中小型風力發(fā)電及風光互補新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

1.過去

在1980年，國家領(lǐng)導(dǎo)人視察我國的西北部地區(qū)后，向科技部提出了要解決偏遠地區(qū)農(nóng)牧民用電問題的批示?？萍疾拷M織專家對這些地區(qū)進行考察后，提出了發(fā)展小型風力發(fā)電機解決偏遠地區(qū)農(nóng)牧民供電問題的方案，并列入了國家“六五”科技攻關(guān)計劃。

當時，南京航空學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、沈陽工學(xué)院、清華大學(xué)、長沙鐵道學(xué)院等一批院校和航空部602所、機械部呼和浩特牧機所、中科院電工所、北京農(nóng)機化研究院、浙江機電研究院、中國氣象科學(xué)院等一批院所以及中國船舶工業(yè)總公司884廠、441廠、內(nèi)蒙古動力機廠、包頭電機廠、商都牧機廠、北京聯(lián)合收割機廠、北京電機總廠、浙江電力修造廠等企業(yè)都參與了小型風力發(fā)電機的設(shè)計、研制。

八十年代中后期，我國的小型風力發(fā)電機形成了規(guī)模化生產(chǎn)的能力，在內(nèi)蒙古等偏遠地區(qū)推廣中小型風力發(fā)電機近二十萬臺，到1990年在丹東召開全國風力機械行業(yè)協(xié)會成立大會時，會員單位有五十多家。但由于沒有適時建立產(chǎn)品質(zhì)量檢測體系和市場監(jiān)督機制，致使大批低質(zhì)量低價的中小型風力發(fā)電機涌入市場，導(dǎo)致產(chǎn)品的成本與市場價格錯位，提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的企業(yè)失去了市場，也喪失了產(chǎn)品更新?lián)Q代和進一步研發(fā)的能力。加上產(chǎn)品的售后服務(wù)體系沒建立，中小型風力發(fā)電機產(chǎn)品大面積出現(xiàn)質(zhì)量問題，用戶對中小風機產(chǎn)品失去了信心，市場急劇萎縮，從而使整個小型風力發(fā)電機制造行業(yè)全面萎縮。

按全國風力機械行業(yè)協(xié)會2000年對全國小型風力發(fā)電機產(chǎn)品銷售量的統(tǒng)計，全國共銷售小型風力發(fā)電機產(chǎn)品12670臺套，其中300w以下的產(chǎn)品12000臺套，并以低質(zhì)量低價的產(chǎn)品為主，工業(yè)產(chǎn)值不足2000萬元，不及一個中小企業(yè)的年產(chǎn)值。

造成這種局面的主要原因有如下幾點。

1.1 對小型風力發(fā)電機的技術(shù)難度認識不足

1992年美國宇航局曾發(fā)表過一篇文章，說明美國宇航局和波音公司由于對中小型風力發(fā)電機的技術(shù)難度估計不足，而導(dǎo)致為軍方研制的便攜式小型風力發(fā)電機失敗，文章中主要提到中小型風力發(fā)電機研制上的困難在于：

中小型風力發(fā)電機所面對的自然環(huán)境極為惡劣，由于風受地面粗糙度和障礙物的影響很大，離地面高度越高，風速越穩(wěn)定。而中小型風機受安裝高度限制，而且不能遠離用電者居住的地方，所以中小型風機是工作在風的紊流區(qū)域，風速風向的無規(guī)則頻繁變化對風機的破壞性很大。

中小型風力發(fā)電機所能提供的能源有限，考慮到單位功率成本的因素，好的材料和先進的控制技術(shù)無法采用，可選擇的材料和技術(shù)手段有限。長期以來，我國的小風機研制缺乏對小風機使用環(huán)境的研究，比較注重風機的性能測試數(shù)據(jù)，缺乏對風機在不同環(huán)境下進行運行考核的要求。

1.2 產(chǎn)品的技術(shù)要求不合理，配套系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)各自分離

雖然我國的小型風力發(fā)電機技術(shù)標準做了調(diào)整和修改，但在對小風機的產(chǎn)品要求上還是按八十年代所訂的風機標準來要求，一個最顯著的特點就是要求風機的額定風速在6～8m/s，這是極不合理的。因為小型風力發(fā)電機受技術(shù)手段的限制，只能采用定漿距葉片，當風速大于額定風速時，風機的限速機構(gòu)必須開始動作，否則就可能會燒毀發(fā)電機。風機限速后，輸出功率急速下降，從而大大縮小了風機的有效工作風速范圍。

以年平均風速4～5m/s的地區(qū)為例(這也是我國西北部偏遠地區(qū)較普遍的風資源條件)，下圖為該地區(qū)全年風速的時表分布圖和風能密度分布圖。

圖1 年平均風速3.9m/s的地區(qū)不同風速下風速的時間正態(tài)分布圖

圖2 年平均風速3.9m/s的地區(qū)不同風速下風的能量正態(tài)分布圖

相對于國際上通行的做法(將風機的額定風速定在10～13m/s的范圍以體現(xiàn)對風能利用最大化的原則)，我國的小風機額定風速定得低，主要是希望風機的有效工作時間長，較長時間滿足用戶的用電需求。這種考慮是有局限性的。風能和太陽能一樣，是隨機性很強的能源，而且能量密度低，希望風力發(fā)電機在任何條件下都能滿足用戶的用電要求是不現(xiàn)實的，要盡可能滿足用戶的用電要求，最好的辦法是采用風光互補發(fā)電系統(tǒng)，而不是降低風機的額定風速。

中小型風機的額定風速定得低，主要有以下幾方面問題：1)降低了風機的利用率：風力發(fā)電機的效率本來就不高，如果我們再把風能的有效利用區(qū)域限得很窄，不利于對風能的充分利用。2)增加了風機的成本和技術(shù)難度：風能是隨風速的三次方成正比的，額定風速定得低，同等功率下風機的成本要高很多(我國小風機的重量是國外同功率產(chǎn)品的3～5倍)。風機處于限速狀態(tài)的機率大，時間長，相應(yīng)的產(chǎn)生故障的機會大，產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)難度大。3)與國際上同類產(chǎn)品的技術(shù)要求不接軌，喪失了國際市場上進行產(chǎn)品競爭的能力：太陽能熱水器、太陽能光伏都是按較高的光照強度來考核的，為什么中小型風機一定要按低風速來考核?這顯然是不合理的，這對中小型風機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不利。

此外，無論風力發(fā)電系統(tǒng)還是風光互補系統(tǒng)，都由控制系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)組成等配套產(chǎn)業(yè)組成，發(fā)電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)各自分家，是整合后系統(tǒng)穩(wěn)定性差的根本原因，也是目前改行業(yè)的技術(shù)壁壘。使最終用戶衡量考察中小型風力發(fā)電及風光互補新能源發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生誤差。獨立各個系統(tǒng)都是合格的，在各種惡劣的自然環(huán)境下一整合系統(tǒng)就是劣質(zhì)的，不是控制系統(tǒng)不當就是儲能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)配比不適合等，體現(xiàn)在用戶面前的不僅僅是單一發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率、低風速啟動、低風速儲能、抗大風保護等，還涉及到控制系統(tǒng)的智能控制、低電壓升壓、充放電控制等，儲能系統(tǒng)的選擇、配比、等等一系列衍生的產(chǎn)業(yè)問題。

1.3 價值和價格的嚴重背離限制了行業(yè)的發(fā)展

長期以來，我國小風機的定位是面向偏遠貧困地區(qū)的農(nóng)牧民，要他們買得起，所以價格要低。這種指導(dǎo)思想嚴重制約了行業(yè)的發(fā)展。

實際上風機的價格只有太陽能電池的1/4～1/5(按單位輸出功率測算)，但現(xiàn)在國家實施“送電到鄉(xiāng)”工程，大量采用光伏電站，而不是風力發(fā)電機，原因是太陽能電池可靠，而風機可靠性太差。中小風機行業(yè)實際上是以犧牲可靠性去迎合市場的低價格，結(jié)果使行業(yè)走入了死胡同。

太陽能熱水器、太陽能光伏都是先走高價位，隨著產(chǎn)業(yè)的規(guī)模擴大、生產(chǎn)成本降低、技術(shù)進步，才大幅度降價的。中小風機一開始就定在低價位，產(chǎn)品沒有利潤，企業(yè)沒有發(fā)展后勁。而國家的資金支持一直在向大風電和科研傾斜而沒有鼓勵中小風機及風光互補產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中小風機及風光互補產(chǎn)業(yè)甚至處于一個被遺忘的角落，致使中國的中小風機產(chǎn)業(yè)滑落到現(xiàn)在的狀況。這兩年隨著“綠色照明”、“節(jié)能、減排”政策出臺才給行業(yè)帶來了新的生機。

1.4 缺乏市場監(jiān)管機制

我們的中小型風力發(fā)電機產(chǎn)品有較完整的國家標準，包括產(chǎn)品性能標準和安全標準，但市場上銷售的產(chǎn)品絕大部分沒有經(jīng)過國家檢測機構(gòu)的檢測和認證，劣質(zhì)產(chǎn)品充斥市場，風機傷人事件時有發(fā)生。大量的用戶買了產(chǎn)品不出三個月就沒有了使用價值，都無處投訴，整個行業(yè)就沒有形成有效的市場機制。所以，生產(chǎn)企業(yè)也不考慮產(chǎn)品的售后服務(wù)和質(zhì)量跟蹤，致使中小風機產(chǎn)品失去了用戶的信任，失去了市場。

2.現(xiàn)在

中小型風力發(fā)電機的可靠性問題是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心問題。當風神風電科技有限公司在2003年決定進入小型風力發(fā)電機制造業(yè)時就調(diào)查研究過各方面的問題，我們對國際上各種小型風力發(fā)電機進行了認真的解剖和分析，確定了產(chǎn)品設(shè)計和制造的基本思路：確定了放棄單機械限速機構(gòu)，通過機械制動和電磁限速相結(jié)合的方式對風力機進行限速保護的思路;參照國際上通行的做法，把風力機的額定風速定在12m/s的風速狀態(tài);采用風力機的全部零部件模具化制造的生產(chǎn)工藝，確保部件的高效率和產(chǎn)品的一致性。

根據(jù)這個基本思路，我們花了近三年的時間，經(jīng)過四代產(chǎn)品的更新?lián)Q代，到2006年才把FS系列風力機進行了產(chǎn)品定型并投放市場，使產(chǎn)品實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。如果使小型風力機形成產(chǎn)業(yè)，我們認識到以前把市場定位在偏遠農(nóng)牧民的思路是不正確的。偏遠地區(qū)的農(nóng)牧民最需要電，但他們沒有購買力，這種購買力不僅僅在經(jīng)濟能力上，還表現(xiàn)在心理上。他們希望能和城里人一樣用電交電費，他們有這個能力，只是國家不能給他們送電，他們是最貧困的人卻要買最貴的電，這不合理。有需求而沒有購買力則不能形成市場，小型電力機的制造企業(yè)很難去開拓市場。

因此，結(jié)合市場，我們轉(zhuǎn)變了理念，把應(yīng)用在自然資源條件好經(jīng)濟條件但不發(fā)達的卻是最需要電的偏遠地區(qū)引入到了自然資源相對較差但經(jīng)濟條件相對較好相對用電不是最急需的城市。

中小型風力發(fā)電機產(chǎn)業(yè)的出路在哪里?我們認為，關(guān)鍵在應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)。中小型風力發(fā)電機和太陽能電池一樣，作為獨立供電系統(tǒng)都受自然資源條件的限制，影響了供電系統(tǒng)的可靠性。但風力機和太陽能結(jié)合組成風光互補供電系統(tǒng)，則能大大提高供電系統(tǒng)的可靠性。風能和太陽能在時間上、季節(jié)上都有很強的互補性，風力機和太陽能電池組成混合的獨立供電系統(tǒng)最有效地利用自然資源，提高供電系統(tǒng)的可靠性。在太陽能電池的獨立供電系統(tǒng)中，蓄電池的壽命問題一直制約著太陽能的應(yīng)用。系統(tǒng)并入風力機后可改善蓄電池的充電特性，提高蓄電池的壽命。風力機的單位成本僅為太陽能電池板的1/4左右，風力機同太陽能電池組成混合供電系統(tǒng)后，系統(tǒng)成本可大幅降低，使供電系統(tǒng)更具有市場推廣價值。

這幾年，我們分別開發(fā)了風光互補路燈系統(tǒng)、風光互補高速公路監(jiān)控系統(tǒng)、風光互補通訊機站電源系統(tǒng)等，為中小型風力發(fā)電機的推廣開創(chuàng)了全新的局面。

3.未來

中小型風力發(fā)電機未來的發(fā)展趨勢如何?筆者認為應(yīng)該包括以下幾個方面：

1)中小型風力機與太陽能電池結(jié)合作為最合理的獨立電源可開發(fā)更多的應(yīng)用領(lǐng)域，包括風光互補便攜式電源、風光互補泵水系統(tǒng)、風光互補增氧系統(tǒng)、風光互補供暖系統(tǒng)、風光互補海水淡化系統(tǒng)、風光互補景觀照明系統(tǒng)等等。隨著中小型風力發(fā)電機產(chǎn)品的多樣化，風光互補獨立供電系統(tǒng)在市政項目、邊防哨所、偏遠地區(qū)都有著極廣的應(yīng)用前景。

2)中小型風力發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。大家都知道，德國和日本的太陽能屋頂計劃大大促進了太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但在英國等陽光資源不好的國家，正在推廣風力發(fā)電機屋頂發(fā)電計劃。在家庭安裝中小型風力發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電，可節(jié)省輸配電系統(tǒng)，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是分布式電源的理想方式。在國外還作為夜間照明和獨立供電來減少犯罪率的公共設(shè)施。

目前，寧波風神風電科技有限公司的15個系列風光互補系統(tǒng)率先通過歐洲CE標準的檢測認證，同時也在廣交會廣場、東盟博覽會永久舉辦地南寧國際會展中心廣場安裝了風光互補景觀照明系統(tǒng)。英國、美國等國家已立法鼓勵家庭安裝中小型風力發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及風光互補系統(tǒng)，都為中小型風力發(fā)電及風光互補新能源系統(tǒng)帶來更廣闊的發(fā)展前景。但中小型風力發(fā)電機在市政工程的推廣對產(chǎn)品提出了更高的要求，低風速發(fā)電、低電壓儲能、低噪音、高可靠性、美觀性、安全性等都有了更高的要求。中小型風力發(fā)電機的技術(shù)進步是促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本保證。

4.倡議

我國的中小型風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)是有技術(shù)基礎(chǔ)的，而且產(chǎn)品都是自主知識產(chǎn)權(quán)和100%的國產(chǎn)化，并在國際上處于領(lǐng)先地位。

為保證產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，筆者有以下倡議：

1)建立完善的產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督體系。小型風力發(fā)電機產(chǎn)業(yè)就是被產(chǎn)品質(zhì)量拖累的，只有健全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督體系才能杜絕劣質(zhì)產(chǎn)品充斥市場，才能給產(chǎn)業(yè)一個公平競爭、健康發(fā)展的環(huán)境。

2)政府項目為小型風力發(fā)電機產(chǎn)品提供一個推廣的機會。“送電到鄉(xiāng)”工程采用了太陽能發(fā)電系統(tǒng)，我國的小型風力機失去了一個推廣和發(fā)展的機會，希望“送電到村”工程能充分考慮采用風光互補發(fā)電系統(tǒng)，為我國的中小型風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)及風光互補新能源提供一個推廣和發(fā)展的機會。

3)關(guān)注小型風力發(fā)電機產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步。在我國的新能源行業(yè)中，中小型風力發(fā)電及風光互補新能源產(chǎn)業(yè)是為數(shù)不多的與國外技術(shù)水平差距不大的產(chǎn)業(yè)，如果能把這個產(chǎn)業(yè)做大，就能成為極具國際市場競爭力的產(chǎn)品，為我國出口創(chuàng)匯做出貢獻。