我國(guó)中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用與問(wèn)題分析

沈陽(yáng)工程學(xué)院能源與動(dòng)力工程系 ■ 關(guān)新

遼寧社會(huì)科學(xué)院哲學(xué)研究所 ■ 吳偉

一 引言

從圖1可以看出我國(guó)風(fēng)資源豐富地區(qū)主要集中在東北、西北、華北，即“三北地區(qū)”；而東部沿海地區(qū)多數(shù)處于風(fēng)資源較豐富區(qū)域，若在該地區(qū)發(fā)展大型和超大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其投入與產(chǎn)出的比例將失衡。同時(shí)東部地區(qū)又是經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，能源消耗很大，若將北部產(chǎn)生的電力長(zhǎng)途運(yùn)輸東部，其電能輸送成本和線路維護(hù)成本將很高，所以在這些地區(qū)發(fā)展中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將是不錯(cuò)的選擇。

自2003年以來(lái)，國(guó)內(nèi)風(fēng)力機(jī)制造廠受?chē)?guó)際和國(guó)內(nèi)風(fēng)電市場(chǎng)的影響，制造的風(fēng)力機(jī)型號(hào)多為大型和超大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，小型風(fēng)力機(jī)的增長(zhǎng)速度緩慢，甚至停步不前。是否還繼續(xù)單一發(fā)展大型風(fēng)力機(jī)組，中小型風(fēng)力機(jī)是否有研制的必要，將是需要政府機(jī)構(gòu)、制造廠商和工程技術(shù)人員共同思考的問(wèn)題。

二 小型風(fēng)電的發(fā)展情況

我國(guó)中小型風(fēng)力機(jī)的發(fā)展大概主要分為4個(gè)階段(圖2)。我國(guó)中小型風(fēng)電機(jī)組起步階段應(yīng)從20世紀(jì)的70年代開(kāi)始，此時(shí)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)只是作為大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的先期產(chǎn)品，作為研制大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組試驗(yàn)品，真正用到生產(chǎn)和生活中的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)相對(duì)很少。進(jìn)入20世紀(jì)八九十年代，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組略有發(fā)展，但受到國(guó)內(nèi)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)控影響，在制造和技術(shù)上并沒(méi)有很大突破，此時(shí)期只是進(jìn)入到了小機(jī)組研制過(guò)渡階段。進(jìn)入21世紀(jì)，伴隨著國(guó)際發(fā)展新型清潔能源和可再生能源的潮流，以及在國(guó)內(nèi)對(duì)可再生能源的扶持政策的影響下，小型風(fēng)力機(jī)技術(shù)在大型風(fēng)電機(jī)組蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)上也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并且其技術(shù)水平和制造工藝正逐漸進(jìn)入成熟階段。

目前我國(guó)小型風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 裝機(jī)容量不斷增加。傳統(tǒng)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要應(yīng)用于邊遠(yuǎn)地區(qū)，所以在很大程度上農(nóng)牧民的需求和購(gòu)買(mǎi)力直接影響到我國(guó)早期小型風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展。近幾年由于廣大農(nóng)牧民生活水平提高、用電量不斷增加，農(nóng)牧民對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量要求不斷擴(kuò)大。

(2) 小型風(fēng)機(jī)應(yīng)用的型式上有所變化。近些年來(lái)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，除了早期的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用，同時(shí)在照明、通訊、便攜式充電等方面也得到了廣闊的應(yīng)用。

(3) 小型風(fēng)電產(chǎn)品的市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。由于國(guó)內(nèi)政策對(duì)風(fēng)力制造企業(yè)的大力支持，使制造廠商對(duì)中小型風(fēng)電設(shè)備的重視程度有所增加，客觀上刺激了中小風(fēng)電設(shè)備的生產(chǎn)，同時(shí)也促進(jìn)了出口量逐年增加。為了盡快占領(lǐng)中小型風(fēng)電設(shè)備國(guó)際市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)制造商應(yīng)該積極謀求海外發(fā)展，擴(kuò)大國(guó)際市場(chǎng)的占有率。

(4) 國(guó)家在政策扶植上加大力度。為提高生產(chǎn)企業(yè)的對(duì)中小型風(fēng)電產(chǎn)品生產(chǎn)積極性，國(guó)家和地方應(yīng)該多方面、多層面推出相應(yīng)激勵(lì)政策和配套措施，以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展。為此，國(guó)家出臺(tái)的《可再生能源法》和《可再生能源產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄》兩個(gè)政策，在促進(jìn)可再生能源的發(fā)展方面已初現(xiàn)成效。

(5) 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一個(gè)行業(yè)的發(fā)展具有至關(guān)重要的地位。農(nóng)業(yè)部科教司已完成制定“小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)條件及質(zhì)量評(píng)價(jià)”、“小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)安裝規(guī)范”；農(nóng)業(yè)部市場(chǎng)司及質(zhì)量辦申報(bào)了“小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范”和“小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)售后技術(shù)規(guī)范”兩個(gè)小風(fēng)電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)國(guó)家根據(jù)《中華人民共和國(guó)勞動(dòng)法》在職業(yè)培訓(xùn)的有關(guān)規(guī)定，勞動(dòng)和社會(huì)保障部、農(nóng)業(yè)部聯(lián)合制定了《小風(fēng)電利用國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》并通過(guò)審批實(shí)施。這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的出臺(tái)必將對(duì)我國(guó)的小風(fēng)電機(jī)組發(fā)展有重大影響。

三 小型風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)勢(shì)

小型風(fēng)電機(jī)組發(fā)展到今天，雖然在發(fā)電量和電能使用覆蓋廣度上與大型風(fēng)電機(jī)組相比存在劣勢(shì)，但小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也有大型機(jī)組無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

首先是小型風(fēng)電機(jī)組的機(jī)動(dòng)性高，小型發(fā)電機(jī)可配合需要增加或變更組件大小，可根據(jù)需要隨時(shí)安裝，安裝簡(jiǎn)單，能夠快速解決日常用電問(wèn)題[2]。其次是小型風(fēng)電使用具有多元化，小型發(fā)電機(jī)可與多種不同的可再生能源組合，方便可靠。再次是小型風(fēng)電機(jī)可量身定做，某些小型發(fā)電機(jī)種可配合實(shí)際電力需求調(diào)節(jié)發(fā)電量，提升發(fā)電效率。最后是使用方便，又屬于小地區(qū)發(fā)電與輸配網(wǎng)路，萬(wàn)一斷電，影響也較小。若需維護(hù)或故障停機(jī)時(shí)，其余機(jī)組照常發(fā)電，不影響系統(tǒng)正常使用。由于小型風(fēng)機(jī)有以上獨(dú)特的使用優(yōu)勢(shì)和性能優(yōu)勢(shì)，所以小型風(fēng)電機(jī)組在應(yīng)用上也具有廣闊天地。

四 中小型風(fēng)力機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

1 風(fēng)力獨(dú)立照明發(fā)電系統(tǒng)

風(fēng)力照明系統(tǒng)是目前小型風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用比較流行的一種的方式，其發(fā)電原理如圖3所示。由于適合城鎮(zhèn)中的風(fēng)況變化較復(fù)雜的特點(diǎn)，其廣泛應(yīng)用在目前的城鎮(zhèn)亮化工程中。與電網(wǎng)供電的常規(guī)路燈相比，風(fēng)力獨(dú)立照明系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

(1) 效果一致的條件下，初投資低于傳統(tǒng)電力照明配套價(jià)格，且節(jié)電效果明顯。

(2) 常規(guī)路燈消耗大量由化石能源燃燒而產(chǎn)生的電能，間接造成環(huán)境污染，風(fēng)力路燈利用風(fēng)能發(fā)電，對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何直接與間接的污染。

(3) 常規(guī)路燈需要埋設(shè)電纜，配設(shè)變電站，施工工程與輸電電纜的成本較高，風(fēng)力路燈則完全省去了這些工程費(fèi)用，建設(shè)周期較短。

(4) 常規(guī)路燈每年要消耗大量的電能，運(yùn)行線路的維護(hù)費(fèi)用較高，給政府財(cái)政及電網(wǎng)電力供應(yīng)都帶來(lái)極大的負(fù)擔(dān)。風(fēng)力路燈的成本與常規(guī)路燈基本相當(dāng)，但風(fēng)力路燈只需一次性設(shè)備投入，即可一勞永逸地利用取之不盡、用之不竭的風(fēng)能發(fā)電供路燈照明使用，維護(hù)費(fèi)用少。

(5) 風(fēng)力路燈與同樣是綠色照明的太陽(yáng)能路燈相比較，也極具優(yōu)勢(shì)。風(fēng)力路燈比太陽(yáng)能燈具有更好的供電可靠性。

風(fēng)力照明要得到長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展也必須做好以下幾方面的工作。其一，建立完善的產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督體系，拒絕劣質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)銷售。其二，修改制定新的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，為生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)提供依據(jù)。其三，關(guān)注小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

2 通信基站電源現(xiàn)狀

隨著通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)通信特別是移動(dòng)通信的要求越來(lái)越高，其中對(duì)于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的深度和廣度需求尤為迫切。但由于中轉(zhuǎn)站和繼電站的能源供應(yīng)問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了通信行業(yè)的發(fā)展。能源的供應(yīng)問(wèn)題主要體現(xiàn)在：

(1) 很多通信站遠(yuǎn)離常規(guī)電網(wǎng)，新建通信站往往要延伸電網(wǎng)或就地發(fā)電。電網(wǎng)延伸代價(jià)很高，甚至不可實(shí)現(xiàn)。

(2) 通信站要求有非常穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)。

(3) 通信站的容量越來(lái)越大。

(4) 國(guó)際油價(jià)節(jié)節(jié)攀升、運(yùn)輸困難，還經(jīng)常受到氣候等條件的制約。在負(fù)荷小的情況下，柴油發(fā)電效率非常低，同時(shí)，柴油機(jī)很難保養(yǎng)。

(5) 用光電作為基站電源電力明顯不足，光電一次性投入高，且冬季效果非常差。

在這些問(wèn)題上，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電來(lái)說(shuō)均可一一得到解決，并且小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝視功率大小可直接安裝到通信發(fā)射塔上，又可進(jìn)一步節(jié)約成本。

3 城市景觀工程

我國(guó)土地幅員遼闊，旅游資源豐富，尤其是沿海城市，如丹東、青島、廈門(mén)、三亞等城市不但有豐富的旅游資源，同時(shí)也是重要的經(jīng)濟(jì)和港口城市，對(duì)能源和環(huán)境要求非常高。但能源消耗和環(huán)境保護(hù)在某種程度上是一個(gè)矛盾的共同體，所以風(fēng)力發(fā)電在這個(gè)方面發(fā)揮著獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建立不但能夠滿足該地區(qū)對(duì)能源的要求，同時(shí)風(fēng)力機(jī)優(yōu)美的造型又是對(duì)城市環(huán)境的一個(gè)美化，對(duì)促進(jìn)該地區(qū)的旅游業(yè)有很大的幫助作用。所以在風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)上也需進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整：風(fēng)力機(jī)的外觀造型和安全性要著重考慮；風(fēng)力機(jī)的選址安裝要在不影響城市生產(chǎn)和生活的前提條件下建立。

4 為邊遠(yuǎn)地區(qū)及農(nóng)牧民提供生活用電

在我國(guó)存在一些遠(yuǎn)離電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，電網(wǎng)延伸到這些地區(qū)需要很高的建造成本和維修成本，同時(shí)我國(guó)牧民居住較分散，不可能所有牧民都用上公共電網(wǎng)的電能。同時(shí)目前國(guó)家號(hào)召大力發(fā)展生態(tài)文明，如何用最少的資金投入，得到最大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益已經(jīng)成為解決束縛農(nóng)村發(fā)展的首要問(wèn)題。若建造2～5kW的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組供電系統(tǒng)，就能解決幾戶甚至十幾戶農(nóng)牧民的生產(chǎn)和生活用電問(wèn)題，而造價(jià)成本又不高(2萬(wàn)～5萬(wàn)元)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看這樣的投入是較經(jīng)濟(jì)的。

5 內(nèi)河航運(yùn)系統(tǒng)

我國(guó)河流眾多，長(zhǎng)江、黃河等水系貫穿東西，河道運(yùn)輸相對(duì)較發(fā)達(dá)。內(nèi)河中運(yùn)行的船只，如拖船、駁船和一些客輪一般在100t以上，需經(jīng)常停滯在江中間的錨地上，其主要?jiǎng)恿?lái)源于蓄電池。若使用小型風(fēng)電設(shè)備對(duì)蓄電池充電，效果明顯，同時(shí)在這方面已有成功的經(jīng)驗(yàn)。另外，我國(guó)船舶總量驚人，這就需要解決船上人員的生活能源問(wèn)題，利用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)解決有很重要的意義和很大的市場(chǎng)。

6 森林觀察站

據(jù)林業(yè)部防火指揮部統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)東北、西南等地共有上千個(gè)高山觀察站，同時(shí)其他省市也都有一些高山森林防火觀察站。在氣候干燥的在防火期間，工作站的工作人員，需晝夜值勤。由于山高路窄、運(yùn)輸困難，同時(shí)又不能使用明火，解決他們的照明、聽(tīng)廣播和觀看電視的問(wèn)題就相當(dāng)困難。若使用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在一定程度上可基本解決觀察站工作人員的照明和娛樂(lè)用電。

7 便攜式風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用

便攜式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用是一種新型的風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用形式。在野外作業(yè)或無(wú)法連接到公共電網(wǎng)電源的情況下，可通過(guò)利用便攜式風(fēng)力發(fā)電機(jī)快速、穩(wěn)定、方便地為需要充電的設(shè)備進(jìn)行電源補(bǔ)給供應(yīng)[4]。

除以上各方面應(yīng)用外，如泵水系統(tǒng)、增氧系統(tǒng)、小型供暖系統(tǒng)等均可大批量使用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

五 小型風(fēng)電發(fā)展存在的問(wèn)題

雖然小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用范圍廣泛，但由于近幾年其單位成本一直居高不下(圖4)，同時(shí)又受到國(guó)內(nèi)外鋼材價(jià)格等因素影響，所以其應(yīng)用程度一直不高。除此之外，制約小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)展還有以下幾方面的因素：

(1) 雖然大部分地區(qū)相繼推出了促進(jìn)風(fēng)電發(fā)展的支持政策，但有些地方主管部門(mén)對(duì)中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展重視不夠[5]。

(2) 現(xiàn)有設(shè)備設(shè)計(jì)可靠性差，在使用過(guò)程中故障率高，運(yùn)行維護(hù)成本高，機(jī)組的風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率低。

(3) 受?chē)?guó)內(nèi)外原材料價(jià)格不斷上漲影響，小型風(fēng)力發(fā)電組生產(chǎn)總成本不斷飆升，同時(shí)購(gòu)買(mǎi)風(fēng)機(jī)的廣大業(yè)主經(jīng)濟(jì)收入有限，造成制造企業(yè)利潤(rùn)空間很小，降低了生產(chǎn)小型風(fēng)電設(shè)備的積極性。

(4) 一些企業(yè)生產(chǎn)的小型發(fā)電機(jī)組質(zhì)量參差不齊，產(chǎn)品投入沒(méi)有通過(guò)國(guó)家檢測(cè)中心測(cè)試鑒定就批量生產(chǎn)銷售，影響發(fā)電系統(tǒng)的效率和可靠性，而且產(chǎn)品服務(wù)不到位，損害了消費(fèi)者的利益。

(5) 對(duì)居民的生活影響很大。噪聲污染、光污染和油污染對(duì)居民生活都有一定影響。

六 建議

(1) 為了促進(jìn)小型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的推廣，減輕風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)負(fù)擔(dān)，建議各地方政府和相關(guān)職能機(jī)構(gòu)對(duì)生產(chǎn)企業(yè)實(shí)行稅收優(yōu)惠政策，對(duì)企業(yè)的技術(shù)改造資金實(shí)行貼息或半貼息。

(2) 企業(yè)要不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計(jì)和制造出高可靠性、高效率、低成本的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，改變小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組品種不全的現(xiàn)狀并提高其質(zhì)量，有利于中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的推廣和應(yīng)用。

(3) 邊遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，此地區(qū)居住的少數(shù)民族用戶，經(jīng)濟(jì)承受能力差，若沒(méi)有地方政府的財(cái)政補(bǔ)貼，在該地區(qū)推廣小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組難度很大。

(4) 加強(qiáng)企業(yè)的售后維修服務(wù)力度。售后人員的技術(shù)培訓(xùn)工作跟不上，用戶在使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，不能得到很好和及時(shí)地解決，將造成小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組完好率有所下降，最終將影響小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用。

(5) 要增加安全護(hù)欄及標(biāo)志，避免使用過(guò)程中發(fā)生事故。

七 結(jié)論

中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于擁有大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和其他發(fā)電設(shè)備不具備的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣闊。在大力發(fā)展大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的同時(shí)，發(fā)展中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)將會(huì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的提高和改善，同時(shí)中小型風(fēng)力機(jī)技術(shù)研究也可作為大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制的前期工作，對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展有很好的促進(jìn)作用。

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