一篇风力发电文章， part 1

本文来自“Elsevier中国”


风力和其他可再生能源-电网能够容纳多少？

风能是一种强有力的能源— 无论是在欧洲西北部和英国还是在其他地方。然而人们却仍然为它争论不休，焦点在于风力的可靠性和间歇性，以及当越来越多的风能和其他可再生能源并入现有电网时所需储备用电的种类和规模。乔治•马什(George Marsh)为您做出述评。


观点五花八门，从“风能发电根本是在浪费时间因为你还需要从常规电厂储备好100%的备用电”到“如果你能聪明地把足够广阔的区域中所有的能源合并起来，就只需要很少的备用电”。要从这两个极端的观点中间找出真相并不容易。


怀疑者
反对风能的人称需要在常规的备用电力尤其是燃气涡轮机上花费大量资金。因为这种发电设备反应敏捷，这对跟踪风力发电的峰谷波动的调节是有些益处的。但是这种设备只有连续地在全负荷运行下才能有足够高的效率。尤其对先进的联合循环燃气涡轮机(Combined Cycle Gas Turbine, CCGT)来说，如果反复停机和启动或者经常改变输出功率，就会导致热疲劳和机械疲劳。这就增加了维护成本，并且使得联合循环燃气涡轮机在调节峰谷方面反而不如老式低效的燃气涡轮机有用。 反对者继续称，无论如何首先从备用设备中产生的碳排放将抵消使用风能带来的降低排放的效果。有些人强调大规模的风力连接到输电网时尖峰会带来的危害。就是说，因为风力发电机的输出通常与风速的立方成正比，所以风速的微小变化会就对输出有很大的影响。一个密集的兆瓦级风力电厂中产生的尖峰可能每分钟达到兆瓦级。这样就很难保证对电网供电的稳定性。这种情况甚至有时会变得更恶劣，比如当大面积地区无风或者暴风雨导致大规模的发电机自动关机。

廷道尔气候变化研究中心(Tyndall Centre for Climate Change)在一份新的报告中称，“为了解决供电间歇的问题，需要保留相当一部份常规电厂以确保电力供应”。然而，他的研究人员也总结道， 至少20%的风力发电是不需要过多的额外运行成本的。在此之上，他们承认成本会急剧增加，至于是否值得要在很大程度上取决于常规燃料的价格。


这个观点代表着大多数专家的共识，就是说仅20%的容量由风力供给就不会导致太大的难题。但是过了这个临界点之后，对电网带来的问题就会加剧，至少目前是如此。主要由于现在的电网是依赖于化石燃料发电作为主要来源，因此它们都设计成为仅适合稳定且可预测的电力。反对者认为，为了改造电网使之成能够适应来自可再生能源的间歇的供电，这当中的成本会使得这样的能源无利可图。还有其它的方面，比如供电的高峰和需求的高峰不一致。以英国为例，除非能够把电力存储或者出口，在温暖的夏天夜晚必须把发电机关闭。这又为利用风能增加了成本。

上面总结的一些反对风力发电的观点是在技术方面。另外还有一些常见的反对观点是有碍观瞻、涡轮机噪声、对鸟类的危害、雷达干扰、不宜人以及航行上的阻碍（近海区域）等等。但实际上，上面介绍的这些问题对风力发电的前景是最有影响的。


对怀疑的反驳
风能的支持者自然会强烈地对上述的观点逐条驳斥。如果把储备方案局限在以燃气涡轮机供电为主的有限的选项中，就会忽视生物质热电联供(Combined Heat and Power ，CHP)、不同相的可再生能源如太阳能、波浪能和潮汐能，以及一些“可靠”的可再生能源比如水力和地热的潜力。例如丹麦已经能够利用跨过挪威边境的电网从风中采集五分之一能源供给。反过来说，挪威则通过在风力不足时出口其丰富的水力发电，而其它时间停运水力电厂并消化来自丹麦的风力发电，使两国的电力供应都得到稳定。针对供电尖峰的问题，智慧能源公司（Smartest Energy）的蒂姆•福斯特（Tim Foster）于一月在英国米尔顿•凯恩斯（Milton Keynes）的开放大学（Open University）举办的一次关于风力变动问题的研讨会上讲到，虽然这些顾虑是对的，但是如果今天突然把常规的大型电网立即改掉，会产生更大的问题。

英国风力能源协会（British Wind Energy Association）和其它权威机构认为通过并网来平衡供电的变动是很有效的。据他们称，平衡电网的难题可以通过接入来自广大地域的风力发电机的输出来得到缓解。再以英国为例，开放大学的鲍勃•阿弗瑞特博士（Dr.Bob Everett）在其2005年新技术和技术评估网络( Network for Alternative Technologies and Technology Assessment，NATTA)题为“英国电力系统- 庞然大物的转变”的报告中称，地点的多样会有帮助，因为如果一处没有风，另一处就可能会有。即使是在大范围的夏日高气压也很少会导致全英国从南到北都没有风力。虽然国土东西向跨度小，也不会完全没有风力，因为当低气压扫过全国的时候风会一阵阵地横穿东西。由政府委派的一项包含考察35年来气象记录的研究表明在这期间全英国都没有完全无风的时期。而且，如牛津大学的环境变化研究所（Environmental Change Institute）的格雷厄姆•辛登（Graham Sinden）所称，全英国的风力能源不是随机的，而是在需求最高的时候达到顶点，尤其是冬季的白天。

平均分布
要把风力发电机安置到足够广阔的地域需要有效的国家计划政策，并加强英格兰、苏格兰和爱尔兰的电网连接。在这方面，伦敦列风力电厂（London Array）位居东南是有利的，这样可以平衡陆地和近海风力都很资源丰富的西北地区的电力。由于欧洲大陆和北欧国家之间国土相连地域辽阔，可以考虑实现更多样的地域和电网连接。而因为风会跨越国境线，所以这个问题需要国际间的计划和政策。但是由于有了欧盟以及其他区域性组织，必备的政治框架已经存在。在欧洲大陆西部的电网已经作为整体统一协调运行，其电力在整个欧盟中进行交易。类似的电网扩展方案也可以在世界其它地区考虑实行，尤其是远东地区和美洲地区。