目前風(fēng)電技術(shù)最急需解決的問題

　　隨著世界能源消耗的加快，傳統(tǒng)能源儲量的減少，風(fēng)能發(fā)電這種綠色能源越來越得到重視，并具有取之不盡用之不竭的優(yōu)勢。世界各國都出臺各項政策大力扶持風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，近幾年我國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展，從引進技術(shù)，到自主研發(fā)，國產(chǎn)化率得到大幅提高，國產(chǎn)風(fēng)電機已占主導(dǎo)地位。我國建起了幾座大的陸地風(fēng)電場，在裝機容量上已位居世界第四位，發(fā)展規(guī)模令人注目。目前我國風(fēng)電整機制造企業(yè)已近８０家，但盈利企業(yè)屈指可數(shù)，龍頭企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量問題頻發(fā)是造成眾多風(fēng)電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營困難的原因，就是由于對風(fēng)電技術(shù)的高難度和高風(fēng)險性認識不足。

　　國外風(fēng)電技術(shù)發(fā)展已近百年，但生產(chǎn)大型風(fēng)電設(shè)備有實力的公司僅有屈指可數(shù)的幾家，這都是由于大型風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)的高難度和高風(fēng)險性造成的，有人將其比喻為航天技術(shù)也不為過，由于風(fēng)電設(shè)備工作環(huán)境較惡劣，不確定因素很多。國外有幾十年生產(chǎn)經(jīng)驗，很有實力的公司，都在風(fēng)電機產(chǎn)品上出現(xiàn)過這樣那樣的問題，世界最大的著名風(fēng)電公司由于變速箱質(zhì)量問題造成公司倒閉，這在其它產(chǎn)業(yè)是不可能發(fā)生的，這充分說明風(fēng)電技術(shù)的高難度和高風(fēng)險性。還有沿海風(fēng)電機在臺風(fēng)中損毀，也給風(fēng)電場的運營帶來很大的風(fēng)險。這些問題必須引起我們的高度重視，所以，我認為現(xiàn)在風(fēng)電技術(shù)最急需解決的問題，既不是掌握核心技術(shù)，也不是智能電網(wǎng)技術(shù)，而是解決風(fēng)電機的安全性和穩(wěn)定性問題。我們應(yīng)加強風(fēng)電自主技術(shù)的研發(fā)，總結(jié)現(xiàn)有風(fēng)電技術(shù)中存在的問題，找出造成風(fēng)電技術(shù)高風(fēng)險的根本原因，并在生產(chǎn)研發(fā)中給以解決。只有解決了高風(fēng)險性，使風(fēng)電機成本得到大幅降低，才能使大型風(fēng)電設(shè)備得到推廣普及，才能使眾多風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能得到釋放，才能使我國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到健康快速發(fā)展。

　　 一、控制系統(tǒng)滯后性造成的高風(fēng)險

　　現(xiàn)在的風(fēng)電機組可謂全電子化控制，原理非常先進，既有遠程電子控制，又有設(shè)備自控調(diào)節(jié)裝置，越精密，越復(fù)雜的東西，越容易出問題，這就是辨證法則。風(fēng)電設(shè)備一般都處在較惡劣的環(huán)境中，內(nèi)陸地區(qū)有沙塵暴、冰雹、嚴寒，沿海地區(qū)有臺風(fēng)、暴雨、雷擊、酸雨。沙塵、冰雹、酸雨、雷擊都是電子設(shè)備的致命殺手，沙塵暴和臺風(fēng)對風(fēng)電設(shè)備的機械裝置有非常強的破壞作用。從理論上講進口風(fēng)電機組的運行風(fēng)速達50~60m/s，12級颶風(fēng)的風(fēng)速平均是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)機嚴重損毀。從風(fēng)電機組電子控制上來講，當(dāng)風(fēng)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)電機的控制系統(tǒng)還不可靠，并存在嚴重缺陷。

　　現(xiàn)在對風(fēng)電機的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進行分析，現(xiàn)有風(fēng)電機的控制裝置主要有偏航裝置和變漿矩裝置，我們知道自然界的風(fēng)向和風(fēng)速都是隨時隨機變化的，我們的調(diào)節(jié)裝置雖然可以根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)速調(diào)整，但在速度上始終是滯后的，并不能完全滿足風(fēng)電機平穩(wěn)發(fā)電的需要。比如在自然界中風(fēng)向呈90°變化是經(jīng)常發(fā)生的，偏航裝置和變漿矩裝置的響應(yīng)速度若是1°/秒，90°就需要90秒的調(diào)整時間，在這么長的調(diào)整過程中，風(fēng)輪葉片所受的風(fēng)力角是完全不同的，也就是葉片所受的風(fēng)力是變化的，必然造成風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定，從而影響到風(fēng)電機輸出功率的穩(wěn)定，嚴重時就會造成風(fēng)電機解網(wǎng)，造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定。這種調(diào)節(jié)的滯后性在強風(fēng)暴的氣候條件下，往往會造成嚴重的后果，在高風(fēng)速情況下葉片處于順漿位置，若風(fēng)向發(fā)生90°變化，就會使葉片完全處于大面積受風(fēng)的狀態(tài)，使葉片受力突然增大，葉片受到的強大風(fēng)載就會通過傳動軸對變速裝置造成巨大的沖擊，巨大的風(fēng)載也會對偏航裝置造成沖擊，造成偏航裝置的損壞，葉片也有可能被折損壞。

[$page]　　二、葉片風(fēng)載特性造成的高風(fēng)險

　　現(xiàn)有葉片是按空氣動力學(xué)原理設(shè)計，并采用直升飛機漿葉的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，具有很強的高風(fēng)速特性。這種結(jié)構(gòu)在微風(fēng)狀態(tài)下，空氣動力性能肯定是很弱的，就象飛機速度低沒有升力一樣。根據(jù)本人對風(fēng)電機運行數(shù)據(jù)的分析，當(dāng)風(fēng)速小于6m/s時，風(fēng)能利用系數(shù)小，空氣動力性能弱，當(dāng)風(fēng)速在8m/s左右時，風(fēng)能利用系數(shù)變大，說明葉片的空氣動力性能已發(fā)揮作用，當(dāng)風(fēng)速大于10m/s以上時，葉片的變槳距裝置開始動作，隨著風(fēng)速的增高，變槳距在不斷減小葉片的空氣動力性能，風(fēng)能利用系數(shù)也在不斷減小。根據(jù)以上分析就可以得出這樣的結(jié)論：在低風(fēng)速時，葉片的空氣動力性能作用不大，在高風(fēng)速時，我們又限制空氣動力性能的作用，也就是說我們精心設(shè)計的具有優(yōu)良空氣動力性能的葉片，實際上并沒有發(fā)揮太大的作用。而且從運行數(shù)據(jù)還可以看岀，在陸地風(fēng)速較低（3~8m/s）的情況下，風(fēng)能利用系數(shù)小，風(fēng)電機的發(fā)電效率很低，而這個風(fēng)速是時間最長，最有開發(fā)價值的風(fēng)速，也就是說我們花高額成本設(shè)計制造的風(fēng)電機葉片，在大部份時間并沒有發(fā)揮應(yīng)有的效能，而且造成微風(fēng)發(fā)電性能差。這種性能造成裝機容量很大，而發(fā)電量少的不利局面，給風(fēng)電場的盈利帶來風(fēng)險。

　　而在高風(fēng)速狀態(tài)下，隨著風(fēng)速增大，葉片的空氣動力性能會越來越強，我們以1.5MW風(fēng)電機為例進行說明，設(shè)計風(fēng)速為13m/s，產(chǎn)生的能量為1.5MW，核算在每個葉片上的風(fēng)載可達百噸。若12級臺風(fēng)的平均風(fēng)速為34m/s，而風(fēng)的能量與風(fēng)速的關(guān)系是三次方的關(guān)系，那么在臺風(fēng)狀態(tài)下每個葉片產(chǎn)生的風(fēng)載將達千噸以上，這個數(shù)值是相當(dāng)驚人的。我們知道風(fēng)電機的控制系統(tǒng)有卸載功能，但任何控制系統(tǒng)都存在滯后性，不可能及時完全卸載，這樣大的風(fēng)載形成的沖擊力是任何機械裝置都無法承受的，我們設(shè)計制造的變速裝置很大，強度也非常高，但仍不能避免這種沖擊力對變速裝置的損壞。這就是造成沿海風(fēng)電機不穩(wěn)定、安全性無法保障的最根本原因。也是造成沿海風(fēng)電機被臺風(fēng)損毀的主要原因。
            
　　三、葉片質(zhì)量帶來的高風(fēng)險

　　大葉片制造技術(shù)是大型風(fēng)電機的關(guān)鍵技術(shù)，隨著大型風(fēng)