我國風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展建議
日期：2007-05-06
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太陽照射到地球表面,地球表面各處受熱不同,產(chǎn)生溫差,從而引起大氣的對流運(yùn)動(dòng)形成風(fēng),其攜帶的能量即風(fēng)能。風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電稱風(fēng)力發(fā)電即風(fēng)電。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)化形式,是一種不產(chǎn)生任何污染排放的可再生自然能源。與太陽能、生物、地?zé)岷秃Ｑ竽馨l(fā)電相比,風(fēng)電是當(dāng)前技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上具商業(yè)化規(guī)模開發(fā)條件的新能源。
能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),要實(shí)現(xiàn)2020 年我國GDP 翻兩番的宏偉目標(biāo)和國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長,僅靠常規(guī)能源難以解決能源和電力短缺。占電力供應(yīng)70 %的煤電燃料―――煤炭,探明的剩余開采儲(chǔ)量為1 390 億t ,按2003 年開采速度16. 67億t/ a ,僅能維持83 a ,還將帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。我國的石油資源不足,天然氣資源也不夠豐富,天然鈾資源短缺。我國水能資源經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量為4. 02億kW ,年發(fā)電量1. 7萬億kW?h ,再經(jīng)過20～30 a 的開發(fā),70 %左右將被開發(fā)完,僅靠水能是解決不了我國電力短缺的。
我國的風(fēng)能資源十分豐富,根據(jù)氣象局估計(jì),我國10 m 高度以內(nèi)可開發(fā)利用的地表風(fēng)電能源約為10 億kW ,其中陸地2. 5億kW ,海上7. 5億kW ,如果擴(kuò)展到50～60 m 以上高度,風(fēng)力資源將有望擴(kuò)展到20～25 億kW。因此,風(fēng)力發(fā)電是我國能源可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)而重要的選擇。
風(fēng)電機(jī)組(主要指并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組) 是風(fēng)力發(fā)電的核心設(shè)備,其投資約占總投資的60 %～80 %。風(fēng)電機(jī)組的生產(chǎn)和制造水平也是反映一個(gè)風(fēng)電發(fā)展水平的重要因素,因此由進(jìn)口轉(zhuǎn)化為國產(chǎn),可大大降低風(fēng)電廠的投資,從而有力地促進(jìn)風(fēng)電的快速發(fā)展。
1我國風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)現(xiàn)狀
我國自1983 年山東引進(jìn)3 臺(tái)丹麥Vestas 55kW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,開始了并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的試驗(yàn)和示范。“七五”至“九五”期間把風(fēng)電機(jī)組列為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目,并制訂了一些優(yōu)惠政策,鼓舞我國風(fēng)電廠的建設(shè)士氣和制造業(yè)發(fā)展風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)技術(shù)的熱情。1986～1993 年,共建12 個(gè)風(fēng)電廠,裝機(jī)容量達(dá)到13 300 kW ,年均裝機(jī)1 662. 5 kW; 1994～1999 年, 風(fēng)電( 包括21 個(gè)風(fēng)電廠) 共裝機(jī)249 050 kW ,年均裝機(jī)41 508 kW。
我國風(fēng)電廠新裝風(fēng)機(jī)的單機(jī)容量經(jīng)歷了階躍式發(fā)展。1992～1996 年主力機(jī)型為200～300 kW 機(jī)組,1997～2002 年則為600 kW 機(jī)組。截止2002 年底,我國累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)中各容量風(fēng)電機(jī)組的份額見表1 。
我國風(fēng)電機(jī)組中單機(jī)容量在310. 1～749. 9 kW的占絕大多數(shù)。這是我國1997～2002 年風(fēng)電發(fā)展所取得的成果。
截止1999 年底,我國風(fēng)電廠共安裝國產(chǎn)機(jī)組29 臺(tái),總裝機(jī)容量8 350 kW ,機(jī)組臺(tái)數(shù)和裝機(jī)容量分別占風(fēng)電的4. 9 %和3. 2 %。目前風(fēng)電廠安裝的國產(chǎn)機(jī)組生產(chǎn)來源主要有兩種,一種是自行科技攻關(guān)的樣機(jī)或后續(xù)生產(chǎn)的幾臺(tái)機(jī)組,由于技術(shù)和質(zhì)量問題,需要繼續(xù)改進(jìn);另一種是引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)或與國外廠商合作生產(chǎn)的,部分部件用國產(chǎn)的替代,如輪轂、發(fā)電機(jī)和塔架等,且基本上能夠正常運(yùn)行。通過支付技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)引進(jìn)全套制造技術(shù)或與國外公司合資生產(chǎn)等方式。我國目前基本具備生產(chǎn)600kW 機(jī)組的能力,國產(chǎn)化率可達(dá)90 %。
我國從1984 年研制200 kW 風(fēng)電機(jī)組到現(xiàn)在已經(jīng)過了20 多年,國產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組在我國尚未占有一席之地,可見完全靠自己研制來提高風(fēng)電機(jī)組制造技術(shù)是很不夠的。
2 我國與先進(jìn)制造技術(shù)的差距
上先進(jìn)的風(fēng)電設(shè)備制造商主要在丹麥(風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)量占市場一半份額) 、德國和美國。德國是上風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)及容量多的,也是風(fēng)電技術(shù)的,其風(fēng)電技術(shù)的演化路徑和發(fā)展趨勢,在一定程度上代表了風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展路徑和發(fā)展趨勢。增大單機(jī)容量、提高能源轉(zhuǎn)換效率、降低風(fēng)電成本是風(fēng)電技術(shù)的改進(jìn)目標(biāo)。影響單機(jī)發(fā)電容量的物理參數(shù)包括葉輪直徑和軸心高度。到20 世紀(jì)90 年代后期,已能生產(chǎn)MW 級(jí)風(fēng)電機(jī)組,隨著近海風(fēng)電技術(shù)的推廣,3～5 MW 級(jí)的風(fēng)電機(jī)組在市場中的比例日益提高。1989～2002 年,德國風(fēng)機(jī)平均軸心高度增加1 倍,葉輪直徑增加2 倍,發(fā)電容量提高了10 倍左右。
現(xiàn)代風(fēng)能利用技術(shù)的核心技術(shù)之一是控制調(diào)整能量輸出的穩(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)技術(shù)有兩種手段:一是槳距不變,依靠發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速的輸入,確保電力輸出的穩(wěn)定性。定槳距調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)簡單可靠,控制也可大大簡化,缺點(diǎn)是槳葉、輪轂、塔架等主要受力部件受力增大。二是依靠變化槳距調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,保證電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)Ω鞣N不同的風(fēng)速調(diào)節(jié)槳距,控制能量輸出,其對風(fēng)速的調(diào)節(jié)范圍更寬,缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)程序和工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜。但從風(fēng)電的調(diào)節(jié)技術(shù)發(fā)展趨勢來看,變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)正在逐漸取代定槳距調(diào)節(jié)技術(shù),變槳距變速調(diào)頻是上先進(jìn)的主流技術(shù)。
目前我國風(fēng)電裝機(jī)的主力機(jī)型是600 kW 機(jī)組,而2000 年后風(fēng)電市場的主力機(jī)型是兆瓦級(jí)的,且近海風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量達(dá)到3～5 MW。從風(fēng)機(jī)葉片的直徑、軸心高度和風(fēng)電機(jī)組的調(diào)節(jié)技術(shù)上,我國與先進(jìn)水平差距亦較大。但近年來,我國風(fēng)電機(jī)組制造技術(shù)提高迅速,可望在不遠(yuǎn)的將來縮小和趕上風(fēng)電設(shè)備制造的先進(jìn)水平。
3對我國風(fēng)電建設(shè)的幾點(diǎn)建議
我國能源結(jié)構(gòu)及能源可持續(xù)發(fā)展必須滿足國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。為此,大力發(fā)展風(fēng)電和快速提高風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)水平是我國能源建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)目前我國風(fēng)電設(shè)備的制造技術(shù)現(xiàn)狀以及與先進(jìn)技術(shù)的差距,提出如下幾點(diǎn)建議。
3. 1 制訂風(fēng)電發(fā)展的優(yōu)惠政
在發(fā)改委的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理下,制訂風(fēng)電建設(shè)的優(yōu)惠政策,調(diào)動(dòng)各方面的積極性,大力發(fā)展風(fēng)電,建議主要采取以下政策措施:
(1) 規(guī)定電網(wǎng)管理部門允許風(fēng)電就近上網(wǎng),并收購全部上網(wǎng)電量;
(2) 按發(fā)電成本加還本付息、合理利潤的原則確定上網(wǎng)電價(jià),高出電網(wǎng)平均電價(jià)部分,建議開征礦石能源消費(fèi)稅進(jìn)行補(bǔ)償,風(fēng)電價(jià)格實(shí)行動(dòng)態(tài)管理,每年進(jìn)行核算和調(diào)整,使各方面保持發(fā)展風(fēng)電的積極性;
(3) 風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)屬高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),享受相關(guān)的減免稅政策;
(4) 制訂政策導(dǎo)向的風(fēng)電建設(shè)及風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),如風(fēng)電廠的建設(shè)規(guī)模和新裝風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量要達(dá)到一定規(guī)模及容量要求等。
3. 2 在引進(jìn)設(shè)備的同時(shí)引進(jìn)制造技術(shù)
建議通過100 萬kW 級(jí)大型風(fēng)電廠建設(shè),要求并鼓勵(lì)項(xiàng)目法人在風(fēng)電設(shè)備的采購招標(biāo)文件中明確:國外制造商要與國內(nèi)設(shè)備制造商聯(lián)合投標(biāo),國外企業(yè)為責(zé)任方,國內(nèi)企業(yè)為分包商,并附上明確分包比例,簽訂設(shè)計(jì)、制造、維修等技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議。如果一個(gè)100 萬kW 級(jí)風(fēng)電廠引進(jìn)一家先進(jìn)水平風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù),幾個(gè)100 萬kW 級(jí)風(fēng)電廠就能把上頂尖的風(fēng)電制造技術(shù)引入到我國的風(fēng)電制造企業(yè)中來,從而降低風(fēng)電設(shè)備費(fèi)和風(fēng)電廠的建設(shè)成本,促進(jìn)風(fēng)電建設(shè)的大力發(fā)展。
3. 3 引進(jìn)消化注意過程控制
建議投入一定的配套資金支持國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的改造更新,并注意:
(1) 招標(biāo)前,國內(nèi)外風(fēng)電設(shè)備企業(yè)在與項(xiàng)目法人和設(shè)計(jì)單位交流時(shí),國內(nèi)企業(yè)就要積極參與,從中了解國外企業(yè)的信息;
(2) 在招投標(biāo)階段,積極為國內(nèi)企業(yè)創(chuàng)造條件,尋找國外愿意轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)制造技術(shù)的合作伙伴,簽訂轉(zhuǎn)讓協(xié)議,參與投標(biāo);
(3) 在中標(biāo)簽合同階段,國內(nèi)企業(yè)要積極參與問題澄清、合同談判,將轉(zhuǎn)讓協(xié)議作為合同附件,具備法定效力;
(4) 在工程的設(shè)計(jì)階段,國內(nèi)企業(yè)與國外企業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì),并參與項(xiàng)目法人、工程設(shè)計(jì)單位與國外企業(yè)舉行的各次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì),從而掌握風(fēng)電設(shè)備的設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)或具體工程的結(jié)合;
(5) 生產(chǎn)設(shè)備改造后,在外方的指導(dǎo)和監(jiān)督下具體制造分包的部分;
(6) 在分包制造取得一定經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行整體制造;
(7) 無論是國外制造還是國內(nèi)制造,國內(nèi)廠家都應(yīng)參加設(shè)備的安裝調(diào)試及試運(yùn)行,從中發(fā)現(xiàn)問題,以利更好地提高產(chǎn)品質(zhì)量或找到改進(jìn)的著眼點(diǎn)。
3. 4 引進(jìn)消化后再創(chuàng)新
在引進(jìn)消化基礎(chǔ)上,建議國內(nèi)企業(yè)根據(jù)兩方面的要求進(jìn)行再創(chuàng)新。① 根據(jù)安裝調(diào)試和試運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的問題以及運(yùn)行單位提出的要求,有針對性地進(jìn)行改造,使引進(jìn)的風(fēng)電設(shè)備更完善,性能指標(biāo)更高,運(yùn)行更可靠,從某種意義上講這也是一種創(chuàng)新。②在引進(jìn)消化的基礎(chǔ)上結(jié)合我國風(fēng)能資源特點(diǎn)研發(fā)新型的風(fēng)電機(jī)組設(shè)備。如我國兩大風(fēng)帶(三北地區(qū)及東南沿海) 的風(fēng)力資源與歐洲、北美的差別較大,北方有寒冬低溫、沙塵問題,南方有臺(tái)風(fēng)、抗腐蝕、防雷電問題,在引進(jìn)風(fēng)電設(shè)備的基礎(chǔ)上結(jié)合我國的具體情況進(jìn)行研發(fā),就能使引進(jìn)的技術(shù)再創(chuàng)新。
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