風能專家預計成本降低,更大風力渦輪機即將問世

儘管風能已經是目前最便宜的電力資源之一,但風能行業的專家預計,到2030年,更大的渦輪機將使成本降低24%。

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近年來,風能已發展成為美國最豐富的可再生能源之一。1998年至2015年間,美國新增了近74吉瓦的風能發電容量,大約相當於37,000個平均大小的現代風力渦輪機,或者超過《回到未來》中布朗博士的時間機器所需的1.21吉瓦的60倍(太棒了!)。如今,風能是美國電力供應的主要部分,2015年,有11個州的電力供應超過10%來自風能。

1998年至2015年間,美國安裝了約73,992兆瓦的風能發電容量。來源:美國能源部2015年風能技術市場報告

隨著越來越多的風力渦輪機被生產和安裝,風力發電的成本穩步下降。1980年至2015年間,美國風能的平準化度電成本(LCOE),即單位發電量產生的總資本、運營和維護成本,從每兆瓦時近600美元(每千瓦時60美分)降至每兆瓦時約50美元(每千瓦時5美分)——低於新建天然氣或煤炭發電廠的成本。


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美國風能的平準化度電成本(LCOE)從1980年的每兆瓦時近600美元的高位降至2015年的每兆瓦時不到50美元,其“學習率”為17.8%。來源:勞倫斯伯克利國家實驗室

雖然風能在80年代和90年代取得了顯著進展,但有些人猜測,風能在成本降低和技術改進方面可能已經達到了極限。但美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室對風能行業專家的調查結果表明並非如此。

這項研究也發表在同行評議期刊自然能源上,調查了來自工業界、研究機構和學術界的163位風能專家。調查樣本包括22位預先確定的“領先專家”,他們被認為具有預測風能行業未來方向的獨特資格。調查結果顯示,專家們預計到2030年,陸上風能的成本將下降約24%,到2050年將下降35%。有趣的是,預期的成本降低並非由風力渦輪機技術的根本性變化驅動,而是由越來越大的渦輪機趨勢驅動。

80年代和90年代安裝的第一批風力渦輪機的發電容量僅為0.1兆瓦,從中心輪轂/發電機到地面的高度僅為18米。如今,典型的渦輪機發電容量為2.0兆瓦,輪轂高度為82米。更高的塔架意味著現代渦輪機可以在更高的高度捕獲更穩定、更快的風。此外,可以增加轉子直徑以捕獲更多整體風力。產生的風能與渦輪機的轉子面積乘以風速的立方成正比,因此更高的塔架和更大的轉子會產生很大的差異。勞倫斯伯克利國家實驗室調查的專家預計,到2030年,典型的風力渦輪機的輪轂高度將為115米,轉子直徑為135米,總髮電容量為3.25兆瓦。

專家預計,到2030年,風力渦輪機的尺寸將顯著增加,從而使風能成本降低24%。來源:勞倫斯伯克利國家實驗室

專家調查的結果非常重要,因為它表明,風能行業的專業人士認為,製造和運輸限制不會限制風力渦輪機的尺寸,而且成本將會下降。

如果風能成本繼續下降,風能將完全擺脫對聯邦生產稅收抵免形式的政策支援的需求,並採取市場動態,使風能僅出於經濟原因就成為首選的能源發電技術——至少在存在足夠站點的地區,如美國中西部和德克薩斯州的平原。

美國最大的風力資源位於美國中西部和德克薩斯州狹長地帶的平原。隨著風能價格的下降,將風能從平原輸送到沿海地區將變得越來越重要,並且它將成為更有價值的資源。來源:NREL

隨著風能成本的下降,以及利用風力強勁的平原能源的好處增加,將風能從平原輸送到該國其他地區的挑戰將變得越來越重要。高壓輸電線路可以完成這項工作,但它們面臨著與有爭議的石油和天然氣管道相同的鄰避(不要在我家後院)問題,並且必須克服它們所經過的每個州的許可。這就是為什麼我認為需要建設輸電線路。如果我們不這樣做,那麼美國偉大的風帶將永遠無法發揮其全部潛力。

Robert Fares is a AAAS Science and Technology Policy Fellow at the U.S. Department of Energy Building Technologies Office. The views expressed are his own and do not necessarily reflect the views of the U.S. Department of Energy.

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