風(fēng)電機(jī)風(fēng)能利用率研究(國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型技術(shù)對(duì)比分析報(bào)告)

國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型技術(shù)對(duì)比分析報(bào)告一、國(guó)內(nèi)風(fēng)能利用研究概況：風(fēng)能與其他能源相比有著明顯的優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)量巨大，可以再生，分布廣泛，沒(méi)有污染。風(fēng)能和陽(yáng)光一樣，是取之不盡、用之不竭的可再生能源；風(fēng)力發(fā)電不會(huì)出現(xiàn)燃料不足的問(wèn)題，不會(huì)產(chǎn)生輻射或二氧化碳，也就不會(huì)產(chǎn)生空氣污染。因此，合理利用風(fēng)能既可減少環(huán)境污染，又可減輕能源短缺的壓力。

在我國(guó)，約20%的國(guó)土上具有比較豐富的風(fēng)能資源，其主要分布在東南沿海及其附近島嶼，以及西北、華北和東北地區(qū)，特別是新疆和內(nèi)蒙古的風(fēng)能資源極為豐富。目前我國(guó)風(fēng)能利用發(fā)展很快，無(wú)論是發(fā)展規(guī)模還是發(fā)展水平都比以前有很大提高。風(fēng)能作為一種無(wú)污染、可再生且運(yùn)行成本低廉的新能源，在我國(guó)有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的市場(chǎng)前景。雖然我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢(shì)很好,但風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)較為薄弱。與國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)風(fēng)能開(kāi)發(fā)無(wú)論是在技術(shù)、規(guī)模、水平上還是在發(fā)展速度上，都存在較大差距。發(fā)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化水平低成為我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)化的主要障礙。

強(qiáng)大的風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。德國(guó)、西班牙、荷蘭、丹麥、美國(guó)等國(guó)的經(jīng)驗(yàn)表明，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展無(wú)一例外都以雄厚的技術(shù)實(shí)力和強(qiáng)大的風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)為支撐。然而，由于長(zhǎng)期投入不足，我國(guó)風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較小，集約化程度較低，產(chǎn)品質(zhì)量不是很穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益也比較低。同時(shí)，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)本地化制造比例較低，難以降低工程造價(jià)，不能及時(shí)提供備件。

高成本、高價(jià)格是制約風(fēng)電技術(shù)商業(yè)化和推廣應(yīng)用的最大障礙。與同類(lèi)技術(shù)相比，風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)成本比化石燃料要高得多。成本居高不下的原因有很多，生產(chǎn)規(guī)模小是其中一個(gè)重要原因。目前國(guó)產(chǎn)風(fēng)電設(shè)備的能量轉(zhuǎn)化效率比較低，要提高轉(zhuǎn)化率，就需要增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，但由此又會(huì)導(dǎo)致成本增加。機(jī)組容量大型化是風(fēng)能開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的共同趨勢(shì)。在上世紀(jì)80年代，風(fēng)力機(jī)群以50千瓦～100千瓦機(jī)組為主，其后逐步發(fā)展擴(kuò)大，從300千瓦、500千瓦、600千瓦到750千瓦機(jī)組都有生產(chǎn)，現(xiàn)在正在發(fā)展1000千瓦～3000千瓦機(jī)組。機(jī)組大型化有利于降低造價(jià)，提高運(yùn)行可靠性；缺點(diǎn)是機(jī)組越大重量也越大，給風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)輸和安裝帶來(lái)一定困難，同時(shí)還可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組造價(jià)的上升。

盡管風(fēng)電機(jī)組技術(shù)近年來(lái)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是從技術(shù)商業(yè)化程度看，風(fēng)電機(jī)組壽命較短，難以保證技術(shù)使用壽命達(dá)到20年，因而有必要改進(jìn)所有部件的可靠性。這可以通過(guò)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、選用更好的材料和先進(jìn)的控制裝置等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣的改進(jìn)不僅可以減輕設(shè)備的負(fù)荷，還可以減輕風(fēng)機(jī)的重量。

規(guī)模化開(kāi)發(fā)既是降低成本、提高效益的途徑，也是保障開(kāi)發(fā)利用可靠性的有效舉措。二、國(guó)外風(fēng)能利用研究概況：風(fēng)能是人們所看好的、發(fā)展前景相當(dāng)可觀(guān)的可再生能源。然而，風(fēng)能也面臨著利用率或效率方面的問(wèn)題，導(dǎo)致此問(wèn)題的因素在于風(fēng)能自身存在的易變性。在風(fēng)速穩(wěn)定的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣動(dòng)力性能表現(xiàn)極佳。然而，在遇到陣風(fēng)、湍流和風(fēng)剪流時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的效率則會(huì)出現(xiàn)降低情況。對(duì)此，科學(xué)家在不斷努力，幫助大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同風(fēng)力條件下提高風(fēng)能的利用率。三、智能控制系統(tǒng)可大大提高風(fēng)能利用率美國(guó)雪城大學(xué)L.C.史密斯工程和計(jì)算機(jī)學(xué)院部分研究人員正在進(jìn)行這方面的研究工作。目前，他們正在測(cè)試自己開(kāi)發(fā)的主動(dòng)式風(fēng)流動(dòng)智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)是根據(jù)表面測(cè)量而估算流過(guò)葉片表面風(fēng)的狀況，然后將此信息傳遞給智能控制器，以便對(duì)葉片采取實(shí)時(shí)調(diào)整控制氣流和提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的整體效率。此舉還有可能降低因流動(dòng)分離而產(chǎn)生的過(guò)度噪音和葉片振動(dòng)。參與研究的人員包括王冠南英譯、巴斯曼·哈迪迪和馬克·格勞澤爾，他們完成的初期仿真結(jié)果顯示，對(duì)葉片1/2半徑以外的外側(cè)板施以氣流控制，能在風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率輸出相同的情況下，顯著地增大風(fēng)力發(fā)電機(jī)整體工作范圍；或者說(shuō)，在相同的工作范圍，可適當(dāng)?shù)靥岣唢L(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定輸出功率。

美國(guó)能源部支持的明尼蘇達(dá)大學(xué)風(fēng)能聯(lián)盟專(zhuān)門(mén)從事與風(fēng)能相關(guān)的研究，雪城大學(xué)的主動(dòng)風(fēng)流動(dòng)智能控制系統(tǒng)研究屬于聯(lián)盟整體工作的組成部分。身為機(jī)械和航空工程教授的格勞澤爾表示，很高興能參與明尼蘇達(dá)大學(xué)牽頭的具有世界水平的風(fēng)能研究聯(lián)盟，這是將在氣流智能控制系統(tǒng)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)用于可再生能源領(lǐng)域的極好機(jī)會(huì)。四、排骨狀V形槽能將效率提高3%在雪城大學(xué)研究人員研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)氣流智能控制系統(tǒng)的同時(shí)，明尼蘇達(dá)大學(xué)的科研人員則在研究影響風(fēng)能效率的另外一個(gè)問(wèn)題，那就是風(fēng)阻。他們?cè)陲L(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上開(kāi)鑿許多細(xì)小的凹槽了解是否能夠減少風(fēng)阻。凹槽分布在葉片表面外層上，槽身十分淺只有40至225微米，人眼根本看不出來(lái)。通過(guò)對(duì)發(fā)電能力為2.5兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片表面進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)以及計(jì)算機(jī)模擬，研究人員研究了不同凹槽形狀和凹槽走向的效果。研究人員羅格·阿恩德等人相信，排骨狀V形槽將能夠?qū)L(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率提高3%。在不久前舉行的美國(guó)物理學(xué)會(huì)流體力學(xué)分部會(huì)議上，雪城大學(xué)和明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員分別介紹了他們的研究情況。研究人員認(rèn)為，在采用氣流控制后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作范圍可以有效地提高80%，額定功率輸出不變；或者將額定輸出功率增加20%，工作范圍保持不變。他們表示，最佳的氣流控制部位為葉片外側(cè)板超出半徑一半的位置。借助雪城大學(xué)新落成的無(wú)回