中小型風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)光互補(bǔ)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

1.過(guò)去

在1980年，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人視察我國(guó)的西北部地區(qū)后，向科技部提出了要解決偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧民用電問(wèn)題的批示?？萍疾拷M織專家對(duì)這些地區(qū)進(jìn)行考察后，提出了發(fā)展小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)解決偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧民供電問(wèn)題的方案，并列入了國(guó)家“六五”科技攻關(guān)計(jì)劃。

當(dāng)時(shí)，南京航空學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、沈陽(yáng)工學(xué)院、清華大學(xué)、長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院等一批院校和航空部602所、機(jī)械部呼和浩特牧機(jī)所、中科院電工所、北京農(nóng)機(jī)化研究院、浙江機(jī)電研究院、中國(guó)氣象科學(xué)院等一批院所以及中國(guó)船舶工業(yè)總公司884廠、441廠、內(nèi)蒙古動(dòng)力機(jī)廠、包頭電機(jī)廠、商都牧機(jī)廠、北京聯(lián)合收割機(jī)廠、北京電機(jī)總廠、浙江電力修造廠等企業(yè)都參與了小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、研制。

八十年代中后期，我國(guó)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)形成了規(guī)?；a(chǎn)的能力，在內(nèi)蒙古等偏遠(yuǎn)地區(qū)推廣中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)近二十萬(wàn)臺(tái)，到1990年在丹東召開全國(guó)風(fēng)力機(jī)械行業(yè)協(xié)會(huì)成立大會(huì)時(shí)，會(huì)員單位有五十多家。但由于沒有適時(shí)建立產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)體系和市場(chǎng)監(jiān)督機(jī)制，致使大批低質(zhì)量低價(jià)的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)涌入市場(chǎng)，導(dǎo)致產(chǎn)品的成本與市場(chǎng)價(jià)格錯(cuò)位，提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的企業(yè)失去了市場(chǎng)，也喪失了產(chǎn)品更新?lián)Q代和進(jìn)一步研發(fā)的能力。加上產(chǎn)品的售后服務(wù)體系沒建立，中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品大面積出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，用戶對(duì)中小風(fēng)機(jī)產(chǎn)品失去了信心，市場(chǎng)急劇萎縮，從而使整個(gè)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造行業(yè)全面萎縮。

按全國(guó)風(fēng)力機(jī)械行業(yè)協(xié)會(huì)2000年對(duì)全國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品銷售量的統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共銷售小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品12670臺(tái)套，其中300w以下的產(chǎn)品12000臺(tái)套，并以低質(zhì)量低價(jià)的產(chǎn)品為主，工業(yè)產(chǎn)值不足2000萬(wàn)元，不及一個(gè)中小企業(yè)的年產(chǎn)值。

造成這種局面的主要原因有如下幾點(diǎn)。

1.1 對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)難度認(rèn)識(shí)不足

1992年美國(guó)宇航局曾發(fā)表過(guò)一篇文章，說(shuō)明美國(guó)宇航局和波音公司由于對(duì)中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)難度估計(jì)不足，而導(dǎo)致為軍方研制的便攜式小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)失敗，文章中主要提到中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制上的困難在于：

中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)所面對(duì)的自然環(huán)境極為惡劣，由于風(fēng)受地面粗糙度和障礙物的影響很大，離地面高度越高，風(fēng)速越穩(wěn)定。而中小型風(fēng)機(jī)受安裝高度限制，而且不能遠(yuǎn)離用電者居住的地方，所以中小型風(fēng)機(jī)是工作在風(fēng)的紊流區(qū)域，風(fēng)速風(fēng)向的無(wú)規(guī)則頻繁變化對(duì)風(fēng)機(jī)的破壞性很大。

中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)所能提供的能源有限，考慮到單位功率成本的因素，好的材料和先進(jìn)的控制技術(shù)無(wú)法采用，可選擇的材料和技術(shù)手段有限。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的小風(fēng)機(jī)研制缺乏對(duì)小風(fēng)機(jī)使用環(huán)境的研究，比較注重風(fēng)機(jī)的性能測(cè)試數(shù)據(jù)，缺乏對(duì)風(fēng)機(jī)在不同環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)行考核的要求。

1.2 產(chǎn)品的技術(shù)要求不合理，配套系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)各自分離

雖然我國(guó)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做了調(diào)整和修改，但在對(duì)小風(fēng)機(jī)的產(chǎn)品要求上還是按八十年代所訂的風(fēng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)要求，一個(gè)最顯著的特點(diǎn)就是要求風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)速在6～8m/s，這是極不合理的。因?yàn)樾⌒惋L(fēng)力發(fā)電機(jī)受技術(shù)手段的限制，只能采用定漿距葉片，當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)的限速機(jī)構(gòu)必須開始動(dòng)作，否則就可能會(huì)燒毀發(fā)電機(jī)。風(fēng)機(jī)限速后，輸出功率急速下降，從而大大縮小了風(fēng)機(jī)的有效工作風(fēng)速范圍。

以年平均風(fēng)速4～5m/s的地區(qū)為例(這也是我國(guó)西北部偏遠(yuǎn)地區(qū)較普遍的風(fēng)資源條件)，下圖為該地區(qū)全年風(fēng)速的時(shí)表分布圖和風(fēng)能密度分布圖。

圖1 年平均風(fēng)速3.9m/s的地區(qū)不同風(fēng)速下風(fēng)速的時(shí)間正態(tài)分布圖

圖2 年平均風(fēng)速3.9m/s的地區(qū)不同風(fēng)速下風(fēng)的能量正態(tài)分布圖

相對(duì)于國(guó)際上通行的做法(將風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)速定在10～13m/s的范圍以體現(xiàn)對(duì)風(fēng)能利用最大化的原則)，我國(guó)的小風(fēng)機(jī)額定風(fēng)速定得低，主要是希望風(fēng)機(jī)的有效工作時(shí)間長(zhǎng)，較長(zhǎng)時(shí)間滿足用戶的用電需求。這種考慮是有局限性的。風(fēng)能和太陽(yáng)能一樣，是隨機(jī)性很強(qiáng)的能源，而且能量密度低，希望風(fēng)力發(fā)電機(jī)在任何條件下都能滿足用戶的用電要求是不現(xiàn)實(shí)的，要盡可能滿足用戶的用電要求，最好的辦法是采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，而不是降低風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)速。

中小型風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)速定得低，主要有以下幾方面問(wèn)題：1)降低了風(fēng)機(jī)的利用率：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率本來(lái)就不高，如果我們?cè)侔扬L(fēng)能的有效利用區(qū)域限得很窄，不利于對(duì)風(fēng)能的充分利用。2)增加了風(fēng)機(jī)的成本和技術(shù)難度：風(fēng)能是隨風(fēng)速的三次方成正比的，額定風(fēng)速定得低，同等功率下風(fēng)機(jī)的成本要高很多(我國(guó)小風(fēng)機(jī)的重量是國(guó)外同功率產(chǎn)品的3～5倍)。風(fēng)機(jī)處于限速狀態(tài)的機(jī)率大，時(shí)間長(zhǎng)，相應(yīng)的產(chǎn)生故障的機(jī)會(huì)大，產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)難度大。3)與國(guó)際上同類產(chǎn)品的技術(shù)要求不接軌，喪失了國(guó)際市場(chǎng)上進(jìn)行產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的能力：太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能光伏都是按較高的光照強(qiáng)度來(lái)考核的，為什么中小型風(fēng)機(jī)一定要按低風(fēng)速來(lái)考核?這顯然是不合理的，這對(duì)中小型風(fēng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不利。

此外，無(wú)論風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還是風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，都由控制系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)組成等配套產(chǎn)業(yè)組成，發(fā)電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)各自分家，是整合后系統(tǒng)穩(wěn)定性差的根本原因，也是目前改行業(yè)的技術(shù)壁壘。使最終用戶衡量考察中小型風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)光互補(bǔ)新能源發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生誤差。獨(dú)立各個(gè)系統(tǒng)都是合格的，在各種惡劣的自然環(huán)境下一整合系統(tǒng)就是劣質(zhì)的，不是控制系統(tǒng)不當(dāng)就是儲(chǔ)能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)配比不適合等，體現(xiàn)在用戶面前的不僅僅是單一發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率、低風(fēng)速啟動(dòng)、低風(fēng)速儲(chǔ)能、抗大風(fēng)保護(hù)等，還涉及到控制系統(tǒng)的智能控制、低電壓升壓、充放電控制等，儲(chǔ)能系統(tǒng)的選擇、配比、等等一系列衍生的產(chǎn)業(yè)問(wèn)題。

1.3 價(jià)值和價(jià)格的嚴(yán)重背離限制了行業(yè)的發(fā)展

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)小風(fēng)機(jī)的定位是面向偏遠(yuǎn)貧困地區(qū)的農(nóng)牧民，要他們買得起，所以價(jià)格要低。這種指導(dǎo)思想嚴(yán)重制約了行業(yè)的發(fā)展。

實(shí)際上風(fēng)機(jī)的價(jià)格只有太陽(yáng)能電池的1/4～1/5(按單位輸出功率測(cè)算)，但現(xiàn)在國(guó)家實(shí)施“送電到鄉(xiāng)”工程，大量采用光伏電站，而不是風(fēng)力發(fā)電機(jī)，原因是太陽(yáng)能電池可靠，而風(fēng)機(jī)可靠性太差。中小風(fēng)機(jī)行業(yè)實(shí)際上是以犧牲可靠性去迎合市場(chǎng)的低價(jià)格，結(jié)果使行業(yè)走入了死胡同。

太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能光伏都是先走高價(jià)位，隨著產(chǎn)業(yè)的規(guī)模擴(kuò)大、生產(chǎn)成本降低、技術(shù)進(jìn)步，才大幅度降價(jià)的。中小風(fēng)機(jī)一開始就定在低價(jià)位，產(chǎn)品沒有利潤(rùn)，企業(yè)沒有發(fā)展后勁。而國(guó)家的資金支持一直在向大風(fēng)電和科研傾斜而沒有鼓勵(lì)中小風(fēng)機(jī)及風(fēng)光互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中小風(fēng)機(jī)及風(fēng)光互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)甚至處于一個(gè)被遺忘的角落，致使中國(guó)的中小風(fēng)機(jī)產(chǎn)業(yè)滑落到現(xiàn)在的狀況。這兩年隨著“綠色照明”、“節(jié)能、減排”政策出臺(tái)才給行業(yè)帶來(lái)了新的生機(jī)。

1.4 缺乏市場(chǎng)監(jiān)管機(jī)制

我們的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品有較完整的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，包括產(chǎn)品性能標(biāo)準(zhǔn)和安全標(biāo)準(zhǔn)，但市場(chǎng)上銷售的產(chǎn)品絕大部分沒有經(jīng)過(guò)國(guó)家檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)和認(rèn)證，劣質(zhì)產(chǎn)品充斥市場(chǎng)，風(fēng)機(jī)傷人事件時(shí)有發(fā)生。大量的用戶買了產(chǎn)品不出三個(gè)月就沒有了使用價(jià)值，都無(wú)處投訴，整個(gè)行業(yè)就沒有形成有效的市場(chǎng)機(jī)制。所以，生產(chǎn)企業(yè)也不考慮產(chǎn)品的售后服務(wù)和質(zhì)量跟蹤，致使中小風(fēng)機(jī)產(chǎn)品失去了用戶的信任，失去了市場(chǎng)。

2.現(xiàn)在

中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性問(wèn)題是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心問(wèn)題。當(dāng)風(fēng)神風(fēng)電科技有限公司在2003年決定進(jìn)入小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造業(yè)時(shí)就調(diào)查研究過(guò)各方面的問(wèn)題，我們對(duì)國(guó)際上各種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行了認(rèn)真的解剖和分析，確定了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的基本思路：確定了放棄單機(jī)械限速機(jī)構(gòu)，通過(guò)機(jī)械制動(dòng)和電磁限速相結(jié)合的方式對(duì)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行限速保護(hù)的思路;參照國(guó)際上通行的做法，把風(fēng)力機(jī)的額定風(fēng)速定在12m/s的風(fēng)速狀態(tài);采用風(fēng)力機(jī)的全部零部件模具化制造的生產(chǎn)工藝，確保部件的高效率和產(chǎn)品的一致性。

根據(jù)這個(gè)基本思路，我們花了近三年的時(shí)間，經(jīng)過(guò)四代產(chǎn)品的更新?lián)Q代，到2006年才把FS系列風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了產(chǎn)品定型并投放市場(chǎng)，使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。如果使小型風(fēng)力機(jī)形成產(chǎn)業(yè)，我們認(rèn)識(shí)到以前把市場(chǎng)定位在偏遠(yuǎn)農(nóng)牧民的思路是不正確的。偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)牧民最需要電，但他們沒有購(gòu)買力，這種購(gòu)買力不僅僅在經(jīng)濟(jì)能力上，還表現(xiàn)在心理上。他們希望能和城里人一樣用電交電費(fèi)，他們有這個(gè)能力，只是國(guó)家不能給他們送電，他們是最貧困的人卻要買最貴的電，這不合理。有需求而沒有購(gòu)買力則不能形成市場(chǎng)，小型電力機(jī)的制造企業(yè)很難去開拓市場(chǎng)。

因此，結(jié)合市場(chǎng)，我們轉(zhuǎn)變了理念，把應(yīng)用在自然資源條件好經(jīng)濟(jì)條件但不發(fā)達(dá)的卻是最需要電的偏遠(yuǎn)地區(qū)引入到了自然資源相對(duì)較差但經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)較好相對(duì)用電不是最急需的城市。

中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)的出路在哪里?我們認(rèn)為，關(guān)鍵在應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)。中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池一樣，作為獨(dú)立供電系統(tǒng)都受自然資源條件的限制，影響了供電系統(tǒng)的可靠性。但風(fēng)力機(jī)和太陽(yáng)能結(jié)合組成風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)，則能大大提高供電系統(tǒng)的可靠性。風(fēng)能和太陽(yáng)能在時(shí)間上、季節(jié)上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，風(fēng)力機(jī)和太陽(yáng)能電池組成混合的獨(dú)立供電系統(tǒng)最有效地利用自然資源，提高供電系統(tǒng)的可靠性。在太陽(yáng)能電池的獨(dú)立供電系統(tǒng)中，蓄電池的壽命問(wèn)題一直制約著太陽(yáng)能的應(yīng)用。系統(tǒng)并入風(fēng)力機(jī)后可改善蓄電池的充電特性，提高蓄電池的壽命。風(fēng)力機(jī)的單位成本僅為太陽(yáng)能電池板的1/4左右，風(fēng)力機(jī)同太陽(yáng)能電池組成混合供電系統(tǒng)后，系統(tǒng)成本可大幅降低，使供電系統(tǒng)更具有市場(chǎng)推廣價(jià)值。

這幾年，我們分別開發(fā)了風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)通訊機(jī)站電源系統(tǒng)等，為中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的推廣開創(chuàng)了全新的局面。

3.未來(lái)

中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)如何?筆者認(rèn)為應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面：

1)中小型風(fēng)力機(jī)與太陽(yáng)能電池結(jié)合作為最合理的獨(dú)立電源可開發(fā)更多的應(yīng)用領(lǐng)域，包括風(fēng)光互補(bǔ)便攜式電源、風(fēng)光互補(bǔ)泵水系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)增氧系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)供暖系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)海水淡化系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)景觀照明系統(tǒng)等等。隨著中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的多樣化，風(fēng)光互補(bǔ)獨(dú)立供電系統(tǒng)在市政項(xiàng)目、邊防哨所、偏遠(yuǎn)地區(qū)都有著極廣的應(yīng)用前景。

2)中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。大家都知道，德國(guó)和日本的太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃大大促進(jìn)了太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但在英國(guó)等陽(yáng)光資源不好的國(guó)家，正在推廣風(fēng)力發(fā)電機(jī)屋頂發(fā)電計(jì)劃。在家庭安裝中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，可節(jié)省輸配電系統(tǒng)，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是分布式電源的理想方式。在國(guó)外還作為夜間照明和獨(dú)立供電來(lái)減少犯罪率的公共設(shè)施。

目前，寧波風(fēng)神風(fēng)電科技有限公司的15個(gè)系列風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)率先通過(guò)歐洲CE標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)認(rèn)證，同時(shí)也在廣交會(huì)廣場(chǎng)、東盟博覽會(huì)永久舉辦地南寧國(guó)際會(huì)展中心廣場(chǎng)安裝了風(fēng)光互補(bǔ)景觀照明系統(tǒng)。英國(guó)、美國(guó)等國(guó)家已立法鼓勵(lì)家庭安裝中小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，都為中小型風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)光互補(bǔ)新能源系統(tǒng)帶來(lái)更廣闊的發(fā)展前景。但中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在市政工程的推廣對(duì)產(chǎn)品提出了更高的要求，低風(fēng)速發(fā)電、低電壓儲(chǔ)能、低噪音、高可靠性、美觀性、安全性等都有了更高的要求。中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)進(jìn)步是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本保證。

4.倡議

我國(guó)的中小型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)是有技術(shù)基礎(chǔ)的，而且產(chǎn)品都是自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和100%的國(guó)產(chǎn)化，并在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。

為保證產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，筆者有以下倡議：

1)建立完善的產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督體系。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)就是被產(chǎn)品質(zhì)量拖累的，只有健全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督體系才能杜絕劣質(zhì)產(chǎn)品充斥市場(chǎng)，才能給產(chǎn)業(yè)一個(gè)公平競(jìng)爭(zhēng)、健康發(fā)展的環(huán)境。

2)政府項(xiàng)目為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品提供一個(gè)推廣的機(jī)會(huì)。“送電到鄉(xiāng)”工程采用了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，我國(guó)的小型風(fēng)力機(jī)失去了一個(gè)推廣和發(fā)展的機(jī)會(huì)，希望“送電到村”工程能充分考慮采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，為我國(guó)的中小型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)及風(fēng)光互補(bǔ)新能源提供一個(gè)推廣和發(fā)展的機(jī)會(huì)。

3)關(guān)注小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。在我國(guó)的新能源行業(yè)中，中小型風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)光互補(bǔ)新能源產(chǎn)業(yè)是為數(shù)不多的與國(guó)外技術(shù)水平差距不大的產(chǎn)業(yè)，如果能把這個(gè)產(chǎn)業(yè)做大，就能成為極具國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，為我國(guó)出口創(chuàng)匯做出貢獻(xiàn)。