我國中小型風力發電機組的應用與問題分析

沈陽工程學院能源與動力工程系 ■ 關新

遼寧社會科學院哲學研究所 ■ 吳偉

一 引言

從圖1可以看出我國風資源豐富地區主要集中在東北、西北、華北，即“三北地區”；而東部沿海地區多數處于風資源較豐富區域，若在該地區發展大型和超大型風力發電機組，其投入與產出的比例將失衡。同時東部地區又是經濟較發達地區，能源消耗很大，若將北部產生的電力長途運輸東部，其電能輸送成本和線路維護成本將很高，所以在這些地區發展中小型風力發電機組將是不錯的選擇。

自2003年以來，國內風力機制造廠受國際和國內風電市場的影響，制造的風力機型號多為大型和超大型風力發電機，小型風力機的增長速度緩慢，甚至停步不前。是否還繼續單一發展大型風力機組，中小型風力機是否有研制的必要，將是需要政府機構、制造廠商和工程技術人員共同思考的問題。

二 小型風電的發展情況

我國中小型風力機的發展大概主要分為4個階段(圖2)。我國中小型風電機組起步階段應從20世紀的70年代開始，此時的小型風力發電機只是作為大型風力發電機的先期產品，作為研制大型風力發電機組試驗品，真正用到生產和生活中的小型風力發電機相對很少。進入20世紀八九十年代，隨著我國經濟建設的發展，小型風力發電機組略有發展，但受到國內市場經濟調控影響，在制造和技術上并沒有很大突破，此時期只是進入到了小機組研制過渡階段。進入21世紀，伴隨著國際發展新型清潔能源和可再生能源的潮流，以及在國內對可再生能源的扶持政策的影響下，小型風力機技術在大型風電機組蓬勃發展的基礎上也有了長足的進步，并且其技術水平和制造工藝正逐漸進入成熟階段。

目前我國小型風電機組的發展主要體現在以下幾個方面：

(1) 裝機容量不斷增加。傳統的小型風力發電機組主要應用于邊遠地區，所以在很大程度上農牧民的需求和購買力直接影響到我國早期小型風電機組的發展。近幾年由于廣大農牧民生活水平提高、用電量不斷增加，農牧民對小型風力發電機的裝機容量要求不斷擴大。

(2) 小型風機應用的型式上有所變化。近些年來小型風力發電機的應用領域不斷擴大，除了早期的中小型風力發電機應用，同時在照明、通訊、便攜式充電等方面也得到了廣闊的應用。

(3) 小型風電產品的市場不斷擴大。由于國內政策對風力制造企業的大力支持，使制造廠商對中小型風電設備的重視程度有所增加，客觀上刺激了中小風電設備的生產，同時也促進了出口量逐年增加。為了盡快占領中小型風電設備國際市場，國內制造商應該積極謀求海外發展，擴大國際市場的占有率。

(4) 國家在政策扶植上加大力度。為提高生產企業的對中小型風電產品生產積極性，國家和地方應該多方面、多層面推出相應激勵政策和配套措施，以促進產業和技術發展。為此，國家出臺的《可再生能源法》和《可再生能源產業指導目錄》兩個政策，在促進可再生能源的發展方面已初現成效。

(5) 行業標準的制定。行業標準和技術標準對一個行業的發展具有至關重要的地位。農業部科教司已完成制定“小型風力發電系統技術條件及質量評價”、“小型風力發電系統安裝規范”；農業部市場司及質量辦申報了“小型風力發電系統驗收規范”和“小型風力發電系統售后技術規范”兩個小風電行業標準。同時國家根據《中華人民共和國勞動法》在職業培訓的有關規定，勞動和社會保障部、農業部聯合制定了《小風電利用國家職業標準》并通過審批實施。這些標準和規范的出臺必將對我國的小風電機組發展有重大影響。

三 小型風電機組的優勢

小型風電機組發展到今天，雖然在發電量和電能使用覆蓋廣度上與大型風電機組相比存在劣勢，但小型風力發電機組也有大型機組無法比擬的優點。

首先是小型風電機組的機動性高，小型發電機可配合需要增加或變更組件大小，可根據需要隨時安裝，安裝簡單，能夠快速解決日常用電問題[2]。其次是小型風電使用具有多元化，小型發電機可與多種不同的可再生能源組合，方便可靠。再次是小型風電機可量身定做，某些小型發電機種可配合實際電力需求調節發電量，提升發電效率。最后是使用方便，又屬于小地區發電與輸配網路，萬一斷電，影響也較小。若需維護或故障停機時，其余機組照常發電，不影響系統正常使用。由于小型風機有以上獨特的使用優勢和性能優勢，所以小型風電機組在應用上也具有廣闊天地。

四 中小型風力機的應用領域

1 風力獨立照明發電系統

風力照明系統是目前小型風力發電應用比較流行的一種的方式，其發電原理如圖3所示。由于適合城鎮中的風況變化較復雜的特點，其廣泛應用在目前的城鎮亮化工程中。與電網供電的常規路燈相比，風力獨立照明系統具有明顯的優勢。

(1) 效果一致的條件下，初投資低于傳統電力照明配套價格，且節電效果明顯。

(2) 常規路燈消耗大量由化石能源燃燒而產生的電能，間接造成環境污染，風力路燈利用風能發電，對環境沒有任何直接與間接的污染。

(3) 常規路燈需要埋設電纜，配設變電站，施工工程與輸電電纜的成本較高，風力路燈則完全省去了這些工程費用，建設周期較短。

(4) 常規路燈每年要消耗大量的電能，運行線路的維護費用較高，給政府財政及電網電力供應都帶來極大的負擔。風力路燈的成本與常規路燈基本相當，但風力路燈只需一次性設備投入，即可一勞永逸地利用取之不盡、用之不竭的風能發電供路燈照明使用，維護費用少。

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

風力照明要得到長遠的發展也必須做好以下幾方面的工作。其一，建立完善的產品質量監督體系，拒絕劣質產品的生產銷售。其二，修改制定新的產品標準，為生產研發企業提供依據。其三，關注小型風力發電機產業的技術進步。

2 通信基站電源現狀

隨著通信行業的迅猛發展，人們對通信特別是移動通信的要求越來越高，其中對于網絡覆蓋的深度和廣度需求尤為迫切。但由于中轉站和繼電站的能源供應問題，嚴重阻礙了通信行業的發展。能源的供應問題主要體現在：

(1) 很多通信站遠離常規電網，新建通信站往往要延伸電網或就地發電。電網延伸代價很高，甚至不可實現。

(2) 通信站要求有非常穩定可靠的電力供應。

(3) 通信站的容量越來越大。

(4) 國際油價節節攀升、運輸困難，還經常受到氣候等條件的制約。在負荷小的情況下，柴油發電效率非常低，同時，柴油機很難保養。

(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。

在這些問題上，對于風力發電來說均可一一得到解決，并且小型風力發電機的安裝視功率大小可直接安裝到通信發射塔上，又可進一步節約成本。

3 城市景觀工程

我國土地幅員遼闊，旅游資源豐富，尤其是沿海城市，如丹東、青島、廈門、三亞等城市不但有豐富的旅游資源，同時也是重要的經濟和港口城市，對能源和環境要求非常高。但能源消耗和環境保護在某種程度上是一個矛盾的共同體，所以風力發電在這個方面發揮著獨一無二的優勢。風力發電機組的建立不但能夠滿足該地區對能源的要求，同時風力機優美的造型又是對城市環境的一個美化，對促進該地區的旅游業有很大的幫助作用。所以在風力機設計上也需進行相應調整：風力機的外觀造型和安全性要著重考慮；風力機的選址安裝要在不影響城市生產和生活的前提條件下建立。

4 為邊遠地區及農牧民提供生活用電

在我國存在一些遠離電網的偏遠地區，電網延伸到這些地區需要很高的建造成本和維修成本，同時我國牧民居住較分散，不可能所有牧民都用上公共電網的電能。同時目前國家號召大力發展生態文明，如何用最少的資金投入，得到最大經濟效益和社會效益已經成為解決束縛農村發展的首要問題。若建造2～5kW的小型風力發電機組供電系統，就能解決幾戶甚至十幾戶農牧民的生產和生活用電問題，而造價成本又不高(2萬～5萬元)，從長遠角度看這樣的投入是較經濟的。

5 內河航運系統

我國河流眾多，長江、黃河等水系貫穿東西，河道運輸相對較發達。內河中運行的船只，如拖船、駁船和一些客輪一般在100t以上，需經常停滯在江中間的錨地上，其主要動力來源于蓄電池。若使用小型風電設備對蓄電池充電，效果明顯，同時在這方面已有成功的經驗。另外，我國船舶總量驚人，這就需要解決船上人員的生活能源問題，利用小型風力發電機來解決有很重要的意義和很大的市場。

6 森林觀察站

據林業部防火指揮部統計，在我國東北、西南等地共有上千個高山觀察站，同時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、運輸困難，同時又不能使用明火，解決他們的照明、聽廣播和觀看電視的問題就相當困難。若使用小型風力發電機，在一定程度上可基本解決觀察站工作人員的照明和娛樂用電。

7 便攜式風力發電機使用

便攜式風力發電技術的應用是一種新型的風力發電應用形式。在野外作業或無法連接到公共電網電源的情況下，可通過利用便攜式風力發電機快速、穩定、方便地為需要充電的設備進行電源補給供應[4]。

除以上各方面應用外，如泵水系統、增氧系統、小型供暖系統等均可大批量使用小型風力發電機。

五 小型風電發展存在的問題

雖然小型風力發電機組的應用范圍廣泛，但由于近幾年其單位成本一直居高不下(圖4)，同時又受到國內外鋼材價格等因素影響，所以其應用程度一直不高。除此之外，制約小型風力發電機組發展還有以下幾方面的因素：

(1) 雖然大部分地區相繼推出了促進風電發展的支持政策，但有些地方主管部門對中小型風力發電機的發展重視不夠[5]。

(2) 現有設備設計可靠性差，在使用過程中故障率高，運行維護成本高，機組的風能轉化效率低。

(3) 受國內外原材料價格不斷上漲影響，小型風力發電組生產總成本不斷飆升，同時購買風機的廣大業主經濟收入有限，造成制造企業利潤空間很小，降低了生產小型風電設備的積極性。

(4) 一些企業生產的小型發電機組質量參差不齊，產品投入沒有通過國家檢測中心測試鑒定就批量生產銷售，影響發電系統的效率和可靠性，而且產品服務不到位，損害了消費者的利益。

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

六 建議

(1) 為了促進小型風力發電技術的推廣，減輕風電設備制造企業負擔，建議各地方政府和相關職能機構對生產企業實行稅收優惠政策，對企業的技術改造資金實行貼息或半貼息。

(2) 企業要不斷提高產品質量，設計和制造出高可靠性、高效率、低成本的風力發電機組，改變小型風力發電機組品種不全的現狀并提高其質量，有利于中小型風力發電機組的推廣和應用。

(3) 邊遠地區經濟發展緩慢，此地區居住的少數民族用戶，經濟承受能力差，若沒有地方政府的財政補貼，在該地區推廣小型風力發電機組難度很大。

(4) 加強企業的售后維修服務力度。售后人員的技術培訓工作跟不上，用戶在使用過程中出現問題，不能得到很好和及時地解決，將造成小型風力發電機組完好率有所下降，最終將影響小型風力發電機組的應用。

(5) 要增加安全護欄及標志，避免使用過程中發生事故。

七 結論

中小型風力發電機由于擁有大型風力發電機組和其他發電設備不具備的優點，其應用的領域非常廣闊。在大力發展大型風力發電機組的同時，發展中小型風力發電機將會促進國民經濟和人民生活的提高和改善，同時中小型風力機技術研究也可作為大型風力發電機研制的前期工作，對風力發電技術的發展有很好的促進作用。

[1]李俊峰, 施鵬飛, 高虎.中國風電發展報告2010[M].海口: 海南出版社, 2010: 8－9.

[2]劉銳, 劉毅.小型風力發電技術探討[J].機電信息, 2009, (36)：174－175.

[3]王琬, 李笑倩, 朱永強.利用小型風力發電系統構建綠色環保小區[J].現代電力, 2009, (6): 55

[4]李小亮.便攜式小型風力機樣機設計[J].大連民族學院學報,2009, 11(5): 11.

[5]李德孚.2009年我國小型風力發電行業發展報告[J].農業工程技術：新能源產業, 2009, (12): 6.