我国中小型风力发电机组的应用与问题分析

2011-08-04沈阳工程学院能源与动力工程系关新

太阳能 2011年15期

沈阳工程学院能源与动力工程系 ■ 关新

辽宁社会科学院哲学研究所 ■ 吴伟

一引言

从图1可以看出我国风资源丰富地区主要集中在东北、西北、华北，即“三北地区”；而东部沿海地区多数处于风资源较丰富区域，若在该地区发展大型和超大型风力发电机组，其投入与产出的比例将失衡。同时东部地区又是经济较发达地区，能源消耗很大，若将北部产生的电力长途运输东部，其电能输送成本和线路维护成本将很高，所以在这些地区发展中小型风力发电机组将是不错的选择。

自2003年以来，国内风力机制造厂受国际和国内风电市场的影响，制造的风力机型号多为大型和超大型风力发电机，小型风力机的增长速度缓慢，甚至停步不前。是否还继续单一发展大型风力机组，中小型风力机是否有研制的必要，将是需要政府机构、制造厂商和工程技术人员共同思考的问题。

二小型风电的发展情况

我国中小型风力机的发展大概主要分为4个阶段(图2)。我国中小型风电机组起步阶段应从20世纪的70年代开始，此时的小型风力发电机只是作为大型风力发电机的先期产品，作为研制大型风力发电机组试验品，真正用到生产和生活中的小型风力发电机相对很少。进入20世纪八九十年代，随着我国经济建设的发展，小型风力发电机组略有发展，但受到国内市场经济调控影响，在制造和技术上并没有很大突破，此时期只是进入到了小机组研制过渡阶段。进入21世纪，伴随着国际发展新型清洁能源和可再生能源的潮流，以及在国内对可再生能源的扶持政策的影响下，小型风力机技术在大型风电机组蓬勃发展的基础上也有了长足的进步，并且其技术水平和制造工艺正逐渐进入成熟阶段。

目前我国小型风电机组的发展主要体现在以下几个方面：

(1) 装机容量不断增加。传统的小型风力发电机组主要应用于边远地区，所以在很大程度上农牧民的需求和购买力直接影响到我国早期小型风电机组的发展。近几年由于广大农牧民生活水平提高、用电量不断增加，农牧民对小型风力发电机的装机容量要求不断扩大。

(2) 小型风机应用的型式上有所变化。近些年来小型风力发电机的应用领域不断扩大，除了早期的中小型风力发电机应用，同时在照明、通讯、便携式充电等方面也得到了广阔的应用。

(3) 小型风电产品的市场不断扩大。由于国内政策对风力制造企业的大力支持，使制造厂商对中小型风电设备的重视程度有所增加，客观上刺激了中小风电设备的生产，同时也促进了出口量逐年增加。为了尽快占领中小型风电设备国际市场，国内制造商应该积极谋求海外发展，扩大国际市场的占有率。

(4) 国家在政策扶植上加大力度。为提高生产企业的对中小型风电产品生产积极性，国家和地方应该多方面、多层面推出相应激励政策和配套措施，以促进产业和技术发展。为此，国家出台的《可再生能源法》和《可再生能源产业指导目录》两个政策，在促进可再生能源的发展方面已初现成效。

(5) 行业标准的制定。行业标准和技术标准对一个行业的发展具有至关重要的地位。农业部科教司已完成制定“小型风力发电系统技术条件及质量评价”、“小型风力发电系统安装规范”；农业部市场司及质量办申报了“小型风力发电系统验收规范”和“小型风力发电系统售后技术规范”两个小风电行业标准。同时国家根据《中华人民共和国劳动法》在职业培训的有关规定，劳动和社会保障部、农业部联合制定了《小风电利用国家职业标准》并通过审批实施。这些标准和规范的出台必将对我国的小风电机组发展有重大影响。

三小型风电机组的优势

小型风电机组发展到今天，虽然在发电量和电能使用覆盖广度上与大型风电机组相比存在劣势，但小型风力发电机组也有大型机组无法比拟的优点。

首先是小型风电机组的机动性高，小型发电机可配合需要增加或变更组件大小，可根据需要随时安装，安装简单，能够快速解决日常用电问题[2]。其次是小型风电使用具有多元化，小型发电机可与多种不同的可再生能源组合，方便可靠。再次是小型风电机可量身定做，某些小型发电机种可配合实际电力需求调节发电量，提升发电效率。最后是使用方便，又属于小地区发电与输配网路，万一断电，影响也较小。若需维护或故障停机时，其余机组照常发电，不影响系统正常使用。由于小型风机有以上独特的使用优势和性能优势，所以小型风电机组在应用上也具有广阔天地。

四中小型风力机的应用领域

1 风力独立照明发电系统

风力照明系统是目前小型风力发电应用比较流行的一种的方式，其发电原理如图3所示。由于适合城镇中的风况变化较复杂的特点，其广泛应用在目前的城镇亮化工程中。与电网供电的常规路灯相比，风力独立照明系统具有明显的优势。

(1) 效果一致的条件下，初投资低于传统电力照明配套价格，且节电效果明显。

(2) 常规路灯消耗大量由化石能源燃烧而产生的电能，间接造成环境污染，风力路灯利用风能发电，对环境没有任何直接与间接的污染。

(3) 常规路灯需要埋设电缆，配设变电站，施工工程与输电电缆的成本较高，风力路灯则完全省去了这些工程费用，建设周期较短。

(4) 常规路灯每年要消耗大量的电能，运行线路的维护费用较高，给政府财政及电网电力供应都带来极大的负担。风力路灯的成本与常规路灯基本相当，但风力路灯只需一次性设备投入，即可一劳永逸地利用取之不尽、用之不竭的风能发电供路灯照明使用，维护费用少。

(5) 风力路灯与同样是绿色照明的太阳能路灯相比较，也极具优势。风力路灯比太阳能灯具有更好的供电可靠性。

风力照明要得到长远的发展也必须做好以下几方面的工作。其一，建立完善的产品质量监督体系，拒绝劣质产品的生产销售。其二，修改制定新的产品标准，为生产研发企业提供依据。其三，关注小型风力发电机产业的技术进步。

2 通信基站电源现状

随着通信行业的迅猛发展，人们对通信特别是移动通信的要求越来越高，其中对于网络覆盖的深度和广度需求尤为迫切。但由于中转站和继电站的能源供应问题，严重阻碍了通信行业的发展。能源的供应问题主要体现在：

(1) 很多通信站远离常规电网，新建通信站往往要延伸电网或就地发电。电网延伸代价很高，甚至不可实现。

(2) 通信站要求有非常稳定可靠的电力供应。

(3) 通信站的容量越来越大。

(4) 国际油价节节攀升、运输困难，还经常受到气候等条件的制约。在负荷小的情况下，柴油发电效率非常低，同时，柴油机很难保养。

(5) 用光电作为基站电源电力明显不足，光电一次性投入高，且冬季效果非常差。

在这些问题上，对于风力发电来说均可一一得到解决，并且小型风力发电机的安装视功率大小可直接安装到通信发射塔上，又可进一步节约成本。

3 城市景观工程

我国土地幅员辽阔，旅游资源丰富，尤其是沿海城市，如丹东、青岛、厦门、三亚等城市不但有丰富的旅游资源，同时也是重要的经济和港口城市，对能源和环境要求非常高。但能源消耗和环境保护在某种程度上是一个矛盾的共同体，所以风力发电在这个方面发挥着独一无二的优势。风力发电机组的建立不但能够满足该地区对能源的要求，同时风力机优美的造型又是对城市环境的一个美化，对促进该地区的旅游业有很大的帮助作用。所以在风力机设计上也需进行相应调整：风力机的外观造型和安全性要着重考虑；风力机的选址安装要在不影响城市生产和生活的前提条件下建立。

4 为边远地区及农牧民提供生活用电

在我国存在一些远离电网的偏远地区，电网延伸到这些地区需要很高的建造成本和维修成本，同时我国牧民居住较分散，不可能所有牧民都用上公共电网的电能。同时目前国家号召大力发展生态文明，如何用最少的资金投入，得到最大经济效益和社会效益已经成为解决束缚农村发展的首要问题。若建造2～5kW的小型风力发电机组供电系统，就能解决几户甚至十几户农牧民的生产和生活用电问题，而造价成本又不高(2万～5万元)，从长远角度看这样的投入是较经济的。

5 内河航运系统

我国河流众多，长江、黄河等水系贯穿东西，河道运输相对较发达。内河中运行的船只，如拖船、驳船和一些客轮一般在100t以上，需经常停滞在江中间的锚地上，其主要动力来源于蓄电池。若使用小型风电设备对蓄电池充电，效果明显，同时在这方面已有成功的经验。另外，我国船舶总量惊人，这就需要解决船上人员的生活能源问题，利用小型风力发电机来解决有很重要的意义和很大的市场。

6 森林观察站

据林业部防火指挥部统计，在我国东北、西南等地共有上千个高山观察站，同时其他省市也都有一些高山森林防火观察站。在气候干燥的在防火期间，工作站的工作人员，需昼夜值勤。由于山高路窄、运输困难，同时又不能使用明火，解决他们的照明、听广播和观看电视的问题就相当困难。若使用小型风力发电机，在一定程度上可基本解决观察站工作人员的照明和娱乐用电。