小風(fēng)機(jī)。至少有10家美國(guó)企業(yè)在制造或計(jì)劃制造安裝在建筑物上的小風(fēng)機(jī)。美國(guó)制造商占全球小風(fēng)機(jī)銷售的49%,出口占美國(guó)制造商銷售的28%。美國(guó)銷售的小風(fēng)機(jī)有94%是由美國(guó)制造商生產(chǎn)的。美國(guó)銷售的50-100kW的小風(fēng)機(jī)中有四分之一是用于風(fēng)力和柴油混合發(fā)電,主要用于偏遠(yuǎn)地區(qū)。美國(guó)小風(fēng)機(jī)(容量在100kW以下)市場(chǎng)近年增長(zhǎng)了78%。這一增長(zhǎng)主要是由于私營(yíng)資本的投資使得制造能力大大增加業(yè)界預(yù)測(cè)美國(guó)未來(lái)5年內(nèi)小風(fēng)機(jī)市場(chǎng)會(huì)增加30倍。
1、美國(guó)是世界上風(fēng)力發(fā)電增長(zhǎng)最快的國(guó)家,已經(jīng)持續(xù)四年創(chuàng)下風(fēng)力發(fā)電容量記錄.
2美國(guó)大部分地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電都呈現(xiàn)增長(zhǎng),德克薩斯州處于領(lǐng)先地位,發(fā)電量為7,118兆瓦,13個(gè)州超過(guò)500兆瓦,7個(gè)州在1000兆瓦以上,3個(gè)州在2000兆瓦以上.愛(ài)荷華州和明尼蘇達(dá)州有超過(guò)10%的電力來(lái)自風(fēng)力發(fā)電.
3市場(chǎng)增長(zhǎng)刺激了制造業(yè)投資.風(fēng)力發(fā)電的增長(zhǎng)促進(jìn)了渦輪機(jī)的生產(chǎn).
4近年風(fēng)力渦輪機(jī)的價(jià)格和裝置成本持續(xù)增長(zhǎng).但是由于金融危機(jī),風(fēng)能發(fā)電需求減少,從而渦輪機(jī)的價(jià)格也降低.風(fēng)力發(fā)電績(jī)效長(zhǎng)期以來(lái)已經(jīng)有了改進(jìn),但是近幾年呈平穩(wěn)狀態(tài).
5、風(fēng)力發(fā)電保持經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力.盡管裝置成本增加了,但是近幾年風(fēng)力發(fā)電的價(jià)格持續(xù)在傳統(tǒng)發(fā)電價(jià)格以下.但是隨著近幾年批發(fā)價(jià)的下降,近期風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)地位變得更具挑戰(zhàn)性了.
世界各國(guó)不僅在風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用方面的投資將持續(xù)增長(zhǎng),而且風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè)將成為許多國(guó)家最熱門的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域,相應(yīng)的市場(chǎng)規(guī)模也將急劇擴(kuò)大。
現(xiàn)狀
美國(guó)發(fā)揮技術(shù)和裝備優(yōu)勢(shì)
據(jù)報(bào)道,美國(guó)將利用其技術(shù)和裝備優(yōu)勢(shì),使風(fēng)能發(fā)電發(fā)揮更重要的作用。美國(guó)能源部新能源管理機(jī)構(gòu)最近指出,盡管目前風(fēng)能發(fā)電僅占全美電力生產(chǎn)比重的1.5%,但這一比重在2010年可達(dá)9.5%.2020年后可達(dá)15%。
近年來(lái),美國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已有重大改進(jìn),主要表現(xiàn)在:改進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片設(shè)計(jì),普遍使用風(fēng)向傳感元件、采用自動(dòng)控制系統(tǒng),減少了人力和降低了成本。
據(jù)報(bào)道,美國(guó)政府正在大力推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè),使其成為21世紀(jì)重要基礎(chǔ)能源裝備產(chǎn)業(yè)。據(jù)預(yù)測(cè),2010年以前,美國(guó)以及歐洲將出現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備更新?lián)Q代高潮,屆時(shí)將有大批陳舊的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備被淘汰,因此風(fēng)力發(fā)電設(shè)備市場(chǎng)前景十分樂(lè)觀。
近年來(lái),美國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已有重大改進(jìn),比如改進(jìn)了風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì),普遍使用風(fēng)向傳感元件、采用自動(dòng)控制系統(tǒng)、減少了人力和降低了成本。由于采用了新技術(shù),特別是應(yīng)用新材料和電子控制系統(tǒng),美國(guó)風(fēng)力渦輪發(fā)電裝置安裝成本已從1984年的每千瓦3700美元,降至2006年的485美元,預(yù)計(jì)2008年可降到每千瓦300美元以下。1984年,美國(guó)的風(fēng)力發(fā)電成本每千瓦小時(shí)需20美分,目前是3美分,可與常規(guī)發(fā)電成本相競(jìng)爭(zhēng)。
現(xiàn)在的風(fēng)機(jī)比以往更大,效率更高,性能也更穩(wěn)定。通用電氣生產(chǎn)的1.5兆瓦風(fēng)機(jī)能同時(shí)滿足460戶人家的用電需求,高達(dá)100米(相當(dāng)于32層樓的高度),旋翼長(zhǎng)70米(比波音747飛機(jī)的翼展還要長(zhǎng))。
美國(guó)風(fēng)力發(fā)電站的建設(shè)勢(shì)頭迅猛,而另一方面,風(fēng)機(jī)制造的產(chǎn)量卻低于去年。人們期望通過(guò)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的制造能夠提供更多的綠色就業(yè)崗位,但是其前景還難以預(yù)測(cè)。為了使美國(guó)發(fā)展成為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造大國(guó),同時(shí)提供新的就業(yè)機(jī)會(huì),國(guó)家必須長(zhǎng)期致力于擴(kuò)大可再生能源的開(kāi)發(fā)利用和投資。
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