中小型风力发电机发展现状和趋势.doc

1.1国内外风力发电发展现状
在上世纪六十年代,全球爆发了能源危机,西方很多国家在新能源的开发上加大了资金投入,并出台很多相关政策鼓励新能源的发展,风电行业开始在全球兴起。联邦德国早在上世纪60年代就开始加大对风电行业的资金投入,从1973年的30万美元,经过七年时间便增加到了6800万美元的投入;在八十年代初,美国具有了3MW的总装机容量,包含有风力发电机组1700多台;1979年丹麦也开始了对风力发电机组的投入,通过能源部建立风力发电机的实验部门,开始进行风力发电机的许可证工作。经过20多年的发展,西方国家开始逐步开始了大型风力发电机的研发,到八十年代末,世界上大型风力发电机已经突破2万台,总装机容量也突破了 2GW[1]。2012年，全球新增风电装机4471万千瓦，与2011年4056万千瓦的新增装机容量相比有所增加，连续三年保持在4000万千瓦左右，全球风电开始进入平稳发展阶段。到2012年底，全球风电累计并网装机容量达到2.82亿千瓦。其中，中国、美国和德国位居前三。
根据国家气象局气象研究院的估算，我国的地面风能潜力理论可开发的总量全国为32.26亿千瓦，10米高度层实际可供开发量为2.53亿千瓦，可开发的风能资源十分丰富。虽然我国的风力发电建设开展的较晚,二十世纪中期我国在东北一些省份开始风场建设,但主要是10kW以下的小型风力发电机。到七十年代中期,根据国家的新能源政策,风电事业得到新的发展,1986年,我国开始了并网风场建设,在荣城建立了首个并网风场,之后四年先后建立了四座风场,装机总容量达到了4.21MW;1996年之后,由于政策原因,我国加大了风力发电的投入,风电技术也得到进一步发展,单机容量发展到了1500kW;2005年,我国颁布了《可再生能源法》,风电技术进入新的发展阶段。
2013年度全国风电新增核准容量2755万千瓦，同比增长10%；新增并网容量1492万千瓦。2013年全国风电年上网电量为1371亿千瓦时，同比增长36%。截至到2013年12月末，中国风电累计装机容量达到9174.46万千瓦。2014年，国家能源局印发“十二五”第四批风电项目计划。通知显示，列入“十二五”第四批风电核准计划的项目总装机容量为2760万千瓦，至此，“十二五”以来拟核准的风电项目规模累计已超过1亿千瓦[2]。

1．2国内小型风电机组的发展现状及趋势

风能技术分为大型风电技术和中小型风电技术，虽然都属于风能技术，工作原理也相同，但是却属于完全不同的两个行业：具体表现在"政策导向不同、市场不同、应用领域不同、应用技术更是不同，完全属于同种产业中的两个行业。因此，在中国风力机械行业会议上已经把大型风电和中小型风电区分出来分别对待。
我国幅员辽阔，很多地方都拥有着可以被利用的风资源，虽然这些风资源无法利用起来发展大型风电，却足以用来进行中小型风电的开发，为了提高我国风力资源的利用率#需要将那些风速较小的风产生的风能也利用起来，在大规模集中式的风电项目开发的同时，合理开发布局小型分布式风电项目，达到对我国各种风力资源的充分利用。[1]张艳,何伟军. 我国小型风力发电产业发展现状及前景研究[J]. 科技和产业,2013,01:1-4.
对于我们国家小型风电行业的兴起、推广和发展，大体经历了下面的六个阶段：
第一发展阶段，老式风车应用阶段（1949~1959 年）。这一阶段，群众自发研制了很多传统类型的风力机，这些风力机多用于发电或者提水，用以改善生活条件和摆脱原始的劳动方式，这些老式的风车对后来的风力机研究提供了参考。
第二发展阶段，现代风力机械起步阶段（1960~1977 年）。在这一时期，我们国家相关科研单位针对性的进行了风力机产品的研制和开发，根据当时牧区的需要，生产了系列的风力发电机组和提水机组，其中，发电机包括 30W、50W、100W、1kW、2kW、10kW、12kW、18kW、30kW 等容量不等的风机，提水机包括直径为 6m、7m、8m 的风机。所研发风机中的部分机组开始投入批量生产并满足了一些牧民的使用需求。这一阶段的发展成功为以后风力机械的研制和开发积累了丰富的实际工作经验。
第三发展阶段，科研攻关和示范应用阶段（1978~1983 年）。1978 年，我们国家投入 150 万元的专款作为风力发电机组和风力提水机组研制项目的重点科技攻关经费，分别研制了 50W、100W、150W、200W、500W、3kW 的风力发电机组及 5m 直径的风力提水机组，丰富了第二阶段的产品系列，这些产品也成了我们国家在风电产品推广中使用的主要机型。到 1983 年，研制开发了超过 30 种风力机产品，其中有超过 10 种产品通过了相关的技术鉴定，并投入了批量生产和应用推广。
第四发展阶段，技术成熟和使用推广阶段（1984~1990 年）。1984 年，我们国家的几个国家部级有关部门组织召开了小型风力发电工作座谈会，制定了一些相关的政策和计划，进一步推动了小型风力发电的发展。同时，国家“七五”科技攻关计划中，继续对容量为 100W、200W、300W 的风力发电机组进行改进和完善，也引进部分国外的先进技术，并结合外国的技术和样机研制开发了容量为 500W、1kW、2kW、5kW、10kW、
55kW 的风力发电机组。1984 年初，我们国家在内蒙古自治区实行新能源推广试点，示范成果进一步扩大。从 1986 年起对购买风力发电机的牧民进行财政补贴政策，同时也在几个其他省份进行了相关的推广和有效的扶持政策，从这一时间起，我们国家小型风力发电机组进入了成熟发展和应用推广阶段。
第五发展阶段，调整、巩固的阶段（1990~1997 年）。进入 20 世纪 90 年代以后，由于政府减少了对牧民的风机购买补贴，加上国内部分物价上涨，风力发电机组的售价也上涨，直接导致我们国家小型风力发电销售量的波动，此时，有不少厂商因产品质量等各种原因停止了风力发电机组的生产，但也有为数不多的企业通过改进技术，提高产品质量，并认真做好售后服务逐渐成为我们国家小型风力发电机组生产的主导企业。
第六发展阶段，稳定发展阶段（1998 年以后）。随着我们国家西部大开发战略的提出和逐步推进，人民的生活水平有了很大的改善，日常用电量也随之不断增加，同时国家也出台了相关的支持帮扶政策，实施了“光明工程”、推出“农村小型公益设施建设补助资金农村能源项目”等民生工程，再次促进了我们国家小型风力发电产业的快速发展。[1]唐江丰. 小型风力发电利用模式研究[D].沈阳农业大学,2012.

1980年，国家领导人视察我国的西北部地区后，向科技部提出了要解决偏远地区农牧民用电问题的批示。科技部组织专家对这些地区进行考察后，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，南京航空学院、哈尔滨工业大学、沈阳工学院、清华大学、长沙铁道学院等一批院校和航空部602所、机械部呼和浩特牧机所、中科院电工所、北京农机化研究院、浙江机电研究院、中国气象科学院等一批院所以及中国船舶工业总公司884厂、441厂、内蒙古动力机厂、包头电机厂、商都牧机厂、北京联合收割机厂、北京电机总厂、浙江电力修造厂等企业都参与了小型风力发电机的设计、研制。八十年代中后期，我国的小型风力发电机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300ww以下的产品12000台套，并且是低质量低价的产品为主，工业产值不足2000万元，不及一个中小企业的年产值。[1]俞红鹰. 中国小型风力发电机回顾与展望[A]. 中国农业机械学会.农业机械化与新农村建设——中国农业机械学会2006年学术年会论文集（上册）[C].中国农业机械学会:,2006:4.
目前国家大力发展大型风力发电机,而大风机所要求的条件较高,对风速也有一定的要求,所以,通常只能在某些风场使用,而小型风力发电机的要求则相对较低,在大部分地区都能够使用,尤其是在一些边远地方的生活供电、国家边防哨所供电、通信站供电等都起到很大的作用。因此中国将在缺乏小水电资源的地区，因地制宜建设独立的小型太阳能光伏电站、风光互补电站，推广使用小风电、户用光伏发电、风光互补发电系统[国家发展和改革委员会.《可再生能源中长期发展规划》.2007.9]。而且我国财政补助资金将支持提高偏远地区供电能力和解决无电人口用电问题的光伏、风光互补、水光互补发电示范项目
【财政部 科技部 国家能源局联合印发《关于做好金太阳示范工程实施工作的通知》[J]. 节能与环保,2009,12:7.]。典型的政策是从 2013 年 3 月 1 日起，用户可在其附近以 10kV 及以下等级接入电网，风力发电机组所发的电可全部上网，或自发自用后多余电量上网，用户自发电不足电量也可由电网提供，上网、下网电量分开结算，电价执行国家政策。国网公司免费提供关口计量装置和发电量计量用电能表，风电项目不收取系统备用容量费。[2]. 关于做好分布式电源并网服务工作的意见[A]. .中国农业机械工业协会风能设备分会2013年度论文集（上）[C].:,2013:2.
目前我国的中小型风电产业技术来源主要包括: 一是经过 30多年技术积累形成独立的自主研制产品; 二是通过独资或合资引进的美国技术; 三是通过独资或合资引进的欧洲技术; 四是日本的垂直轴风电技术。按照风力发电机的输出容量可将风力发电机分为小型、中型、大型和兆瓦级系列。国际上通常将风力发电机组按容量大小分为小型 (100kw 以下) 、中型( 100-1000kw) 和大型 (1000kw以上)3 种; 我国则分成微型 (1kw以下) 、小型 (1-10kw0、中型 (10-100kw ) 和大型 (100kw 以上 )4种。也有的将1000kw以上的风力发电机称为兆瓦级风力发电机，100kw以下风力发电机即是中小型发电机。目前我国生产的中小型风力发电机组共有19个机型，单机容量分别为:100W、150W、200W、300W、400W、500W、600W、1kW、2kW、3kW、4kW、5kW、10kW、15kW、20kW、25kW、30kW、50kW、100kW。[黄健毅,牛芳. 中小型风力发电机组行业的市场现状、问题分析与发展预测[J]. 电气应用,2013,16:70-72.]
其技术特点是：2～3个叶片、侧偏调速、上风向，配套高效永磁低速发电机，再配以尾翼、立杆、底座、锚和拉线。机组运行平稳、质量可靠，设计使用寿命为15年。风轮的最大功率系数已从初期的0.30左右提0.38～0.42，而且启动风速低，叶片材料已多样化：木质、铁质、铝合金、玻璃钢复合型和全尼龙型等。风轮采用定桨距和变桨距两种，以定桨距居多。发电机选配的是具有低速特性的永磁发电机，永磁材料使用的是稀土材料，使发电机的效率从普通电机的0.50提高到现在的0.75以上，有些可以达到0.82。小型风力发电机组的调向装置大部分是上风向尾翼调向。调速装置采用风轮偏置和尾翼铰接轴倾斜式调速、变桨距调速机构或风轮上仰式调速。功率较大的机组还装有手动刹车机构，以确保风力机在大风或台风情况下的安全。风力发电机组配套的逆变控制器，除可以将蓄电池的直流电转换成交流电的功能外，还具有保护蓄电池的过充、过放、交流泄荷、过载和短路保护等功能，以延长蓄电池的使用寿命。机组的价格较低，且适合于我国的低速地区应用。【小型风力发电机组行业现状及展望_李德孚】

根据中国农业机械工业协会风能设备分会对行业内34家主要生产制造企业上报的最终统计资料表明，2011年，中小型风电行业全年总生产量达到了18.26万台，比2010年增长25.6%；总销售量达到16.5万台，同比增长22.9%；总产值15.88亿元，同比增长29%；总销售额为14.6亿多元，同比增长33.7%；生产机组容量147MW，同比增长19.5%；销售机组容量127.4MW，同比增长13%；产品总出口量达到5.15万台，同比增长23.8%，出口量占总经销售量的31.1%。另一组出口数据来自于海关总署的统计，2011年中小型风力发电机组出口到全球106个国家和地区，出口量约15,800多台，出口额达到2,490多万美元（折合人民币约1.57亿元），比2010年增加出口30.7%。出口量较大的生产企业有：北京希翼新兴能源科技有限公司，扬州神州风力发电机有限公司，安徽蜂鸟电机有限公司，浙江华鹰风电设备有限公司，青岛安华新源风电设备有限公司，广州红鹰能源科技有限公司等。[1]祁和生,姚修伟,李德孚. 2012中小型风能产业发展报告[A]. .中国农业机械工业协会风能设备分会中小型风能设备与应用2013年度论文集（上）[C].:,2013:8.
从 1983 年开始到 2012 年底，中国厂家累计生产中小型风力发电机组 107.90 万台，分年产量详见表1。1kW-100kW 销 售 量 占 比 仅 约20%，但销售容量占总容量的比例约60%，分型号产品销售容量的比重见图一。 [1]李德孚. 2012年中国中小型风力发电行业发展报告[J]. 风能,2013,05:44-50.