關(guān)注：
風(fēng)能是最具有開發(fā)價值的新能源，風(fēng)能是分布最廣，離我們最近，取用最方便的無污染的清潔能源，用好風(fēng)電對減少碳排放，改善環(huán)境意義重大。風(fēng)能也是儲量巨大的新能源，風(fēng)能取之不盡，用之不竭，并具有相對最低的開發(fā)成本，所以風(fēng)電的發(fā)展應(yīng)該作為新能源發(fā)展的重點。
我國是一個內(nèi)陸大國，又是一個海岸線最長的國家，陸地的風(fēng)速與沿海的風(fēng)速特點是完全不同的，并且沿海有臺風(fēng)對風(fēng)電機造成威脅。所以我們在開發(fā)風(fēng)能的技術(shù)上應(yīng)當(dāng)有所區(qū)別，在風(fēng)電機的設(shè)計上應(yīng)該體現(xiàn)不同的特點，對于陸地風(fēng)電機應(yīng)完全側(cè)重提高微風(fēng)發(fā)電性能，對于沿海風(fēng)電機應(yīng)完全側(cè)重較高風(fēng)速的特點，并且要完全具有抗臺風(fēng)能力。也就是說風(fēng)電機的外形和特點是完全不同的，只有這樣才能充分提高陸地和沿海在時間最長、最大風(fēng)速區(qū)間的風(fēng)能利用率，才能保證風(fēng)電機的發(fā)電時間最長，風(fēng)電的輸出量最穩(wěn)定，風(fēng)電的發(fā)電量最大，才能保證我國風(fēng)能的充分利用，才能保證我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。所以我們將開發(fā)出“陸地微風(fēng)高效新型風(fēng)電機”和“沿�？古_風(fēng)新型高效風(fēng)電機”。還有大規(guī)模風(fēng)電場建設(shè)也是中國創(chuàng)舉，中國特色，面臨大規(guī)模風(fēng)電機并網(wǎng)這個世界難題，我們將采取“智能火電廠”作為配套措施，并利用慣性儲能裝置和電控技術(shù)來解決這個世界難題。
(一）陸地微風(fēng)高效新型風(fēng)電機
風(fēng)電開發(fā)對我國來說才剛剛起步，風(fēng)電占全國的用電量還非常小，面對如此巨大的市場，為什么我們的80多家生產(chǎn)企業(yè)大部分產(chǎn)能閑置？為什么會出現(xiàn)嚴(yán)重產(chǎn)能過剩？有人認(rèn)為是電網(wǎng)瓶頸的限制，也有大部分人認(rèn)為是產(chǎn)業(yè)發(fā)展過快過熱造成的。這些問題與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)巨大的發(fā)展空間相比，可以說是微不足道的。目前大家都盯著國家和地方的那點風(fēng)電項目肯定是不行的，我們應(yīng)該在風(fēng)電機的推廣普及上尋找“突破口”，我國地域遼闊，急需用電、大量用電的地方很多，任何山區(qū)、草原、邊防站、海島、勘探單位、企業(yè)廠礦，冶煉單位等，這些地方蘊藏著巨大的開發(fā)空間，如果這些市場得到開發(fā)，都用上大型風(fēng)電設(shè)備，不但可以使這些企業(yè)產(chǎn)能得到釋放，還可能會岀現(xiàn)產(chǎn)能不足的問題。所以我們要在風(fēng)電機的普及推廣上下功夫，大幅提高風(fēng)電機微風(fēng)發(fā)電性能，適合在全國各地推廣；大幅降低風(fēng)電機成本，使風(fēng)電成本小于火電和水電，提高風(fēng)電的競爭能力。
我國陸地風(fēng)速較低，有多風(fēng)地區(qū)，但都較偏遠(yuǎn)，大部分是少風(fēng)地區(qū)，我們要讓少風(fēng)地區(qū)也用上風(fēng)電機，就必須大幅提高微風(fēng)發(fā)電性能。目前歐美的風(fēng)電技術(shù)都是以海洋性氣候發(fā)展起來的高風(fēng)速風(fēng)電機，陸地使用最大的缺點是發(fā)電效率太低，三級風(fēng)以下基本沒有發(fā)電能力，設(shè)計風(fēng)速是13~15米/秒，也就是要達(dá)到七級大風(fēng)才能滿負(fù)荷，這樣的大風(fēng)在陸地很罕見。還有風(fēng)電機的高昂成本也不利于風(fēng)電機推廣普及。提高發(fā)電量，降低風(fēng)電機成本是目前迫切解決的問題。
我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的“突破口”在于生產(chǎn)開發(fā)微風(fēng)高效的新型風(fēng)電機，這種風(fēng)電機性能應(yīng)當(dāng)是一、二級風(fēng)就能啟動，三四級風(fēng)就能很好發(fā)電，五級風(fēng)就可以達(dá)到滿負(fù)荷，適合在全國大部分地區(qū)推廣使用，具有良好的并網(wǎng)穩(wěn)定性，風(fēng)電機成本降低60%以上，基本實現(xiàn)免維護(hù)，讓人人都敢用，人人都好用，并可以實現(xiàn)在三年內(nèi)收回投資，風(fēng)電機優(yōu)良的發(fā)電性能和低成本將為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開辟巨大的空間。
首先各工礦企業(yè)都有安裝大型風(fēng)電設(shè)備的需求，如果能一次投資，享受二、三十年的收益，安裝風(fēng)電機的積極性肯定非常高，對于大型冶煉單位，一般都有自己的發(fā)電廠，如果能夠大量利用風(fēng)電，起到節(jié)能減排的作用，對提高企業(yè)效益有很大的幫助，低成本的風(fēng)電肯定會得到大量推廣使用，全國的工礦企業(yè)蘊藏著巨大的風(fēng)電市場，這個市場的規(guī)模將比國家投資在建的“陸地三峽”大數(shù)倍。我國各地還有無數(shù)的火電廠，在電廠周圍都可以布滿風(fēng)電機，可以實現(xiàn)風(fēng)電與火電的互補，并可以隨時根據(jù)風(fēng)電調(diào)控火電，這對降低火電廠的碳排放是非常有利的，并且投資較小，控制靈活，取得效益顯著，這些火電廠周圍衍生出來的風(fēng)電場規(guī)模不會小于“陸地三峽”的規(guī)模，進(jìn)一步擴展了風(fēng)電的發(fā)展空間。我國還有分布在山區(qū)的數(shù)百個水電站，山頂都有很豐富的風(fēng)能，由于新型風(fēng)電機可以實現(xiàn)免維護(hù)，并且安裝方便，成本和安裝費用都較低，不需要太大的投資就可以實現(xiàn)規(guī)�；\營。風(fēng)電最大的不足就是具有間歇性，而水電最大的優(yōu)點就是調(diào)控方便，風(fēng)電和水電可以說是一種完美結(jié)合，并將成為風(fēng)電的一種發(fā)展方向，又為風(fēng)電發(fā)展開辟巨大的發(fā)展空間。所以，大力發(fā)展低成本的適合在全國各地推廣的微風(fēng)高效新型風(fēng)電機是促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，解決風(fēng)電產(chǎn)能過剩的“突破口”。
（二）沿海抗臺風(fēng)新型高效風(fēng)電機
我國有很長的海岸線，沿海蘊藏著非常豐富的風(fēng)能資源，由于臺風(fēng)對風(fēng)電機的破壞很大，嚴(yán)重阻礙了沿海風(fēng)能的開發(fā)。海上風(fēng)電技術(shù)一直都是國外研發(fā)的重點，但在抗臺風(fēng)技術(shù)上始終沒有重大突破，葉片技術(shù)和控制技術(shù)也沒有重大改進(jìn)，國外在開發(fā)海上風(fēng)能的過程中也遭受了巨大的損失。雖然臺風(fēng)對風(fēng)能的開發(fā)造成了很大的威脅，但仍不能阻擋人們開發(fā)海上風(fēng)電的熱情，現(xiàn)在海上風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)悄然興起。中國海上風(fēng)能資源儲量遠(yuǎn)大于陸地風(fēng)能，儲量10m高度可利用的風(fēng)能資源超過7億kW，而且距離電力負(fù)荷中心很近。如果能夠得到有效開發(fā)，將對我國經(jīng)濟發(fā)展提供有力保障，也為節(jié)能減排的目標(biāo)作出貢獻(xiàn)。
從理論上講進(jìn)口風(fēng)電機組的運行風(fēng)速達(dá)50~60m/s，12級颶風(fēng)的平均風(fēng)速是34m/s，也就是說風(fēng)電機組可以在任何狂風(fēng)暴雨中運行，強度還有富余。但事實卻是殘酷的，2003年13號臺風(fēng)“杜鵑”，2006年1號臺風(fēng)“珍珠”和8號臺風(fēng)“桑美”分別造成了廣東汕尾紅海灣風(fēng)電場，南澳風(fēng)電場和浙江蒼南鶴頂山風(fēng)電場的風(fēng)機嚴(yán)重?fù)p毀。從風(fēng)電機組控制系統(tǒng)的原理來講，當(dāng)風(fēng)電機處于狂風(fēng)狀態(tài)時，可以自動調(diào)節(jié)風(fēng)輪葉片自動卸載，使葉片與風(fēng)向平行，這樣葉片受到風(fēng)的作用力最小，也就抵抗了風(fēng)的破壞作用。但風(fēng)電機在臺風(fēng)中損毀，說明風(fēng)電機的控制技術(shù)還不穩(wěn)定和可靠，并存在嚴(yán)重缺陷。
現(xiàn)有葉片都非常巨大，大型葉片帶來的巨大風(fēng)載是造成風(fēng)電機不穩(wěn)定和強破壞性的罪魁禍?zhǔn)�，�?yán)重影響了風(fēng)電機的正常使用，帶來高額維護(hù)費用也是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)無法承受的，特別是沿海風(fēng)電機會受到臺風(fēng)的嚴(yán)重?fù)p毀，造成的損失是巨大的。還有控制系統(tǒng)的滯后性也是造成沿海風(fēng)電機在臺風(fēng)中損毀的主要原因。我們要解決抗臺風(fēng)問題，就必須解決高風(fēng)載問題和控制系統(tǒng)的滯后性問題。而現(xiàn)有葉片的高風(fēng)載是無法改變的，葉片的性能決定了高風(fēng)載的特性，僅靠改進(jìn)無法改變高風(fēng)載特性。我們現(xiàn)在應(yīng)該做的就是徹底改變風(fēng)電機結(jié)構(gòu)，只有改變?nèi)~片高風(fēng)載的破壞力，才能保證風(fēng)電機的穩(wěn)定和安全，才能解決風(fēng)電機的抗臺風(fēng)問題。還有控制系統(tǒng)的滯后性問題，將控制系統(tǒng)改的更靈敏是不是就可以改變控制滯后的問題？答案是否定的。搞風(fēng)電研究的人對風(fēng)向標(biāo)都非常熟悉，自然界中風(fēng)向的變化是很快的，風(fēng)電機很龐大，不可能在短時間完成調(diào)整過程。反而言之，就是我們做到了很靈敏，偏航裝置和變漿矩裝置在臺風(fēng)中不停進(jìn)行調(diào)整工作，長時間的超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，會造成控制裝置的發(fā)熱，發(fā)熱就會導(dǎo)致控制裝置自動停機，變槳距裝置擔(dān)負(fù)著葉片的卸載功能，如果停止工作，葉片就會受到強大風(fēng)載的作用，并對風(fēng)電機造成強烈沖擊，造成風(fēng)電機的損壞。如果不停機，控制裝置就會發(fā)熱燒毀，導(dǎo)致葉片控制失靈，失去卸載功能，最終仍然使風(fēng)電機遭到?jīng)_擊破壞。所以，現(xiàn)有控制系統(tǒng)是不能滿足在臺風(fēng)狀態(tài)進(jìn)行卸載功能的。
我們要開發(fā)抗臺風(fēng)風(fēng)電機，首先要解決葉片的強風(fēng)載問題，采用小型葉片渦輪是提高抗風(fēng)強度的最有效方法，小型葉片渦輪又有獲取風(fēng)能效率低的缺點，為了克服這個缺點，我們可以采用增加葉片渦輪數(shù)量的方法提高風(fēng)能獲取效率，由于小葉片渦輪受風(fēng)面積很小，所受風(fēng)載也很小，可以保證葉片不會在臺風(fēng)中損壞，風(fēng)電機有幾十個小葉片渦輪，它們所受風(fēng)力是分散均勻的，不會對風(fēng)電機造成沖擊破壞，可以大幅提高風(fēng)電機的抗風(fēng)能力。我們還要解決風(fēng)電機控制系統(tǒng)的滯后性問題，在風(fēng)速和風(fēng)向變化很大的情況下，任何的控制系統(tǒng)都是對裝置的束縛和限制，最好的辦法是順其自然，靠風(fēng)力自動調(diào)整風(fēng)向，這樣的調(diào)整才最準(zhǔn)確、最及時，受到的風(fēng)力也會最小。所以我們要省掉偏航裝置和變漿矩裝置，風(fēng)電機靠風(fēng)力完成調(diào)整風(fēng)向的過程，不會存在滯后性，也不會存在故障，并使結(jié)構(gòu)得到簡化，成本得到降低。
（三）大規(guī)模風(fēng)電機并網(wǎng)措施和技術(shù)
大規(guī)模風(fēng)電機并網(wǎng)至今仍是世界性難題。歐洲國家電網(wǎng)都是聯(lián)網(wǎng)的，電網(wǎng)中有風(fēng)電、水電、火電、核電還有氣電，智能電網(wǎng)可以相互協(xié)調(diào)、相互補充、相互平衡，是非常強大的智能電網(wǎng)。但由于風(fēng)電機的并網(wǎng)穩(wěn)定性沒有保證，所以仍采用分散入網(wǎng)的方式，風(fēng)電場規(guī)模都較小，當(dāng)風(fēng)速和風(fēng)向變化很大時，風(fēng)電機不穩(wěn)定，不能滿足并網(wǎng)條件，此時風(fēng)電機可以隨時脫網(wǎng)；風(fēng)電機穩(wěn)定后，又可以隨時入網(wǎng)，不會對電網(wǎng)造成太大的沖擊。象丹麥等國雖然風(fēng)電占20~30%，但都是分散接入，并制訂風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)則嚴(yán)格規(guī)定了接入點的風(fēng)機數(shù)量和容量，并規(guī)定接入和退出的標(biāo)準(zhǔn)，丹麥國家電網(wǎng)公司每天會從三個不同的氣象預(yù)報公司接收四次天氣預(yù)報，然后利用先進(jìn)的軟件系統(tǒng)預(yù)測何時天氣預(yù)報所述的風(fēng)力變化會影響到風(fēng)機，以及分析這些變化對整個電力系統(tǒng)帶來的影響，進(jìn)行快速的人工干預(yù)。但是，實際風(fēng)速和預(yù)測風(fēng)速完全吻合的情況很少。這種被動的、不準(zhǔn)確的控制方式對我國肯定是不適用的，我國大型的風(fēng)電場瞬間產(chǎn)生的沖擊電流就足以讓電網(wǎng)癱瘓，不可能有時間進(jìn)行人工干預(yù)。所以大規(guī)模并網(wǎng)國外也沒有成功經(jīng)驗可以借鑒，我們也不可能建成比歐洲還強大的智能電網(wǎng)，就是建成了也不能解決并網(wǎng)問題。
我們通過簡單的量化計算來說明這個問題，一個千萬千瓦級風(fēng)電場會有500~600臺風(fēng)電機組，我們選取2.5MW風(fēng)電機數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，風(fēng)電機的牌子是德國Nordex公司N80，我們?nèi)≥^低數(shù)據(jù)，當(dāng)風(fēng)速5m/s，功率是120kw，當(dāng)風(fēng)速6m/s，功率是248kw。當(dāng)風(fēng)速變化為1m/s時，功率的變化是128kw，如果按100臺風(fēng)電機計算，功率變化值就達(dá)12800kw，1萬千瓦的沖擊能量不知道要多強大的智能電網(wǎng)才能承受？而且這個計算值已經(jīng)很小了，我們是按低風(fēng)速，小的變化量進(jìn)行計算的，實際的風(fēng)速變化要大很多，而且風(fēng)向的變化對風(fēng)電機功率的影響比風(fēng)速還要大。所以，實際使用中的沖擊能量要比這個值大很多，將是非常驚人的，我們必須認(rèn)真對待。
大規(guī)模風(fēng)電機并網(wǎng)產(chǎn)生的大量峰值電流是影響電網(wǎng)安全的最大威脅，要解決大規(guī)模風(fēng)電機的并網(wǎng)問題，必須解決風(fēng)電的峰值電流對并網(wǎng)穩(wěn)定性的影響！解決并網(wǎng)問題僅用智能電網(wǎng)的方式很難解決，風(fēng)電產(chǎn)生的強大峰值電流要被緩沖和吸收，就必須接入一個足夠強大的負(fù)載，火電廠是一個強大的發(fā)電源，我們也可以將火電廠變成一個強大的負(fù)載，來吸收風(fēng)電的沖擊電流。智能火電廠不僅能起到補充水源的作用，而且能起到水庫的作用，對洪水起到緩沖和吸收的作用。
責(zé)任編輯：小柯
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