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中小型风力发电及风光互补新能源产业发展历程

2009-02-17 来源:杜尚斌 浏览数:4485

    1.1 对小型风力发电机的技术难度认识不足
    1992年美国宇航局曾发表过一篇文章,说明美国宇航局和波音公司由于对中小型风力发电机的技术难度估计不足,而导致为军方研制的便携式小型风力发电机失败,文章中主要提到中小型风力发电机研制上的困难在于:
    中小型风力发电机所面对的自然环境极为恶劣,由于风受地面粗糙度和障碍物的影响很大,离地面高度越高,风速越稳定。而中小型风机受安装高度限制,而且不能远离用电者居住的地方,所以中小型风机是工作在风的紊流区域,风速风向的无规则频繁变化对风机的破坏性很大。
    中小型风力发电机所能提供的能源有限,考虑到单位功率成本的因素,好的材料和先进的控制技术无法采用,可选择的材料和技术手段有限。长期以来,我国的小风机研制缺乏对小风机使用环境的研究,比较注重风机的性能测试数据,缺乏对风机在不同环境下进行运行考核的要求。
    1.2 产品的技术要求不合理,配套系统产业各自分离
    虽然我国的小型风力发电机技术标准做了调整和修改,但在对小风机的产品要求上还是按八十年代所订的风机标准来要求,一个最显著的特点就是要求风机的额定风速在6~8m/s,这是极不合理的。因为小型风力发电机受技术手段的限制,只能采用定浆距叶片,当风速大于额定风速时,风机的限速机构必须开始动作,否则就可能会烧毁发电机。风机限速后,输出功率急速下降,从而大大缩小了风机的有效工作风速范围。
    以年平均风速4~5m/s的地区为例(这也是我国西北部偏远地区较普遍的风资源条件),下图为该地区全年风速的时表分布图和风能密度分布图。


图1  年平均风速3.9m/s的地区不同风速下风速的时间正态分布图


图2  年平均风速3.9m/s的地区不同风速下风的能量正态分布图
    相对于国际上通行的做法(将风机的额定风速定在10~13m/s的范围以体现对风能利用最大化的原则),我国的小风机额定风速定得低,主要是希望风机的有效工作时间长,较长时间满足用户的用电需求。这种考虑是有局限性的。风能和太阳能一样,是随机性很强的能源,而且能量密度低,希望风力发电机在任何条件下都能满足用户的用电要求是不现实的,要尽可能满足用户的用电要求,最好的办法是采用风光互补发电系统,而不是降低风机的额定风速。
    中小型风机的额定风速定得低,主要有以下几方面问题:1)降低了风机的利用率:风力发电机的效率本来就不高,如果我们再把风能的有效利用区域限得很窄,不利于对风能的充分利用。2)增加了风机的成本和技术难度:风能是随风速的三次方成正比的,额定风速定得低,同等功率下风机的成本要高很多(我国小风机的重量是国外同功率产品的3~5倍)。风机处于限速状态的机率大,时间长,相应的产生故障的机会大,产品生产的技术难度大。3)与国际上同类产品的技术要求不接轨,丧失了国际市场上进行产品竞争的能力:太阳能热水器、太阳能光伏都是按较高的光照强度来考核的,为什么中小型风机一定要按低风速来考核?这显然是不合理的,这对中小型风机产业的发展不利。
    此外,无论风力发电系统还是风光互补系统,都由控制系统和储能系统组成等配套产业组成,发电系统、控制系统、储能系统各自分家,是整合后系统稳定性差的根本原因,也是目前改行业的技术壁垒。使最终用户衡量考察中小型风力发电及风光互补新能源发电技术产生误差。独立各个系统都是合格的,在各种恶劣的自然环境下一整合系统就是劣质的,不是控制系统不当就是储能系统和发电系统配比不适合等,体现在用户面前的不仅仅是单一发电系统的发电效率、低风速启动、低风速储能、抗大风保护等,还涉及到控制系统的智能控制、低电压升压、充放电控制等,储能系统的选择、配比、等等一系列衍生的产业问题。

【延伸阅读】

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