中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：風(fēng)力發(fā)電作為人類(lèi)探索使用清潔能源的標(biāo)志性產(chǎn)品，有著悠久的歷史。在我國(guó)，發(fā)展最快的是大型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，年增長(zhǎng)幅度都在20%以上。而小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用在過(guò)去由于配套技術(shù)的限制，遠(yuǎn)沒(méi)有大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)成熟，隨著電子技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的提高，小型風(fēng)力發(fā)電近年來(lái)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。筆者想就小型風(fēng)力發(fā)電的健康發(fā)展提一些看法，供大家參考。
（本文作者：胡大林 郵箱：[email protected]）
風(fēng)力發(fā)電作為人類(lèi)探索使用清潔能源的標(biāo)志性產(chǎn)品，有著悠久的歷史。隨著化石能源的日益減少以及過(guò)度使用化石能源對(duì)地球環(huán)境造成的嚴(yán)重破壞，人類(lèi)從未像今天這樣對(duì)使用清潔能源有著如此的迫切。
風(fēng)力發(fā)電是目前人們所掌握的清潔能源獲取技術(shù)當(dāng)中，從環(huán)境友好性、技術(shù)成熟度、獲取成本等方面來(lái)看是最好的。在我國(guó)，發(fā)展最快的是大型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，年增長(zhǎng)幅度都在20%以上。
大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)風(fēng)能資源有相當(dāng)高的要求。而單機(jī)功率在100kW以下的小、微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于有使用范圍廣、投資小、對(duì)資源要求不高等特點(diǎn)也得到了快速發(fā)展，大家看得比較多的是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在偏遠(yuǎn)地區(qū)的家庭使用和城市道路以及景觀(guān)照明使用等。
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用在過(guò)去由于配套技術(shù)的限制，遠(yuǎn)沒(méi)有大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)成熟，隨著電子技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的提高，小型風(fēng)力發(fā)電近年來(lái)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。同其它任何事物一樣，過(guò)速發(fā)展所帶來(lái)的隱患常不為人知。筆者想就小型風(fēng)力發(fā)電的健康發(fā)展提一些看法，供大家參考。
一、 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)
一般人想象中，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)不是什么非常重要的產(chǎn)品，談不上什么技術(shù)難度。但就本人看來(lái)，小風(fēng)電和大風(fēng)電相比，還是有其自己的特點(diǎn)的。要想做出一款真正的好的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)或系統(tǒng)，難度的確不小，分析如下;
1、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)與大型并網(wǎng)風(fēng)機(jī)各有不同的用途，大型風(fēng)機(jī)是以向電網(wǎng)提供大功率的電能輸出為目的，所以對(duì)工作環(huán)境可以提出苛刻的要求，因此是根據(jù)設(shè)備選定使用地點(diǎn)。而小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是以就近使用清潔能源、解決電網(wǎng)傳輸不到的地區(qū)用電為目的，因此是根據(jù)使用地點(diǎn)選定設(shè)備。
2、在人口密集區(qū)，風(fēng)能功率很小。根據(jù)中國(guó)氣象局十年的統(tǒng)計(jì)，除新疆、西藏、內(nèi)蒙以及沿海地區(qū)外，其它地方年平均風(fēng)速都是在2~4m/s左右，因此要讓小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在這些地區(qū)有效的使用，就必須解決低風(fēng)速發(fā)電的問(wèn)題。
3、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一直沿用大風(fēng)機(jī)的參數(shù)定義標(biāo)準(zhǔn)，額定基本參量為12m/s風(fēng)速。這使得設(shè)計(jì)者和使用者都不同程度的出現(xiàn)誤區(qū)，設(shè)計(jì)人員往往注重大風(fēng)保護(hù)的設(shè)計(jì)而忽略低風(fēng)速發(fā)電的重要性;使用者往往不理解不同風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力特性而出現(xiàn)系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)不足。
4、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用的場(chǎng)合離人眾的的活動(dòng)距離通常較近，且量大面廣，因此對(duì)風(fēng)機(jī)的安全性要求非常高。
5、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)受價(jià)格限制，不能采用昂貴的材料和復(fù)雜的控制手段來(lái)解決安全可靠性問(wèn)題。
6、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常沒(méi)有專(zhuān)業(yè)的安裝維護(hù)人員對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的安裝、保養(yǎng)和維護(hù)。
7、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)環(huán)境資源不能有苛刻的要求，因此要兼顧低風(fēng)速有效發(fā)電和大風(fēng)可靠保護(hù)這對(duì)矛盾的統(tǒng)一。
8、由于沒(méi)有固定的退役機(jī)制，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用壽命應(yīng)盡可能的長(zhǎng)，并且在壽命期終止時(shí)應(yīng)能夠安全的失效，不會(huì)因失效而對(duì)環(huán)境和人造成安全隱患。
二、 國(guó)內(nèi)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀
由于缺乏專(zhuān)用的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)規(guī)程，現(xiàn)在的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)大部分套用大風(fēng)電的標(biāo)準(zhǔn)及定義，不少?gòu)S家甚至利用消費(fèi)者對(duì)風(fēng)電的不熟悉，亂標(biāo)功率參數(shù)來(lái)誤導(dǎo)消費(fèi)者。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，為降低成本，不考慮使用壽命，采用小容量的蓄電池等，最終造成系統(tǒng)工作一段時(shí)間后便失效，致使用戶(hù)失去信心。
筆者覺(jué)得，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般用于離網(wǎng)環(huán)境，和用電設(shè)備共同組成一個(gè)系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將風(fēng)資源與用電設(shè)備的匹配設(shè)計(jì)最為重要。小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)用于漁民漁船、魚(yú)排、偏遠(yuǎn)地區(qū)的小功率用電設(shè)施以及北方地區(qū)的農(nóng)村家庭供暖等比較合適。特別是供暖，在北方地區(qū)，冬季日照時(shí)間短，風(fēng)大，因此用風(fēng)力發(fā)電來(lái)供暖從資源利用上是最匹配的。此外用儲(chǔ)熱來(lái)代替儲(chǔ)電也能大大降低系統(tǒng)的初裝成本及日后的維護(hù)費(fèi)用。
三、 對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)路燈的異議
國(guó)內(nèi)曾風(fēng)行過(guò)一段時(shí)間的風(fēng)光互補(bǔ)路燈，依本人看來(lái)，完全是一種概念炒作，是為迎合政府的節(jié)能減排的概念而出的，你現(xiàn)在能看到三年后還在正常運(yùn)行的一整條路的路燈嗎?我認(rèn)為風(fēng)光互補(bǔ)路燈最主要的問(wèn)題有以下幾項(xiàng);
1、安全問(wèn)題：小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片一般都是工程塑料制品，抗老化能力差。到了一定時(shí)間，葉片根部將失去強(qiáng)度，葉片會(huì)在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下飛出去，很容易造成行車(chē)事故。此外，路邊旋轉(zhuǎn)的葉片也會(huì)造成司機(jī)的注意力轉(zhuǎn)移，形成安全隱患。
2、系統(tǒng)壽命：風(fēng)光互補(bǔ)路燈的關(guān)鍵部分是依靠蓄電池來(lái)儲(chǔ)能，鉛酸電池的壽命在2年左右即開(kāi)始失效，更換的成本很高。所以政府花大價(jià)錢(qián)裝的風(fēng)光互補(bǔ)路燈大部分用了一段時(shí)間后便成了廢棄物，最后還是換回常規(guī)路燈。
3、亮燈率難以保證：風(fēng)光互補(bǔ)路燈由于各處的風(fēng)光資源不一樣，因此造成各個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電量有很大差別，因此無(wú)法保證每桿路燈的亮燈時(shí)間。
4、維護(hù)難度大：由于每桿路燈都是一套獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)，并且各廠(chǎng)家的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無(wú)法兼容，因此，對(duì)于路燈管理部門(mén)來(lái)說(shuō)，對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)路燈進(jìn)行維護(hù)實(shí)際上是不可能的事情。在保修期內(nèi)主要依靠廠(chǎng)家進(jìn)行維護(hù)，過(guò)了保修期后，也就沒(méi)人管了。因此，現(xiàn)在難以看到有長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的成功案例。
四、 對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展建議
1、重新定義和統(tǒng)一小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)很有必要。
2、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)目前還不完善，尤其是對(duì)安全性的要求。多年來(lái)，國(guó)際風(fēng)電界只注重對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究，而對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究偏少，加上小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用的廣泛性不強(qiáng)，所以經(jīng)驗(yàn)積累也少。
3、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用環(huán)境決定了它必須是高可靠性的運(yùn)動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品，同時(shí)，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用的環(huán)境惡劣(包括臺(tái)風(fēng)、高低溫、沙塵、鹽霧、紫外線(xiàn)、雷擊等)。制定小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)一款安全可靠的風(fēng)機(jī)或?qū)⑸婕暗娇諝鈩?dòng)力學(xué)、材料力學(xué)、電機(jī)學(xué)、材料成形、表面處理、結(jié)構(gòu)力學(xué)、電力電子學(xué)等領(lǐng)域，這不是一個(gè)企業(yè)或一個(gè)科研院所所能勝任的。因此，政府部門(mén)發(fā)揮政府的職能優(yōu)勢(shì)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。如可能，可以參照我國(guó)50年代電度表的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，綜合各方面的專(zhuān)家和試驗(yàn)條件，進(jìn)行全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)，推出基本型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，供廠(chǎng)商有償使用。各廠(chǎng)商可在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)自己的特色風(fēng)機(jī)。
4、額定轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)，高速風(fēng)機(jī)的效率要比低速風(fēng)機(jī)的要高，但在低風(fēng)速區(qū)效率反而不好，力矩特性也差。國(guó)外公司喜歡設(shè)計(jì)高風(fēng)速的風(fēng)機(jī)，這就是按常規(guī)思維的設(shè)計(jì)方式得出的結(jié)果。沒(méi)有考慮低風(fēng)速的發(fā)電性能和低風(fēng)速在全年內(nèi)所占的時(shí)間比重，此外還有葉片高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所帶來(lái)的安全隱患。我個(gè)人認(rèn)為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)該以強(qiáng)調(diào)低風(fēng)速下的發(fā)電性能為主要方向，用年發(fā)電量來(lái)考核也許就能說(shuō)明問(wèn)題了。此外，低速旋轉(zhuǎn)的葉片由于蘊(yùn)含的動(dòng)能要小得多，因此葉片斷裂后所造成的安全隱患要也要小很多。
5、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力特性與配套的電子控制器有直接的關(guān)系，一款合適的控制器不僅可以做到對(duì)風(fēng)機(jī)的可靠保護(hù)，同時(shí)也應(yīng)該能讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)在各種工況下都能發(fā)揮最佳的效率。目前設(shè)計(jì)控制器的人員極少有了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性的，他們都是把風(fēng)力發(fā)電機(jī)當(dāng)成常規(guī)電機(jī)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此很難達(dá)到理想的結(jié)果。
6、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)不是一個(gè)最終產(chǎn)品，它必須和控制設(shè)備和用電設(shè)備組成系統(tǒng)后才能體現(xiàn)出它的使用價(jià)值。只有合理的配合設(shè)計(jì)才能發(fā)揮各自的優(yōu)越性。也只有這種統(tǒng)籌設(shè)計(jì)才能設(shè)計(jì)出高可靠性、高效率、低成本、易安裝、免(少)維護(hù)的系統(tǒng)。
五、 總結(jié)
近年來(lái)，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為一個(gè)易于為人們所接受的清潔能源產(chǎn)品，已越來(lái)越多的出現(xiàn)在人們的視線(xiàn)內(nèi)(如風(fēng)光互補(bǔ)路燈這類(lèi)典型應(yīng)用系統(tǒng))。也正是看到它美好的前景，諸多廠(chǎng)商和投資者一哄而上，紛紛上馬小風(fēng)機(jī)項(xiàng)目。令人憂(yōu)慮的是，誰(shuí)也沒(méi)有關(guān)心它的安全隱患，一旦出現(xiàn)安全事故，將是對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電這個(gè)擁有美好前景的產(chǎn)品一個(gè)致命的打擊。
隨著生產(chǎn)和使用的數(shù)量增加，這種風(fēng)險(xiǎn)將變得越來(lái)越大。因此，我們這些新能源從業(yè)者應(yīng)本著未雨綢繆的心態(tài)，克服浮躁心理，沉下心來(lái)做好基礎(chǔ)工作，將小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作做好。不要忽悠客戶(hù)，要正確引導(dǎo)客戶(hù)客觀(guān)正確的建設(shè)使用它，只有這樣，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)才有光明的未來(lái)。
本人從事小型風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的時(shí)間不長(zhǎng)，深信小型風(fēng)力發(fā)電將會(huì)普及性的出現(xiàn)在我們的生活當(dāng)中，因此也更希望我國(guó)的小型風(fēng)力發(fā)電行業(yè)能走上健康平穩(wěn)的發(fā)展之路!
