風(fēng)電技術(shù)涉及氣象、地質(zhì)、機(jī)械、力學(xué)、材料、電力、信息、通訊等多個(gè)學(xué)科。大型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制和大型風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃建設(shè)在我國(guó)尚屬起步階段,兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組幾乎全部由國(guó)外引進(jìn)技術(shù),風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研制、風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)、接網(wǎng)以及電網(wǎng)管理運(yùn)行等方面經(jīng)驗(yàn)均不足。通過(guò)引進(jìn)消化吸收和推進(jìn)自主創(chuàng)新,同時(shí)結(jié)合我國(guó)地質(zhì)、地貌、風(fēng)況、氣候和電網(wǎng)等具體條件開(kāi)展研發(fā),是掌握風(fēng)電設(shè)計(jì)技術(shù),開(kāi)展自主研發(fā),實(shí)現(xiàn)風(fēng)電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。
一、引進(jìn)技術(shù)、消化吸收
我國(guó)發(fā)展的初期階段曾經(jīng)倡導(dǎo)過(guò)技術(shù)引進(jìn)、消化吸收;的技術(shù)路線,并引進(jìn)丹麥并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。由于多種原因,時(shí)至今日成效并不明顯,應(yīng)認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。
我國(guó)目前裝機(jī)的絕大多數(shù)兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組均為按照國(guó)外設(shè)計(jì)圖紙組裝的機(jī)型,其中部分機(jī)型是經(jīng)過(guò)較大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行考核的成熟機(jī)型。因此,應(yīng)將引進(jìn)的成熟機(jī)型作為設(shè)計(jì)樣機(jī),充分剖析其設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、材料選擇及工藝等方面信息,不僅掌握組裝技術(shù),更要掌握從零件、部件到整機(jī)的設(shè)計(jì)和匹配,做到對(duì)引進(jìn)技術(shù)的真正消化和吸收。一方面培養(yǎng)出自己的設(shè)計(jì)隊(duì)伍,另一方面發(fā)現(xiàn)引進(jìn)機(jī)型設(shè)計(jì)中存在的不足或者與我國(guó)風(fēng)場(chǎng)情況不相適應(yīng)的缺陷,為自主研發(fā)打下良好基礎(chǔ)。
二、 改進(jìn)改型、自主研發(fā)
我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)的風(fēng)電機(jī)型基本是依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和歐洲(德國(guó)和丹麥)氣候和風(fēng)況條件設(shè)計(jì)的,甚至存在引進(jìn)在國(guó)外也未得到充分驗(yàn)證和考核的機(jī)型。我國(guó)地域遼闊,地質(zhì)、地貌、風(fēng)況、氣候等條件與中歐差別很大,電網(wǎng)條件也不相同。例如德國(guó)和丹麥的電網(wǎng)和其他歐洲國(guó)家已經(jīng)聯(lián)成歐洲聯(lián)合電網(wǎng),在聯(lián)合電網(wǎng)上可進(jìn)行電量自由交易。我國(guó)富風(fēng)區(qū)的電網(wǎng)基本還屬弱網(wǎng),引進(jìn)的機(jī)型存在與我國(guó)不相適應(yīng)的問(wèn)題。進(jìn)行改進(jìn)、改型,研制出適應(yīng)性更強(qiáng)、可靠性更高的新機(jī)型,是消化吸收的重要手段。在產(chǎn)品改型過(guò)程中,會(huì)誕生出適合我國(guó)國(guó)情的風(fēng)電技術(shù),更會(huì)提高自主研發(fā)能力,為機(jī)型升級(jí)和換代奠定基礎(chǔ)。由于是針對(duì)我國(guó)實(shí)際情況開(kāi)展的改進(jìn)、改型研發(fā),某些條件要比歐洲苛刻得多,所取得的成果可能蘊(yùn)含著技術(shù)突破,在國(guó)外無(wú)此條件和市場(chǎng)需求。這也給我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制企業(yè)提供縮小與國(guó)外企業(yè)差距的重要機(jī)會(huì)。
三、 基礎(chǔ)研究
我國(guó)雖然風(fēng)資源豐富,但不同地域的資源條件差別很大。例如北方多高寒和沙塵暴,南方多高溫、潮濕和臺(tái)風(fēng),極端氣候條件明顯;并且還存在山地、丘陵等復(fù)雜地形。這些因素在目前引進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組時(shí)考慮并不充分。因此,應(yīng)針對(duì)這些極端氣候條件和復(fù)雜地形開(kāi)展基礎(chǔ)研究。研究?jī)?nèi)容要重點(diǎn)突破風(fēng)電行業(yè)所面臨的共性問(wèn)題,如哪些因素對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有影響;影響的機(jī)理、程度和規(guī)律;解決方案和驗(yàn)證;設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn),為整個(gè)風(fēng)電行業(yè)提供公共支撐技術(shù)。此外,此項(xiàng)工作應(yīng)在國(guó)家支持之下通過(guò)產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合的方式來(lái)完成,企業(yè)很難獨(dú)立完成這樣的研究工作,即使取得某項(xiàng)成果,也很難成為共享資源。企業(yè)可根據(jù)基礎(chǔ)研究的成果進(jìn)行產(chǎn)品轉(zhuǎn)化,或者改進(jìn)、改型,形成自主研發(fā)的系列中國(guó)化機(jī)型。
定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組
定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:槳葉與輪轂的連接是固定的,即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí),槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。這一特點(diǎn)給定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提出了兩個(gè)必須解決的問(wèn)題。
一是當(dāng)風(fēng)速高于風(fēng)輪的設(shè)計(jì)點(diǎn)風(fēng)速即額定風(fēng)速時(shí),槳葉必須能夠自動(dòng)地將功率限制在額定值附近,因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)上所有材料的物理性能是有限度的,槳葉的這一特性被稱為自動(dòng)失速性能。二是運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在突然失去電網(wǎng)(突甩負(fù)載)的情況下,槳葉自身必須具備制動(dòng)能力,使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在大風(fēng)情況下安全停機(jī)。早期的定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪并不具備制動(dòng)能力,脫網(wǎng)時(shí)完全依靠安裝在低速軸或高速軸上的機(jī)械剎車裝置進(jìn)行制動(dòng),這對(duì)于數(shù)十千瓦級(jí)機(jī)組來(lái)說(shuō)問(wèn)題不大,但對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,如果只使用機(jī)械剎車,就會(huì)對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為解決上述問(wèn)題,槳葉制造商首先在20世紀(jì)70年代用玻璃鋼復(fù)合材料研制成功了失速性能良好的風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳葉,解決了定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在大風(fēng)時(shí)的功率控制問(wèn)題;20世紀(jì)80年代又將葉尖擾流器成功地應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上,解決了在突減負(fù)載情況下的安全停機(jī)問(wèn)題,使定槳距(失速型)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在近20年的風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用中始終占據(jù)主導(dǎo)地位,最新推出的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仍有機(jī)型采用該項(xiàng)技術(shù)。
摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十二期