我国风电产业急需发展三大技术.doc

我国风电产业急需发展的“三大技术(一）陆地微风高效新型风电机我们应该在风电机的推广普及上寻找“突破口”，我国地域辽阔，急需用电、大量用电的地方很多，任何山区、草原、边防站、海岛、勘探单位、企业厂矿，冶炼单位等，这些地方蕴藏着巨大的开发空间，如果这些市场得到开发，都用上大型风电设备，不但可以使这些风电设备生产企业产能得到释放，还可能会岀現产能不足的问题。所以我们要在风电机的普及推广上下功夫，大幅提高风电机微风发电性能，适合在全国各地推广；大幅降低风电机成本，使风电成本小于火电和水电，提高风电的竞争能力。我们知道叶片的设计制造是一个复杂的多学科综合工程，包含有空气动力学、结构动力学、材料力学、材料学、弹性力学、数学当量计算、风载荷特性等知识。现在的风轮叶片是根据空气动力学原理，参照直升飞机的浆叶形状设计的，不是风直接吹动叶片，而是靠风吹过叶片正反面空气流动的速度不同，产生一定的压力差形成推力。这种结构在微风状态下，空气动力性能肯定是很弱的，就象飞机速度低没有升力一样，在这种状态下起决定作用的主要是结构动力性能，就是受风面积的大小，决定着获得风力的大小。而结构动力性能在目前的叶片设计中没有得到应有的重视，我们应该补上这一课，加强对叶片的结构动力性能的研究和设计，大幅提高叶片的受风面积，降低叶片的重量，大幅提高风电机的微风发电能力。风变小了，我们的风电机该怎样变？这个问题是我们必须面对的问题，随着地球环境的变暖，风越来越小了，大风的频率也越来越少了，这些我们都可以明显感觉到。国家气候中心高级工程师江滢曾到辉腾锡勒等国内几家起步较早的风电场考察，电场工作人员对于风的减弱已经有了直观感受。江滢说，除了测风仪留下的历史记录，寒潮、沙尘暴、温带气旋等天气事件的逐年减少，也都是风速减小的佐证。此次研究中，江滢发现了一个有趣的现象，即在风能资源相对匮乏的内陆地区，无风的日子减少了，风速在4米/秒8米/秒之间的和风日数反倒增加了。因此，发展适合陆地使用的微风高效型风电机是我国风电产业发展的方向。因为现有叶片是以空气动力性能为基础设计的，低风速情况下空气动力性能肯定很弱，又如何来提高风能的输出呢？因此提高微风发电性能的主要出路在于改变叶片结构，提高结构动力性能。就像风筝有风会飞，不是靠结构的空气动力性能，而是靠结构的受风面积产生升力；以鸟的翅膀为例也能说明这个问题，陆地上的雄鹰翅膀宽而大，海边的海燕翅膀窄而长。利用柔性智能叶片可开发出微风高效新型风电机，叶片重量可以减轻80%以上，叶片可以增大受风面积23倍。这种风电机一级风就能启动，二三四级风就能很好发电，五级风就可以达到满负荷，六级风以上随着风速的增大，叶片的风载会逐渐减小，发电功率也会逐渐减小，可以完全避免叶片产生高风载，可以保证风电机运行平稳，避免强冲击电流的产生，保证并网的稳定性。这种陆地使用的微风高效新型风电机，可以大幅提高发电量23倍，并附加惯性储能装置，保证风电机具有良好的并网稳定性，并且风电机成本大幅降低60%以上，基本实现免维护，让人人都敢用，人人都好用，寿命可达30年，并可以实现在三年内收回投资，一次投资可享受20多年的收益，“风车一转，黄金万两”将变为现实。也可以使风电的价格低于火电和水电的价格，并网将不再是难事，反而会由于风电的价格低，而多利用风电，这将会使风电的收益大幅提高，会更大的激发人们开发风电的积极性，会使我国的风电产业发生飞跃式发展。我们通过一个数据计算来说明这个问题。一个千万千瓦级风电场会有5000台左右的风电机组，如此巨大的风电场将延绵数百公里，我们知道风速的大小和方向会随时在变化，风是有波动性的，间隔时间较长的称为阵风，我们根据浪涌原理来计算风电场产生冲击电流的大小，浪涌原理就是一排浪产生的能量，不会因为波谷的存在而抵消，会一直向前传输，我们设定风电场中风电机的排列是均匀的，设定在阵风的作用下，有100台风电机受到风速变化的影响，我们选取2.5MW风电机数据进行计算，风电机的牌子是德国Nordex公司N80，我们取较低数据，当风速5m/s，功率是120kw，当风速6m/s，功率是248kw。当风速变化为1m/s时，功率的变化是128kw，如果按100台风电机计算，功率变化值就达12800kw，这一万千瓦的冲击能量会在电路中持续一段时间，时间的长短就是这阵风移出风电场的时间，在这段时间内还有第二阵风，第三阵风第n阵风形成冲击电流，电路中总的冲击电流就是n个冲击电流之和。几万千瓦的冲击能量不知道要多强大的智能电网才能承受？而且这个计算值已经很小了，我们是按低风速，小的变化量进行计算的，实际的风速变化要大很多，而且风向的变化对风电机功率的影响比风速还要大。所以，实际使用中的冲击能量要比这个值大很多，将是非常惊人的，我们必须认真对待。因此解决并网问题，并不是建成一个智能电网那么简单，而是一项系统工程。目前，内蒙古风电输出难问题已引起国家能源局的关注，这个问题也是“三北”（西北、东北、华北）地区风电基地的共性问题，关系到我国新能源建设的大局。有些专家、部门认为风电是垃圾电源也不是没有根据，欧美风电技术发展了几十年，从定浆距控制技术发展到变浆距，又发展到变转速控制技术，但仍没有解决风电机的并网稳定性问题。现有风电机风小的时候还可以保持输出功率的稳定，但发电量很低；当风变大时风电机的输出功率会变的越来越不稳定，产生的冲击电流甚至会对电网的安全造成威胁，这些问题都是客观存在的，我们必须正确面对。现有风电技术并不完善，欧美风电技术也不适合大规模并网使用，我们要建成“陆地三峡”必须根据我国国情采用新的风电技术和新的措施。首先要采用微风高效新型风电机技术，根据我国陆地风速的特点，大幅提高陆地风速范围38米/秒的发电量，这样可以保证白天用电高峰期有大量的风电输出，也可以保证全年有大部分时间有风电输出；这样可以大幅减轻调峰的压力，减少调峰的投资。我们知道风是有波动性的，有波峰，也有波谷，间隔时间较长的称为阵风，风速的变化必然引起风电机功率的变化。现有风电机是利用叶片的惯性能量来平滑功率的波动，在低风速的情况下起作用，在高风速情况下惯性力与强大的风载相比，好比鸡蛋与石头，无法与之相抗衡。而微风高效新型风电机单独附加了惯性储能装置，利用惯性储能装置可以有效起到削峰填谷的作用，这样对稳定功率输出是非常有帮助的，也使现有的低电压穿越问题迎刃而解。现有叶片在高风速时，会产生强风载，会变的不稳定，难以控制，造成风电机功率的急剧变化，对并网的稳定性产生很大的威胁，甚至会影响风电机的安全。而微风高效新型风电机具有高风速卸载功能，当风速超过五级时，可以通过叶片变形逐渐卸载，不会产生大的冲击电流，也可以保证风电机的安全，并且还有惯性储能装置起到缓冲和储能的作用，因此可以保证风电机在大风情况下相对稳定的并网状态。申请号：200810223694申请