作者簡介
李建林博士，
中國科學院電工研究所副研究員，
碩士生導師，
中國可再生能源風能協會委員，
全國風力機械標準化技術委員會委員，
中國電氣大典可再生能源發電工程編委，
電工技術學會、
動力工程學會新能源專委會委員，
ieee會員。
進入21世紀，能源安全和環境保護已成為全球化的問題。世界許多國家把發展可再生能源作為緩解能源供應矛盾、應對氣候變化的重要措施，并制定了發展戰略，提出了明確的發展目標和相應的激勵政策。發展可再生能源已經成為許多國家能源發展戰略的重要組成部分。
1 各國政府高度重視發展可再生能源
歐盟是世界最關注可再生能源發展的地區。出于對氣候變化的承諾，歐盟將發展可再生能源作為減少溫室氣體排放的主要手段。2006年3月的歐盟首腦會議，明確了到2020年，可再生能源將占整個歐盟25國能源消耗量的20%，生物液體燃料的比例，至少要達到10%。其中一些成員國，例如瑞典和奧地利等，提出了更高的發展目標。
美國發展新能源技術的基本戰略主要是占領技術發展的制高點和建立起廣闊的市場。在這一發展戰略的指導下，美國目前不僅擁有世界領先的新能源技術開發和設備制造能力，同時也獲得了巨大的市場份額。2005年美國提出了宏大的發展目標，奠定了未來美國可再生能源發展的基調，即未來利用風電提供全美國20%的電力供應，2012年生物液體燃料比2005年增長一倍，2030年生物液體燃料將占美國車用燃料30%以上。
從全球來看，開發利用可再生能源已成為國際上大多數國家的戰略選擇。目前已經有50多個國家制定了法律、法規或行動計劃，通過立法的強制性手段保障戰略目標的實現，發展本國大的可再生能源的，并在世界競爭市場中爭占一席之地。圖1為我國風電裝機容量示意圖。
圖1 1990年-2008年我國風力發電裝機容量情況
2 可再生能源技術研發和裝備制造水平取得重大進步
綜合世界風電產業技術發展實踐和前沿技術開發進展，目前全球風能技術發展趨勢呈現如下特點：
（1）主要發展水平軸風力機技術。這種機組風能轉換效率高，轉軸較短，對大型風電機組來說經濟性更好。但其缺點是需要根據風向不斷調節機艙的方向，要有對風裝置。同時由于變速裝置及發電機布置在塔架頂端，增加了塔架的投資和安裝維護的難度。但這些缺點都不足以阻礙水平軸風力機的快速發展。
（2）從風輪到發電機的驅動方式目前主要發展三種方式，單級、多級、無齒輪箱。通過多級齒輪箱變速驅動雙饋發電機的雙饋式風電機組是目前市場上的主流產品；無齒輪箱的直驅式風電機組在市場上正在占有越來越大的份額。單級變速裝置驅動多極發電機的半直驅式風電機組，由于其設計介于雙饋式和直驅式之間，旨在融合兩者的優點而避免其缺點，因而有很大的發展前景。
（3）風電機組單機容量繼續穩步上升。通過多級齒輪箱驅動雙饋異步發電機的變速變槳距商業化的風電機組單機容量已達到3mw、5mw的風電機組也已經安裝在現場試驗運行。采用無齒輪箱的直驅式變速變槳距風電機組已可批量生產1.8mw的風電機組，4.5mw的機組也已投產。對相同輸出功率的風電機組，開發具有更大的風輪直徑、更高塔架的風電機組應用在低風速地區也是一種發展趨勢。
（4）變槳距功率調節方式迅速取代失速功率調節方式。失速調節是通過風力機葉片在高風速下氣流與葉面產生分離失速而限制功率增加的一種調節方式。失速控制的優點是葉片與輪轂之間沒有運動部件，不需要復雜的液壓系統和控制程序，在失速過程中功率波動小；缺點是需要葉尖剎車裝置，機組動態載荷較大。
變槳距功率調節是根據功率信號控制風力機葉片的槳矩角，從而改變氣流攻角來限制輸出功率。變槳距調節的優點是機組起動性能好，輸出功率穩定，機組結構受力小。缺點是增加了變槳距裝置，增加故障率，液壓系統和控制程序相對復雜。目前mw級以上大功率風電機組普遍采用變槳距調節方式。
（5）變速運行機組迅速取代恒速運行機組。變速運行方式通過控制發電機的轉速，能使風力機的葉尖速比接近最佳值，從而最大限度地利用風能，提高風力機運行效率的同時也提高了風力機的發電量。更重要的是，與恒速機組相比，變速機組在運行時增加了“網間友善”，因此目前mw級以上大功率風電機組多采用變速運行方式。
（6）發展海上風電技術。隨著風力發電的迅速發展，地面風力發電需要占用土地，影響自然景觀，對周圍居民生活帶來不便等負面影響也逐漸顯露出來。為此，將風電機組從陸地移向近海在歐洲已經成為一種新的趨勢。在海上的大型風電機組由于對噪音的要求較低，采用較高的葉尖速度可降低機艙的重量和成本。國外除對海上風電機組根據海上特點進行特別設計和制造外，對海上風電場的建設也做了很多工作，包括對海上風電場的風資源測試評估、風電場選址、基礎設計及施工、風電機組安裝等做了深入研究，開發出專門的海上風資源測試設備及安裝海上風電機組的海上安裝平臺和專門用于風電運輸的海上安裝運輸船。權威機構給出了圖2所示得風電發展路線圖。
圖2 各個階段風電的發展預測
值得我們關注的是，近年來可再生能源發電技術不斷成熟，成本逐漸接近可經濟利用的水平，可再生能源的開發和應用迅速發展，可再生能源發電技術的應用呈現出加速發展的趨勢。近10年來，風電年裝機容量增長率約30%。2005年年裝機11310mw，累計裝機58980mw。預計2010年全歐洲風電裝機將達到4000萬千瓦，2030年可達到1億千瓦。2005年世界太陽電池光伏電池組件的生產量達到1818mw，比2004年的1200mw又有大幅度提高，總裝機容量超過6000mw。比較普遍的預測認為，到2050年左右，太陽能光伏發電將達到世界總發電量的10－20％。國際能源署（iea）預測，2003年到2010年的七年間全球新增太陽能熱發電站的總裝機容量可達2250mw。iea和世界能源理事會（wec）預測，到2020年，世界太陽能熱發電將達到世界總發電量的約20％。
生物質能是一種潔凈的可再生能源，隨著石油和天然氣價格的攀升以及環境污染問題的日益嚴重，生物質能的高品位應用開始引起人們廣泛的關注。目前，生物質能源約占世界一次能源消耗的12％，在發展中國家占33％，將成為未來可持續發展能源系統的主要能源。相對于煤、石油、天然氣等化石類燃料，生物質最大的特點是資源分散，能量密度較低，收集和運輸困難。因地制宜地利用當地生物質能資源，建立分散、獨立的離網或并網生物質分布式電站擁有廣闊的市場前景。
生物液體燃料技術近年來發展很快，尤其是隨著石油價格的攀升，以玉米和甘蔗為原料的燃料乙醇技術和產業發展迅速。從2000年不足150億升，增加到2006年的 380億升 ，技術和裝備日臻成熟，呈現了規模化發展的趨勢。
近年來，隨著技術的發展和資源的限制，生產生物液體燃料的原料開始從糧食作物向非糧作物以及農林廢棄物發展。美國和歐洲都開始大量投入，研究以纖維素和木質素等為原料生產生物液體燃料的技術路線和工業實踐，估計在6~10年內有重大突破。
總之，從可再生能源的技術發展歷史以及趨勢比較來看，其技術進步和裝備制造水平的提高，為未來大規模發展提供了重要的支撐。
我國可再生能源的發展已經取得了良好的進步，有了一定的基礎，但存在的問題也十分明顯，主要是資源評估不足、技術研發滯后、產業基礎薄弱、市場保障乏力、政策制度措施不完善等。同時，由于可再生能源涉及的能源種類多，資源狀況、技術類型和技術產業化水平更是復雜多樣，除了面臨一些共同的問題之外，也面臨一些特殊的問題。這些問題一些是可再生能源所獨有的，更多的則是我國產業發展，尤其是新興產業發展中普遍存在的共性問題，例如技術研發落后、能力建設薄弱、政策支持力度不夠等等。特別是基礎薄弱，技術研發和創新乏力是我國產業發展普遍存在的問題。因此，可再生能源的發展也要依賴我國大的產業基礎和環境的支持，更需要政府政策的扶持，以及體制上的創新。
：余翰林
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