PDF《风能太阳能供水技术国际动态 与前沿调查研究》

风能太阳能供水技术国际动态 与前沿调查研究 牧科所 王世锋,曹亮,朱俊峰,李亮

1 调研背景 1.

1 调研需求 能源是发展生产与提高人类生活水平的重要物质基础,能源利用技术的每一次重大突破, 都会引起生产力的巨大发展.随着国民经济的日益发展,人们对能源的需求也不断增长,近年来 平均以 5%的速度递增.解决能源危机的办法:一是降低能源消耗,提高燃烧效率;

二是开发新 能源,积极利用可再生能源.在各类可供利用的可再生能源中,风能、太阳能是一种可再生、无 污染、取之不尽、用之不竭的能源,被人们称为 绿色能源 .风能、太阳能具有广阔的发展前景. 所以, 目前世界上许多国家都把开发风能、 太阳能列为重要能源发展战略, 财政上予以大力支持, 还制定了相关的法律和法规扶持风能太阳能的开发和利用.风力提水技术、太阳能提水技术,由 于具有清洁、无污染、可再生的优点,而越来越受到世人瞩目. 风能太阳能供水技术,是一种先进、适用的新型供水技术,近年来在我国农牧区水利建设 中得到了快速的发展和广泛的应用,特别是在地域辽阔、居住分散、电网架设不便的边远地区, 基本上靠风能太阳能实现供水. 同时风能太阳能供水技术对因地制宜兴办小微型水利工程, 疏通 电网末端水利的 毛细血管 ,提高边远地区水利化程度起着重要的作用.再者风力提水、太阳能 提水人畜供水工程是我国水利建设的一项重要内容, 特别是在占国土面积一半以上的西北和广大 的牧区,人畜供水事业的发展,直接关系到该地区的经济发展和人民生活水平的提高,也是加快 我国建设社会主义新农村的战略步伐.目前这些地区仍有

2400 万人,15890 万头牲畜饮水问题 十分困难.我国有关部门对此十分重视,并加大了人畜供水的建设力度.就我国长远能源战略而 言,农村太阳能、风能将成为我国清洁能源的主力军,将是今后我国农村安全饮水、灌溉、节能 减排、低碳生活首选能源,具有广阔的发展前景. 保障和改善民生是中国发展水利的根本目标, 风能太阳能供水在我国农牧水利建设中已扮演 着举足轻重的角色.目前风能太阳能供水利用方面有:在因动力不足不能保证灌溉,制约着农业 的发展的地区利用风能太阳能提水发展灌溉农业变 旱田 为 水浇地 ,提高粮食产量;

牧区畜牧 业生产的稳定发展和草场生态的保护,依赖于风能、太阳能灌溉人工草场的发展;

北方丘陵山区 以集雨或其他微小水源为主的节水灌溉, 也是利用风能太阳能为动力提水灌溉;

发展荒漠绿洲农 业水土资源条件的开发建设地必需有灌溉作保证,同样以风能太阳能灌溉为主. 通过本次调研,查阅国外最新技术动态,针对目前我国风能太阳能供水技术存在的问题,提 炼一些研究课题, 为下一步新能源供水学科研究指明方向, 为我国边远农牧区水利事业做技术支 撑. 1.2 调研材料的主要来源 本次调研材料主要查阅美国工程索引、科学引文索引、外文期刊(CCC)等外文数据库;

国 内中文核心期刊《太阳能学报》 、 《可再生能源》 、 《中国农村水利水电》 ;

中国可再生能源网站、 网络上一些专家的观点;

承担单位过去做过该方面的大量研究和推广工作;

深入内蒙古、新疆风 能太阳能应用地区实地考察、走访,得到确切数据.

2 研究进展与展望 2.1 学科发展动向 2.1.1 风能太阳能供水发展现状 (1)风能供水发展现状 小型风力机械(供水)已经有几十年的历史,是一项成熟的技术.最早流行于

20 世纪初的 小农场、小牧场中,大多数用于风力机械提水.在美国大规模农村电气化项目启动前,许多农场 安装了风力发电机组为自己供电提水. 但是小型风能设备的普及率在美国经济衰退期间和二战后 大规模农村电气化项目启动后有所萎缩. 最近几年, 由于相当一部分人搬到农村没有电网的地区 居住,以及其它激励政策的陆续出台,小型风力发电(供水)产业再次普及起来. 小型风力发电(提水)产业在持续地发展,最成功的是用于分散家庭的小型风力发电机组, 功率往往仅几百瓦. 最大的市场是我国和蒙古的户用系统, 也包括一些较大容量的风能太阳能互 补系统,风力发电机组的单机容量为 1-50kW. 小型风力发电机组的生产和研发主要集中在北美、欧洲和亚洲,而应用几乎遍及全世界.处 于小型风力发电市场领导位置的生产企业有 Southwest Windpower (SWWP)公司(美国) ,Proven 公司(英国),Northern Power 公司(美国) ,Energrity 公司(加拿大)和Bergey Windpower 公司 (美国) . 在美国和欧洲, 大约四分之三或者更多的小型风力机组是农村使用的, 并且这一比例正在不 断上升, 单机功率较大, 一般至少在 5kW 以上. 而在我国和其他发展中国家, 大部分是 50W-300W 的独立户用系统.从2008 到2013 年,我国生产了大约

24 万台小型风力发电机,其中大部分规 格为 200W-1000W.我国无疑是一个小型风力发电机组的生产和应用大国.[1] 据小

2014 年风机世界报告所知:小型风力机世界市场持续增长:截至

2013 年底,世界小型 风力发电机组累计安装至少

806 万台.与上年

730 万台相比增长 10%.大部分的增长发生在三 个国家:中国,美国和英国,这一情况清楚地表明,世界小风力机市场仍在起步阶段.世界小型 风力发电机组累计装机台数见图 2-1. 图2-1 世界小型风力发电机组累计装机台数图 中国仍然是目前小风机装机最大的市场,

2013 年增长

70 万台, 到2013 年底累计安装共

570 万. 第二大市场美国总安装

155 万台, 明显落后于中国, 但在一些中小风电市场如英国, 加拿大, 德国,日本和阿根廷装机总数在

7000 到23

500 台. 中国对全球产能占 39%,美国为 31%,英国为 9.4 %.这三个主要市场,中国、美国和英国 一共安装 89MW.世界小型风力发电机组累计装机容量见图 2-2. 图2-2 世界小型风力发电机组累计装机容量图 小风电行业最近的趋势已经表明新的装机容量在过去的几年每年

19 - 35%的速度增长.到2015 年,达到 190MW.在这段时间内,各个国家和国际社会将小风机能够建立更严格和结构化 的标准和政策规范市场的投资和支持. 基于保守的假设, 市场随后从

2015 到2020 看一个稳定的 复合增长率为 20%.行业预计每年将达到约 480MW 的新安装容量,到2020 年达到累计装机容 量接近 3000MW.[2] 小型风力发电机组累计装机容量预测见图 2-3. 图2-3 小型风力发电机组累计装机容量预测图 (2)太阳能(供水)发展现状 据著名信息分析公司 Dataquest 的统计资料显示,目前全世界共有

136 个国家投入普及应用 太阳能电池的热潮中, 其中太阳能的应用包括大型并网电站和解决边远农村地区家庭的生产生活 用电两个方面.国外光伏产品五分之二用于提水,太阳能提水技术比较先进,如有美国所的 ARCISOLAR 公司,德国的西门子公司,其产品性能先进、自动化程度高、工作可靠.国外较先 进的光伏潜水泵生产厂家有美国的 JACUZZA 公司和丹麦的 GRUADFOS 公司, 他们推出了适用 于4寸、5 寸、6 寸井径的泵,使光伏水泵在达到最高效率的情况下最大限度地利用了径向尺寸. 在生产中应用较为先进且光伏供水普及率大于 40%的国家有以色列、印度、荷兰、德国、意大 利等. 目前,许多国家正在制订中长期太阳能开发计划,准备在

21 世纪大规模开发太阳能, 美国能源 部推出的是国家光伏计划, 日本推出的是阳光计划.日本也正在实施太阳能

7 万套工程计划 , 日本准备普及的太阳能住宅发电系统,主要是装设在住宅屋顶上的太阳能电池发电设备,家庭用剩 余的电量还可以卖给电力公司.一个标准家庭可安装一部发电

3000 瓦的系统.欧洲则将研究开 发太阳能电池列入著名的 尤里卡 高科技计划, 推出了

10 万套工程计划 . 这些以普及应用光电 池为主要内容的 太阳能工程 计划是目前推动太阳能光电池产业大发展的重要动力之一.[3] 九十年代以后, 随着我国光伏产业初步形成和成本下降, 应用领域开始向工业领域和农村电 气化应用发展,市场稳步扩大,并列入国家和地方政府计划,2002 年,国家有关部委启动了 西 部省区无电乡通电计划 ,通过太阳能和发电解决西部七省区........