小型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

一、小型風(fēng)力發(fā)電

我國(guó)從20世紀(jì)80年代初開始把小型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電氣化的措施進(jìn)行開發(fā)，主要研制、示范和應(yīng)用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，供農(nóng)牧民和漁民一家一戶使用。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，5千瓦以下的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)已經(jīng)成熟，形成了年產(chǎn)6萬(wàn)臺(tái)的能力?，F(xiàn)在我國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)已擁有穩(wěn)定的市場(chǎng)，每年銷售上萬(wàn)臺(tái)，而且每年有上千臺(tái)出口國(guó)外。到2006年底，我國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)擁有量達(dá)到30萬(wàn)臺(tái)，居世界首位。在電網(wǎng)不能通達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，約150萬(wàn)農(nóng)牧漁民利用風(fēng)能實(shí)現(xiàn)了家庭電氣化，電燈和電視進(jìn)人農(nóng)家牧戶漁船，生活質(zhì)量明顯提高。

我國(guó)現(xiàn)在可以生產(chǎn)100、200、300、500、800瓦的百瓦級(jí)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，1、2、5、7.5、10千瓦的千瓦級(jí)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。有的工廠還試制出了50千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

目前國(guó)內(nèi)銷售量最大的是300瓦的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其次是200、500瓦和1千瓦的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。5千瓦以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在國(guó)內(nèi)銷售量很少。

我國(guó)目前有30多個(gè)廠家從事小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其配件的生產(chǎn)、研發(fā)和銷售工作。我國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品主要服務(wù)于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，部分質(zhì)量、外觀雙優(yōu)的產(chǎn)品已遠(yuǎn)銷國(guó)外市場(chǎng)，我國(guó)已成為全球最大的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)國(guó)。

(一)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作條件

我國(guó)陸地上擁有豐富的風(fēng)力資源，在10米高度的風(fēng)能總保有量是32億千瓦，其中實(shí)際可開發(fā)的風(fēng)能總量為2.53億千瓦。從風(fēng)能資源分布來(lái)看，我國(guó)陸地風(fēng)能資源豐富區(qū)、較豐富區(qū)和可利用區(qū)分別占我國(guó)總面積的8％、18％和50％，為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在我國(guó)的廣泛應(yīng)用提供了良好的條件。

1．小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以安全工作的風(fēng)速小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速一般在3～4米／秒之間，國(guó)產(chǎn)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定風(fēng)速通常在8～10米／秒之間；小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大工作風(fēng)速(或切出風(fēng)速)為25米／秒左右。

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以安全工作的風(fēng)速范圍是3～9級(jí)風(fēng)，即風(fēng)速在3～25米／秒之問(wèn)都可以安全工作。

2．小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)適合應(yīng)用地區(qū)凡是風(fēng)力資源較好(年平均風(fēng)速大于4米／秒，沒(méi)有臺(tái)風(fēng)災(zāi)害)，電網(wǎng)不能到達(dá)或供電不足的牧區(qū)、農(nóng)區(qū)、湖區(qū)、灘涂、邊遠(yuǎn)哨所和公路道班都適合開展小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的推廣應(yīng)用。

例如: 我國(guó)內(nèi)蒙古草原牧區(qū)應(yīng)用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)非常普遍，切實(shí)解決了牧民的用電問(wèn)題; 我國(guó)洪湖地區(qū)應(yīng)用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也取得了良好的效果。

(二)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般由風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、塔架、尾翼、控制器、逆變器、蓄電池組、電纜、調(diào)速系統(tǒng)和混凝土地基組成。

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)能提供220伏交流電或24、36、48伏直流電。能夠解決直流或交流照明問(wèn)題: 給燈泡、節(jié)能燈供電; 可以為家用電器(如電視機(jī)、DVD、收音機(jī)、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、小型電冰箱)提供電力; 也可以為通訊裝置提供電源; 可以驅(qū)動(dòng)小型電動(dòng)工具(分別見表1、圖1)。

（三）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)效益分析

1.能源與經(jīng)濟(jì)效益以目前應(yīng)用最多的300瓦小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例：在年平均風(fēng)俗4.2米/秒的地區(qū)，每臺(tái)300瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)在保證全年處于正常工作狀態(tài)下，每年可發(fā)電700千瓦時(shí)左右，平均每天用電1.8千瓦時(shí)。根據(jù)多年的實(shí)際使用情況，使用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直接經(jīng)濟(jì)效益并不明顯。300瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用戶平均每天的用電量為1.1千瓦時(shí)，每月的用電量為33千瓦時(shí)，一年的用電量電量才400千瓦時(shí)。每年節(jié)省的能源費(fèi)用約300～500元，按應(yīng)用一臺(tái)300瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)投資5000元計(jì)算，收回成本需要10～15 年的時(shí)間。但是用戶所獲得的間接經(jīng)濟(jì)效益卻是因人而異，無(wú)法計(jì)算的。

2.環(huán)境效益風(fēng)能是一種可再生、無(wú)污染的新能源，也稱“綠色能源”，與用煤炭、石化發(fā)電相比，它沒(méi)有溫室氣體二氧化碳(CO2)的排放，也沒(méi)有二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)和煙塵的排放，不會(huì)給大氣環(huán)境造成污染。農(nóng)牧湖區(qū)應(yīng)用小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境非常有利。

3.社會(huì)效益使用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的社會(huì)效益是非常顯著的。第一，解決了缺電地區(qū)農(nóng)牧漁民的照明用電問(wèn)題，他們可以看電視、VCD，使用400瓦風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)或500瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)的家庭還可以用上冰箱、洗衣機(jī)，大大改善了他們的物質(zhì)和文化生活，有效地促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐木裎拿鹘ㄔO(shè)。第二，缺電地區(qū)農(nóng)牧漁民可以用來(lái)給手機(jī)充電，大大方便了他們與外界溝通與交流，有利于獲取更多的市場(chǎng)和致富信息。第三，缺電地區(qū)農(nóng)牧漁民孩子們的學(xué)習(xí)條件可以得到極大改善，和城里的孩子一樣也能看電視、操作電腦，進(jìn)行電化教學(xué)，教學(xué)質(zhì)量不斷提高，縮小了無(wú)電地區(qū)學(xué)校與城鎮(zhèn)學(xué)校之間的差距。

(四)小型風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)

小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)是由小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能光伏電池組、蓄電池、控制——逆變器等組成(見圖2)。根據(jù)不同地區(qū)的風(fēng)能、太陽(yáng)能資源及不同的用電需求，用戶可配置不同的供電模式。小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的控制～逆變器上設(shè)置了風(fēng)力機(jī)和太陽(yáng)能光電板兩個(gè)輸入接口，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能光伏電池發(fā)出的電，通過(guò)充電控制器向蓄電池組充電，然后將從蓄電池出來(lái)的直流電通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為適合通用電器的220伏、80赫茲交流電。小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)利用當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力資源和太陽(yáng)能資源，起到多能互補(bǔ)的作用。

目前，小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)中風(fēng)電與光電的匹配比例一般為3:1左右。例如：300瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以配用l00瓦的光電板；500瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以配用150～200瓦的光電板；1千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可配用300～350瓦的光電板。洪湖地區(qū)32戶漁民應(yīng)用了400瓦的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，供電更加充足，取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。