个人收集整理 仅供参考学习论风电技术发展的“十大矛盾”论风电技术发展的“十大矛盾”内容简介风能是离我们最近，取用最方便，储量巨大的清洁能源。但风电技术存在的问题和矛盾使风电产业成了高投入、低产出、高风险、低收益的产业。风电技术发展已近百年，与其它技术相比发展非常滞后，需要补贴，需要扶持，这些问题随着风电机组装机量的大量增加，表现的越来越突出，并已严重影响到风电产业的发展。本人试论“十大矛盾”以抛砖引玉，引起大家的重视和关注，帮助解决问题和矛盾，促进我国风电产业的健康快速发展。关键词风电技术理论错误刚性叶片效率低十大矛盾风电发展有近百年的历史，但风电技术发展非常滞后，航天技术比风电技术晚发展几十年，现在已是卫星满天飞。欧洲国家风电技术发展最早，也发展最快，在发展过程中付出的代价也是最惨重的。丹麦20年前有20多家制造商，最后只剩一家半了，一家是维斯塔斯，半家是西门子。国外有几十年生产经验，很有实力的公司，都在风电机产品上出现过这样那样的问题。世界最大的风力发电机组制造商NEGMicon就是因为齿轮箱问题，他为所生产的风力发电机组都换了一次齿轮箱，这家世界最大的风力发电机制造商倒闭了。有多个风电场的风电机，由于质量问题而全面召回。如此多的风电企业发生质量事故，并且质量事故都是相似的，很显然不是企业问题，而是更深层次的技术问题，我们要发展风电产业就必须解决存在的问题和矛盾。我国风电产业经过几年的快速发展，问题已逐步显现出来。“装机容量大而发电量低”，“风小发不出电，风大又并不了网”，叶片问题、变速箱问题、轴承问题、控制系统问题，层出不穷，维护费用高昂。大部分风电场亏损运营，我国80多家风电设备生产企业有90%将被“杀死”，风电技术的高风险性已逐步显现。这些问题是现有风电技术与生俱来的问题，不是靠简单的合作引进就能解决的，而是需要我们进行一次脱胎换骨的技术创新。一方面是我国对风电绿色能源的巨大需求。另一方面是风电技术存在问题带来的发展风险。矛盾和问题的出现迫使我们追究问题的根源，只有解决好矛盾和问题才能促进风电产业的健康快速发展。本人对风电技术存在的矛盾和问题进行了一些整理，认为主要有以下“十大矛盾”，并希望能“抛砖引玉”，让大家都来关注和重视风电技术存在的问题和矛盾，形成共识，形成合力，尽快促进问题和矛盾的解决，促进我国风电产业的大发展。欢迎参加风能协会主办风能信息中心技术论坛新技术交流工作http:/www.cwei.org.cn/dnt/showforum-143.aspx（一）技术发展与需求之间的矛盾世界风能总量为210E13W，大约是世界总能耗的3倍。如果风能的1%被利用，则可以减少世界3%的能源消耗；如果风能的1%用于发电，可产生世界总电量的8%9%，风能利用空间非常巨大。风能是离我们最近，取用最方便，储量巨大的清洁能源。但是风电技术的高投入、低产出、高成本、低收益，使风电产业成了补贴和扶持的产业，高额的电价让人“敬而远之”。丹麦是欧洲的一个沿海岛国，风能资源非常丰富，风能发电占全国用电量的2030%，风电发展非常好，但丹麦因为风电产业的补贴而使财政不堪重负。中国也将存在同样问题，这是一段报道“据悉，一台机器从运输到架起，全部成本在1000万元人民币左右，而每架风车(一个机组)在酒泉每年的有效发电时间约为2300小时，每台每小时发电1500千瓦时，按照每千瓦时现在的进网价格0.52元算，实现成本收回大概需要10年时间。可按照现在每千瓦时国家补贴0.24元算，预计国家补贴时间为10年，国家为一个机组就要掏828万元！2020年我国将建成哈密、酒泉、蒙西、蒙东、吉林、河北、江苏七个千万千瓦级风电基地，也就是七个“风电三峡”，届时补贴将成为不可承受之重。”。我国风电产业规模已达到世界第一，装机容量也将达到世界第一，我国二三年的装机量就赶上其他国家二、三十年的装机量，发展之快令世界惊叹。我国风电技术从引进就直接过渡到大规模生产，现有风电技术存在的问题越来越突出，投资成本大、发电效率低、故障率高、并网难，这些问题严重影响到我国风电产业的健康快速发展。巨大的投资并没有给我们带来大量的绿色风电，大部分风电场的亏损运营给风电产业的发展带来了负面影响，投资难以为继，补贴不堪重负，这样的技术如何能够长久持续的发展！我们必须总结国内外风电产业发展的经验教训，技术创新是促进风电产业发展的唯一出路！我们必须根据我国国情大力开发陆地使用的微风高效、质优价廉的风电机，让无处不在的风能得到充分利用，才能使风电成为最重要的新能源。（二）高成本、低效率与普及推广的矛盾风能是自然界中存在最广泛的绿色能源，风能是廉价的，但风电是高价的，风电的高成本和低效益成了影响风电大量应用的最主要障碍。风电的高成本主要有生产安装的成本和维护费用的成本构成，风电的成本远远高于火电和水电的成本。我们首先分析生产设备的成本，这是一台双馈风电机的成本构成：塔架20%，叶片23%，齿轮箱16%，控制装置12%，电机4%，其它25%。发电机是风电机的最主要部件，成本仅占4%，其它辅助装置的成本竟然高达96%,有点“喧宾夺主”。暂且不论这些辅助装置有没有必要，可以肯定的一点是-为我们大幅降低风电机成本留下了很大的空间。风电机的安装费用也高达25%。风电机的维护费用一般定为1020%，但由于变速箱问题、轴承问题、叶片问题等层出不穷，维护费用很容易突破，还有可能出现配件短缺的危险，维护费用是个无底洞。目前风电机的效率还很低，有资料显示美国的风电机年发电时间利用率合计为2500小时，而我国仅有20001500小时，与全年8760小时相比，美国的风能利用率已经很低，而我国如此低的风能利用率说明风电机的性能存在很大问题。不能长时间输出风电就会影响风电的使用，对风能也是一种浪费。我国建成的风电场项目得到国家贴息贷款扶持，得到CDM补贴，得到高额电价补贴，但仍是“亏”声一片，若5年后质量问题集中爆发，我们又该如何面对？这样的技术如何能够普及推广！（三）风电机设计与风场环境的矛盾风能具有很强的地域特点，比如风场资源会受到风速范围、风速频次、风向变化、风功率密度、气温（包括极端温度）、湿度、沙尘暴、雷电、海水腐蚀、台风等环境因素的影响。我们的风电机设计应该根据风电场风资源的特点进行设计，这样才能充分利用我国的风能资源。但是目前我国的风电机设计并没有这样做。目前我国引进的都是欧洲海洋性气候发展起来的高风速风电机技术，自身就存在发电效率低、并网稳定性差、故障率高、成本高等问题，而我国的气候情况与北欧等地差别很大，在我国陆地使用问题更加突出。风机的适应性以及随之而来的高效运行、风机寿命等都成了问题，洋风机水土不服的现象比比皆是。而且我国沿海还有台风的威胁，海上风电技术一直都是国外研发的重点，但在抗台风技术上始终没有重大突破，叶片技术和控制技术也没有重大改进，国外在开发海上风能的过程中也遭受了巨大的损失。据报道我国某企业已开发出抗台风风电机，风电机的叶片在台风状态下将完全处于自由状态，叶片就失去风载的作用。在风向的快速变化情况下，巨大叶片能否实现自由卸载？这仍然是一个很大的问题，应该得到23年的运行验证。我国沿海2003年13号台风“杜鹃”，2006年1号台风“珍珠”和8号台风“桑美”分别造成了广东汕尾红海湾风电场，南澳风电场和浙江苍南鹤顶山风电场的风机严重损毁。以往风电场的规模都较小，受到台风的损失也较小，如果现在我国沿海大规模的风电场建设，还没有安全可靠的抗台风风电机的应用，再遭到台风的破坏，损失将是巨大的。（四）风电技术和大规模并网要求的矛盾我国多风地区都较偏远，与电力消费中心倒置，国情又要求我国必须大力发展风电产业，所以“建设大基地，融入大电网”的方针政策出台，风电大基地建设应运而生，但我们将面临大规模风电机并网这个世界难题。欧洲国家电网都是联网的，电网中有风电、水电、火电、核电还有气电，智能电网可以相互协调、相互补充、相互平衡，是非常强大的智能电网。但由于风电机的并网稳定性没有保证，所以仍采用分散入网的方式，风电场规模都较小，比如在德国，绝大多数风电场装机容量小于5万千瓦。当风速和风向变化很大时，风电机不稳定，不能满足并网条件，此时风电机可以随时脱网；风电机稳定后，又可以随时入网，不会对电网造成太大的冲击。国家973计划风能项目首席科学家顾卫东有详细论述：“大规模风电机并网是一个世界性难题，是由风能的自身特性决定的，风能的特性导致风电的波动性、间歇性和不规则性，使风电对电网的所占比例不能大于10%。所占比例在3%左右对电网没有影响，所占比例5%左右通过适当的技术措施可减少影响，10%以上时将给电网运行带来隐患。对于10%的并网风电比例疑议较多，并以丹麦所发风电相当于该国用电总量的25%来说明这个问题。实际上丹麦是个小国，它的风电被其他国家电网分摊了。特别是隔壁的挪威，水电十分丰富，占本国发电量的75%，对丹麦的风电发挥了很好的调峰作用。根据北欧可再生能源研究中心数据，丹麦最大的海上风电场为16万千瓦，分三路送电上岸，其中两路是送往挪威。所以到目前为止，就整个丹麦的电网来说，风电比例也没达到10%。”所以，欧洲国家虽然风电占比很大，仍然都是采用分散入网方式，并制订风电并网导则严格规定了接入点的风机数量和容量，并规定接入和退出的标准，丹麦国家电网公司每天会从三个不同的气象预报公司接收四次天气预报，然后利用先进的软件系统预测何时天气预报所述的风力变化会影响到风机，以及分析这些变化对整个电力系统带来的影响，进行快速的人工干预。但是，实际风速和预测风速完全吻合的情况很少。这种被动的、不准确的控制方式对我国肯定是不适用的，我国大型的风电场瞬间产生的冲击电流就足以让电网瘫痪，不可能有时间进行人工干预。所以大规模并网国外也没有成功经验可以借鉴，也没有现成技术可买，我们也不可能建成比欧洲还强大的智能电网，就是建成了也不能解决并网问题。大规模风电机并网这完全是中国特色，中国创举，我们既然这样做了，我们必须有应对措施，我们的目标就是要做好、做大、做强，我们必须要有全新的理念，创新的精神，团结协作，共同努力，走出一条中国特色的风电发展之路。（五）风电机理论的自相矛盾风电机理论是指导我们进行风电机设计的重要依据，如果风电机理论出现错误和矛盾，将会使风电技术的发展出现方向性错误。现有风电机理论受飞机的螺旋桨理论影响很大，推导计算出风能利用率最大达到0.593。但这个计算数据的理论推导过程漏洞百出，让人很难认同。在风能利用率的计算上首先用到的是伯努利方程，伯努利方程的理论是在密闭容器中，流进和流出的流体能量是守恒的，也可以将其扩展为在流体流速变化的分界面两端，流体的能量是守恒的。对于风电机来说，空气的流动是主动的，风电机浆叶的转动是被动的，空气的流动带动浆叶的转动，空气流速的变化只存在于浆叶遮挡的那一小部分，对于浆叶没有遮挡的部分空气流动不会发生任何变化，而且浆叶实体的受风面积占扫风面积的比例非常小，现有MW级叶片的实体受风面积只占扫风面积的百分之五左右。并且叶轮的转速缓慢，对叶片周围的空气的作用很小。所以，现有理论以叶片的扫风面积作为风电机浆叶的作用界面是根本不存在的，因此采用伯努利方程推导出的计算风电机风能利用率的计算公式是错误的，那么风电机风能利用率最大可达到0.593这个计算结果也是错误的。现有风电机的风能利用率到底有多高？如何建立新的理论体系？如何正确计算风能利用率？这些问题都是我们迫切需要解决的问题。风电机理论还有一个更明显的错误，就是风轮的转速与叶片宽度和叶片数成反比。这完全是照搬了飞机螺旋桨的理论，在这个理论的影响下，人们得出了一叶片、二叶片风电机比三叶片风电机有更高性价比的结论，这个结论显然是错误的。这个理论也与风能理论和风能计算公式是相互矛盾的，风能计算公式中风能与受风面积成正比，叶片数越多，