2.3 并网风力发电的价值分析
2.3.1 并网风力发电的价值分析
风能的价值取决于应用风能和利用其他能源来完成同一任务所要付出代价的差异。从经济效益角度来理解，这个价值可被定义为利用风能时所节省的燃料费、容量费和排放费。从社会效益角度来考虑，这个价值相当于所节省的纯社会费用。
（1）节省燃料 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，发电系统中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。不利的是，风能的引入将有可能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。
（2）容量的节省 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，但它表明风力发电有一定的容量储备。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。图2-10是相对容量储备值与装机容量的关系图。图2-10清楚地显示出，如果风力发电的普及水平（装机容量）增加，则其相对容量储备值将降低。
图2-10 相对容量储备值与装机容量关系图
（3）减少废物排放 风机正常工作时，不会向空气、土壤排放废物。矿物性燃料的燃烧过程则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的电能节省下来矿物燃料时，便可避免产生相当大量的污染排放物。
排放量的减少程度取决于当地发电设备的构成成分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（表2-1）。
表2-1 煤电、风电排放比较
从表2-1可以明显看出，每吉瓦·小时（GW·h）所减少的排放物并不是常数，很大程度上取决于发电装置的组成成分和每个装置的假设排放量。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排放量的技术应用到2000年几乎所有的发电设备上。因此表2-1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届时也将减少。
（4）节省的燃料、容量、运转、维修和排放费用 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。图2-11所示的情况是荷兰利用后一种方法所算排放费、容量费和燃料费逐年变化的结果。
图2-11 排放费、容量费和燃料费的逐年变化
图2-11的结果只适用于荷兰，因为节省经费的多少很大程度上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2-11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。
2.3.2 风电项目可行性研究
我国风力资源丰富，年均6m/s风速的时间可达4000h，每平方米的风能可达到300W，具备可开发利用的价值。每一公里的海岸线可开发能源达到1万千瓦。我国6000km的海岸线，可开发利用达到6000万千瓦，是长江三峡水电站的4倍。
一个3000W的风力发电机的可行性分析表明，它的投资回报期约为3～4年。项目可行性分析时，投资者应先搜集本地区的气象原始资料，如年平均风速，6m/s风速的年小时数等。因为一般以6m/s为设计标准，如果本地区6m/s风速只有2000h，就不宜选取3000W的风机，那样资金利用率低。如果本地区4m/s风速有4000h，则应选取1000W的风机，叶片选取6.8m长，风力功率与风速的3次方成正比。同时安装几台800～4000W风机，每台要相距20～30m，支架安装高度大约使风叶顶径离地最少4～5m。塔越高风越大，风机功率越大，但塔高造价高，可能不如多加一台风力发电机更经济。要通过可行性分析得出合理的结论。
由于风力变化无常，所以风力发电机要求自动化程度很高。采用微电脑控制系统控制风力发电机的转速、电机的电流和自动对风向、自动调整叶片角度，测量电网电压频率，经电脑计算判断自动投入并网。在小风、无风及电网电机异常时自动切除。