在德国,风力发电塔像雨后春笋似地矗立起来。由于大量的资金投入,风电在德国已经成为最主要的新再生能源。

这是一个给人印象深刻的景观:两部巨大的吊车将重达110吨的E-112型构件一块块地高高吊起(见图),好奇的人们正在观看技术人员丝毫不差地安装着世界上迄今为止体积与功率均为最大的风能设施。

2002年9月,一座120米高的混凝土风能塔矗立在德国马格德堡西南的一个风力园区。该塔就是第一座E-112型风力发电机的样机,它的高度甚至超出了许多电视发射塔。发电机有三片旋翼,每个旋翼重20吨,长52米。整套风力发电系统重达500吨。风力涡轮机的额定功率为4.5兆瓦,可向电力网提供足够的电能,满足15,000人的用电需求。研制并建造这个庞然大物的是德国Enercon公司,它是德国第一、世界第二大的风力发电设备制造商。

在马格德堡低原矗立起来的用以研究目的的风力发电机,象征着当今德国风能利用的水平。德国最早的风力发电机并网发电是在1983年。在20世纪90年代中期之前,风力发电与燃煤发电和核电相比显得微不足道。然而,联邦风能协会宣称:近几年来,许多德国风能设备制造商已经和经营商联合起来,去年各地的风力发电额定功率首次累计达到10,000兆瓦;至去年年底,全联邦的风力发电机总数已达到13,759座,总额定功率为12,000兆瓦;仅在2002年就新安装了2328座,额定功率为3250兆瓦。

根据德国电力联合会的一次初步统计,2002年德国的风力发电站发电168亿千瓦时。德国风能研究院的负责人J · P · 莫利(Jens Peter Molly)乐观地认为:“风能发电机的潜在年发电量占全部发电量的份额已从2001年的3%增长到2002年4.7%。”国际再生能源经济论坛负责人N · 阿尔诺西(Norbert Allnoch)博士说:“预计2003年将有更高更新的风能设施建立起来,其发电量将达到200亿千瓦时。在德国,风能是:继水能之后最重要的再生能源。”在世界上,德国的风力发电站建造规模仍然是无可争议的冠军。近年来。德国在世界风能利用中所占的份额在继续增大。今天位于德国斜尔特岛和加米施两地之间的风力发电设备的额定功率占到全球的近40%,而在20世纪90年代初,德国的份额仅为5%。

风力发电在全世界发电总量中所占份额是微不足道的,仅为千分之几。但是,目前欧洲一些国家在风力发电方面发展得很快。例如,西班牙在风力发电设备额定功率方面仅次于德国和美国,而在增长速度方面仅低于德、法两国。据市场专家预测,至2007年年底,从挪威的北角到意大利的西西里岛的广阔地域,风力发电机的额定功率将增大到约59,000兆瓦,这个数字是目前的两倍。在今后5年里,强大功率的风力发电站将向欧洲电力网输送100,000兆瓦电力。

在德国以及欧洲其他国家出现的风能资源利用剧增并非偶然。与传统的矿物燃料和核燃料发电相比,风能发电能够带来长期稳定的高回报率,因此投资者有利可图。自1999年德国颁布能源革新法以来,全部新建的风力发电站向电力网每输送1千瓦时电力的最低报酬为8.8欧分,在风力减弱的情况下,生产每千瓦时电力的报酬在6.0欧分和8.8欧分之间。

政府为风能技术的研发提供了支持。联邦风能协会认为,在风能技术研发过程中所付的代价并不很高:“对再生能源技术革新的支持,仅仅意味着改变国家预算资金的走向,而如果对矿物燃料发电和核能发电加大投资,势必要加重国家和纳税人的负担。”油轮遭受海损引起的费用、清除放射性污染所付的代价以及为受污染的地区付出的代价等,所有这些费用在利用再生能源的过程中是不存在的。风力发电机的实际成本与设备功率大小有关。如果全负荷工作时间延长,设备的运行成本就会下降。据欧洲风能协会预测,最近几年的风电平均生产成本几乎是以前的一半,这首先是由于对风能设备的运行进行了有效合理的管理,以及生产愈来愈多的大功率风能设备的缘故。到2020年,每生产1千瓦时风电的成本将只有3到5欧分,与传统的大型发电厂的生产成本相差无几,有些地方的风电成本已经达到了这个水平。根据联邦风能协会的调查,自1990年以来,风电成本已经降低了一半。

尽管如此,如果没有良好的输电系统,风能还是不能被很好利用。所以,两年前在法国,人们还很少谈论风能,然而在2001年夏一项法律生效了。法国的这一法律效仿德国的能源革新法,为新能源开发规定了最低价格水平,于是法国跟其邻国一样开始大力兴建风能设施。在短短的几年里,法国的风力发电机额定功率就增加了一倍。

丹麦的风能利用发展轨迹与其他国家截然不同。由于政府对于风能利用不像德国的能源革新法那样规定最低回报率,因此丹麦忠实地利用风能发电已经有很多年了。至2000年,丹麦的风力发电量占发电总量的份额已经增大到约20%。

美国于2002年也开辟了风能市场,但是布什政府还未确定,对使用风能的农场实行的税收优惠政策是否将延长到2003年以后。

德国联邦政府计划从2002年初至2030年让风电占全部电力需求的25%以上,40%的风电将来自陆上风力发电站,其余60%的风电将由规模宏大的近海风力发电站提供。

近海风能利用的潜力很大。目前,德国近海风力发电量估计每年为2.37亿千瓦时,几乎相当于当前德国风能电力需求量的一半。在英国、荷兰等国,对近海电力的需求量呈逐年成倍增长趋势。南北美洲、亚洲的沿海地区也将从强大的风能中获利。

大海中的平均风力一般较之于内陆剧烈。因此,如果将风力发电站建立在大海中,其发电效率将高出内陆大约40%。陆地上建立的风力发电设施,因常年变化不定的风况,在全负荷工作状态下,它们平均每年运转约1,800小时;近海风能发电机翼每年全负荷工作要达到3,500小时至4,000小时。

目前,全世界范围内有11座近海风力发电站在运作,另有60项风力发电工程在筹备中。在德国汉堡的联邦航海与水文地理局,正在审核29个总额定功率达60,000兆瓦的风力发电建设申请。到目前为止,有关部门批准了最早两个试验性项目:在博尔库姆岛以北45公里处的“西博尔库姆”风力园区,将首先建立起12座风力发电机;在斜尔特岛以西约35公里的布尔克风力园区,到2005年,将矗立起80座风力发电机。

联邦风能协会主席费伯鲁尔(Peter Ahmels Ende Februar)抱怨道:“海洋风能的利用已经来得晚了一些。”来自不同方面的阻力目前限制了在德国近海水域建造近海风力园区,德国自然保护联盟也为此感到惋惜,他们呼吁像建造海洋自然保护区那样在近海地区建立城镇居民风力园区。但在西博尔库姆建立风力园区的计划再次遭到当地居民的反对,因为他们担心休假岛上的风力园区可能会被油轮撞击。德国船级社不久前就已经为在北海建立的大型近海风力园区进行了一项技术风险分析,它证明了油轮撞到风力园区几乎是不可能的。

风是变化无常的。无风时段和多风交替出现,相应地,风力发电站向电力网输电的水平也会起伏不定。海洋中的风力园区向电力网输电不稳定的现象尤其明显。风力状况变化同时对所有设施产生影响。为了解决风电极不稳定的问题,必须另外建立能在短时间内运转和关闭的传统发电设施;必须着手扩建电力网,以接纳未来来自北海的巨大的近海风力园区输送过来的大量风电,并将其输送到人口稠密、工业集中的德国西部和南部。欧洲最大的联合私营电网设备公司负责电网规划的U · 拉特克(Uwe Radtke)博士说:“德国将在最近5年内成倍地增大风力发电机的额定功率。”

开创风能利用事业将推动风能技术进一步的发展。今年德国将在威廉港再建一座由Enron-Rotors公司建造的E-112型风力发电站;汉诺威的Winkra设计公司将在临北海的威廉港沿岸大约500米的水域建立第三座风电站,这将是第一次在近海环境中的尝试。具有数兆瓦功率的巨大新型风车将在海上充分利用风能,同时,Enercon-Konkurrent公司的REPower型系统将建造一座创记录的5兆瓦功率的风力发电机,在2004年春天到来的时候,第一座5兆瓦功率的风能设施将投入运行。风能利用前途远大。”

[bild der wissenschaft,2003年第5期]