風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)和風(fēng)能塔三部分組成。其發(fā)電原理是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車(chē)葉片旋轉(zhuǎn)，再透過(guò)增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。目前全球最大風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電容量為7.5兆瓦，而大多數(shù)渦輪機(jī)的容量為1.5到2兆瓦。近年來(lái)渦輪機(jī)、葉片和變速箱等領(lǐng)域的巨大技術(shù)進(jìn)步，以及風(fēng)能塔高度的不斷增高，使風(fēng)能發(fā)電成本也不斷降低。
海上風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)電的一個(gè)新增長(zhǎng)點(diǎn)。目前全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量為100萬(wàn)千瓦，歐盟風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)到2020年風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到1.8億千瓦，其中海上風(fēng)電約為8000萬(wàn)千瓦。英國(guó)的塔奈特海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)是目前全球最大的海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，它由100多座巨型渦輪機(jī)組成，發(fā)電總量最高可達(dá)3兆瓦。
海上風(fēng)力發(fā)電具有風(fēng)力資源豐富、風(fēng)速穩(wěn)定、對(duì)環(huán)境負(fù)面影響較少等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)風(fēng)機(jī)質(zhì)量和可靠性要求很高。海上風(fēng)電機(jī)組必須能夠承受海上強(qiáng)風(fēng)、腐蝕和波浪沖擊等惡劣環(huán)境，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度和建設(shè)成本都很高。此外，海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用也很高，如風(fēng)電機(jī)組需要采取防腐處理等特別措施，也需要設(shè)計(jì)、安裝特殊的維修裝置,這些都會(huì)導(dǎo)致發(fā)電成本的增加。目前在海上風(fēng)電場(chǎng)的總投資中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)占15%到25%，而陸上風(fēng)電場(chǎng)僅為5%到10%。因此，發(fā)展低成本的海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是降低其成本的主要途徑。據(jù)世界風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，2020年海上風(fēng)機(jī)的造價(jià)將降低40%以上，發(fā)電成本也可同幅下降。
低碳化技術(shù)（CCS和CCUS）
為保證全球能夠繼續(xù)使用化石燃料發(fā)電，在未來(lái)數(shù)十年內(nèi)必須大幅降低發(fā)電廠等主要二氧化碳排放源的排放量。一方面，需要進(jìn)一步提高熱力效率改善成本效益，合理地采用熱電聯(lián)產(chǎn)和廢熱利用等途徑；另一方面，必須對(duì)煤炭和天然氣電廠及其他大規(guī)模的二氧化碳排放源（如水泥廠等）采用碳捕獲和封存技術(shù)（CCS）。
CCS是指通過(guò)碳捕捉技術(shù)，將工業(yè)和某些能源產(chǎn)業(yè)所生產(chǎn)的二氧化碳分離出來(lái)，再通過(guò)碳儲(chǔ)存手段，將其輸送并封存到海底或地下等與大氣隔絕的地方。碳捕獲和封存分為三個(gè)階段：捕獲階段，從電力生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)和燃料處理過(guò)程中分離、收集二氧化碳，并將其凈化和壓縮。目前采用的方法是燃燒后捕獲、燃燒前捕獲和富氧燃燒捕獲；運(yùn)輸階段，將收集到的二氧化碳通過(guò)管道和船只等運(yùn)輸?shù)椒獯娴?；封存階段，主要采用地質(zhì)封存、海洋封存和化學(xué)封存三種方式。
目前CCS技術(shù)仍處于試驗(yàn)階段，因其成本過(guò)高而難以大規(guī)模推廣。據(jù)麥肯錫咨詢公司估計(jì)，捕獲和處理二氧化碳的成本大約為每噸75到115美元，與開(kāi)發(fā)風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的成本相比并不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外，由于被捕獲的二氧化碳缺乏良好的工業(yè)應(yīng)用，封存是碳捕捉的最終路徑。CCS技術(shù)的普及與二氧化碳的排放價(jià)格也密切相關(guān)，當(dāng)二氧化碳價(jià)格為每噸25到30美元時(shí)，CCS技術(shù)的推廣速度將會(huì)加快。2012年5月，由歐盟資助的目前世界最大的碳捕獲和封存示范工程在挪威建成，其總投資為10億美元，設(shè)計(jì)能力為年捕獲二氧化碳10萬(wàn)噸。
如果利用CCS技術(shù)將現(xiàn)有煤焚電廠進(jìn)行技術(shù)改造，可以捕獲其二氧化碳排放量的90%，但所需費(fèi)用相當(dāng)于重新建造一座電廠。此外，發(fā)電廠生產(chǎn)的電力將有20%到40%被用于二氧化碳的分離、壓縮和輸送。因此，只有那些最具有超臨界或超超臨界機(jī)組的發(fā)電廠采用這種技術(shù)才比較合算。全球知名的埃森哲咨詢公司曾對(duì)配備碳捕獲和封存設(shè)備的發(fā)電場(chǎng)的成本進(jìn)行預(yù)估，結(jié)果顯示到2020年，將現(xiàn)有電廠翻新配備碳捕獲設(shè)備并將捕獲的碳加以封存，將使每度電的成本增加約3美分，使其成本增加為8美分左右，接近于2015年風(fēng)力發(fā)電和2050年太陽(yáng)能發(fā)電的預(yù)估價(jià)格。由于碳捕獲和封存的成本仍高于國(guó)際上的碳交易價(jià)格，而配備碳捕獲與封存設(shè)備將使燃煤發(fā)電廠的成本提高，因此除非政府提供補(bǔ)助，或開(kāi)征高額碳稅以增加廠商的經(jīng)濟(jì)誘因，否則碳捕獲與封存尚難以產(chǎn)生具有利潤(rùn)的商業(yè)模式。
基于此，開(kāi)發(fā)碳捕獲、利用和封存技術(shù)（CCUS），探索利用二氧化碳進(jìn)行油氣增產(chǎn)和地?zé)嵩霎a(chǎn)的相關(guān)技術(shù)途徑，將成為一個(gè)具有吸引力的方向。研究人員可以利用高清晰仿真模擬技術(shù)來(lái)研究先進(jìn)的CCS和CCUS，以減少小規(guī)模示范性工程向大型實(shí)用化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，加快工業(yè)界采用這些技術(shù)的進(jìn)程。
