小型风力发电机未来发展的探讨

姜洋

（大唐向阳风电有限公司吉林长春130000）

摘要：我国小型风力发电机产业已走过了二十多年的历程，回顾这段发展历程，让人感慨万千。随着新型材料的不断发展，使可再生能源行业也进入了最好的发展时机，太阳能热水器、太阳能光伏、大型风力发电机等产业都进入蓬勃发展的时期。但曾在我国的新能源行业发展过程中有过良好表现的小型风力发电机，目前走过了一条怎样的发展道路？产业的发展状况如何？未来这个产业的路应该怎么走？确是我们应该深讨的一个问题。

关键词：小型风力发电机，能源，发展

一、早期的小型风力发电机应用发展

早在上世纪80年代初，为了解决西北地区农牧民用电问题，国家提出了发展小型风力发电机解决偏远地区农牧民供电问题的方案，并列入了国家“六五”科技攻关计划。当时，国内的一些知名的可研单位和重点院校相继成立了可研队伍，大力开展小型风力发电机的设计、研制工作。

到八十年代中后期，我国的小型风力发电机已形成了规模化生产的能力，在内蒙古等偏远地区推广小型风力发电机近二十万台，到1990年在丹东召开全国风力机械行业协会成立大会时，会员单位有五十多家。但由于没有适时建立产品质量检测体系和市场监督机制，致使大批低质量低价的小型风力发电机涌入市场，导致产品的成本与市场价格错位，优质产品的企业失去了市场，也丧失了产品更新换代和进一步研发的能力。加上产品的售后服务体系没建立，小型风力发电机产品大面积出现质量问题，用户对小风机产品失去了信心，市场急剧萎缩，从而使整个小型风力发电机制造行业全面萎缩。按全国风力机械行业协会2000年对全国小型风力发电机产品销售量的统计，全国共销售小型风力发电机产品12670台套，其中300W以下的产品12000台套，并且是低质低价的产品为主，工业产值不足2000万元，不及一个中小企业的年产值。

二、存在问题与原因分析

目前我国小型风力发电之所以出现这种局面，我们认为主要原因如下。

1、对小型风力发电机的技术难度认识不足

（1）小型风力发电机所面对的自然环境极为恶劣，由于风受地面粗糙度和障碍物的影响很大，离地面高度越高，风速越稳定。而小风机受安装高度限制，而且不能远离用电者居住的地方，所以小风机是工作在风的紊流区域，风速风向的无规则频繁变化对风机的破坏性很大。

（2）小型风力发电机所能提供的能源有限，考虑到单位功率成本的因素，好的材料和先进的控制技术无法采用，可选择的材料和技术手段有限。长期以来，我国的小风机研制缺乏对小风机使用环境的研究，比较注重风机的性能测试数据，缺乏对风机在不同环境下进行运行考核的要求。

2、产品的技术要求不合理

虽然我国的小型风力发电机技术标准做了调整和修改，但在对小风机的产品要求上还是按八十年代所订的风机标准来要求，一个最显著的特点就是要求风机的额定风速在6～8m/s，这是极不合理的。因为小型风力发电机受技术手段的限制，只能采用定浆距叶片，当风速大于额定风速时，风机的限速机构必须开始动作，否则就可能会烧坏发电机。风机限速后，输出功率急速下降，从而大大缩小了风机的有效工作风速范围。

目前国际上通行的做法是将风机的额定风速定在10～13m/s的范围，这体现了对风的能量利用最大化的原则。但我国的小风机额定风速定得低，主要是希望风机的有效工作时间长，较长时间满足用户的用电需求。这种考虑是有局限性的。风能和太阳能一样，是随机性很强的能源，而且能量密度低，希望风力发电机在任何条件下都能满足用户的用电要求是不现实的，要尽可能满足用户的用电要求，最好的办法是采用风光互补发电系统，而不是降低风机的额定转速。小风机的额定转速定得低，主要有以下几方面问题：

（1）降低了风机的利用率

风力发电机的效率本来就不高，如果我们再把风能的有效利用区域限得很窄，不利于对风能的充分利用。

（2）增加了风机的成本和技术难度

风能是随风速的三次方成正比的，额定风速定得低，同等功率下风机的成本要高很多（我国小风机的重量是国外同功率产品的3～5倍）。风机处于限速状态的机率大，时间长，相应的产生故障的机会大，产品生产的技术难度大。

三、价值和价格的严重背离限制了行业的发展

长期以来，我国小风机的定位是面向偏远贫困地区的农牧民，要他们买得起，所以价格要低。这种指导思想严重制约了行业的发展。

实际上风机的价格只有太阳能电池的1/4～1/5（按单位输出功率测算），但现在国家实施“送电到乡”工程，大量采用的光伏电站，而不是风力发电机，原因是太阳能电池可靠、风机可靠性太差。小风机行业实际上是以牺牲可靠性去迎合市场的低价格，结果使行业走入死胡同。

太阳能热水器、太阳能光伏都是先走高价位，然后随着产业的规模扩大，生产成本降低、技术进步，才大幅度降价的。小风机一开始就定在低价位，产品没有利润，企业没有发展后劲。而国家的资金支持一直在向科研倾斜而没有鼓励产业的发展，致使中国的小风机产业滑落到现在的状况。

四、缺乏市场监管机制

我国的小型风力发电机产品有较完整的国家标准，包括产品性能标准和安全标准，但市场上销售的产品绝大部分没有经过国家检测机构的检测和认证，劣质产品充斥市场，风机伤人事件时有发生。大量的用户买了产品不出三个月就没有了使用价值，都无处投诉，整个行业就没有形成有效的市场机制。所以，生产企业也不考虑产品的售后服务和质量跟踪，致使小风机产品失去了用户的信任，失去了市场。

五、解决问题的思路与方法

目前小型风力发电机的可靠性问题是制约产业发展的核心问题。结合国际上各种小型风力发电机制造技术，确定产品设计和制造的基本思路应该是:

1、确定了放弃机械限速机构，通过叶片失速和电磁限速相结合的方式对风力机进行限速保护的思路。

2、参照国际上通行的做法，把风力机的额定风速定在12m/s的风速状态。

3、风机的零部件采用模具化制造的生产工艺，确保部件的良好互换性和产品的一致性。

小型风力机如果要形成产业，把市场定位在偏远农牧民的思路是不正确的。因为偏远地区的农牧民最需要电，但他们没有购买力。他们认为国家应该能给他们解决实际的困难。这种有需求却没有购买力的用户是不能形成市场，因此小型风力机也就无法形成产业链条，而持续发展。那么，小型风力发电机产业的出路在哪里？我认为，关键要在应用领域的开发方面着重下功夫。根据其应用特点，主要有以下两种应用方式：

1、风光互补独立发电系统；

2、风力并网发电系统。由于并网系统比较成熟，与大型风力发电并网原理一样，这里我们主要介绍风光互补独立供电系统：

小型风力机和太阳能光伏发电结合组成混合供电系统，能大大提高供电系统的可靠性。

（1）风能和太阳能在时间上、季节上都有很强的互补性，风力机和太阳能电池组成混合独立供电系统更有效地利用自然资源（太阳能、风能），可达到提高系统供电可靠性的目的。

（2）在太阳能电池的独立供电系统中，蓄电池的寿命问题一直制约着太阳能的应用。系统并入风力机后可改善蓄电池的充电特性，提高蓄电池的寿命。

（3）风力机的单位千瓦成本只是光伏发电的1/4左右，风力机同太阳能电池组成混合供电系统后，系统成本可大幅降低，使供电系统更具有市场推广价值。

六、小型风机未来的发展方向

小型风力发电机未来的发展趋势如何？我们认为应该包括以下两个方面：

1、小型风力机与太阳能电池结合作为最合理的独立电源可开发更多的应用领域，包括风光互补便携式电源、风光互补泵水系统、风光互补增氧系统、风光互补供暖系统等等。

2、小型风力机并网发电系统屋顶发电计划。在家庭安装小型风力发电机并网发电，可改善电网供电结构，是分布式可再生能源发电的理想方式。

七、对我国规模化发展小型风力产业的建议

我国的小型风力发电机产业是有技术基础的，而且产品都是自主知识产权和100%的国产化，要保证产业的健康发展，必须完善以下两个方面的内容：

1、建立完善的产品质量监督体系

小型风力发电机产业就是被产品质量拖累的，只有健全产品质量监督体系才能杜绝劣质产品充斥市场，才能给产业一个公平竞争、健康发展的环境。

2、政府工程为小型风力发电机产品提供一个推广的机会

“送电下乡”工程采用了太阳能发电系统，我国的小型风力机失去了一个推广和发展的机会，希望“送电下乡”工程能充分考虑采用风光互补发电系统，为我国的小型风力机产业提供一个推广和发展的机会。

参考文献

[1]侯书红，张新燕.利用面向方框图的仿真方法对风力发电机进行仿真[A].系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C].2000.

[2]李丹，张义军，吕伟涛风力发电机叶片姿态与雷击概率关系的模拟分析[A]..S13第十届防雷减灾论坛——雷电灾害与风险评估[C].2012.

[3]吴亚飞.浅谈风力发电机的维修与保养[A].中国农业机械工业协会风能设备分会2012年度论文集（上）[C].2012.

[4]申令之.扩散式低噪音小型风力发电机的研究[A].中国农机工业协会风能设备分会《中小型风能设备与应用》（2014年第1期）[C].2014.

[5]唐苏亚.我国中小型风力发电机的市场前景展望[A].第十七届中国小电机技术研讨会论文集[C].2012.