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1、随着世界能源消耗的加快，传统能源储量的减少，风能发电这种绿色能源越来越得到重视，并具有取之不尽用之不竭的优势。世界各国都出台各项政策大力扶持风电产业，近几年我国的风电产业得到了飞速发展，从引进技术，到自主研发，国产化率得到大幅提高，国产风电机已占主导地位。我国建起了几座大的陆地风电场，在装机容量上已位居世界第四位，发展规模令人注目。目前我国风电整机制造企业已近家，但盈利企业屈指可数，龙头企业产品质量问题频发是造成众多风电企业生产经营困难的原因，就是由于对风电技术的高难度和高风险性认识不足。国外风电技术发展已近百年，但生产大型风电设备有实力的公司仅有屈指可数的几家，这都是由于大型风电设备生产技术
2、的高难度和高风险性造成的，有人将其比喻为航天技术也不为过，由于风电设备工作环境较恶劣，不确定因素很多。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，世界最大的著名风电公司由于变速箱质量问题造成公司倒闭，这在其它产业是不可能发生的，这充分说明风电技术的高难度和高风险性。还有沿海风电机在台风中损毁，也给风电场的运营带来很大的风险。这些问题必须引起我们的高度重视，所以，我认为现在风电技术最急需解决的问题，既不是掌握核心技术，也不是智能电网技术，而是解决风电机的安全性和稳定性问题。我们应加强风电自主技术的研发，总结现有风电技术中存在的问题，找出造成风电技术高风险的根本原因
3、，并在生产研发中给以解决。只有解决了高风险性，使风电机成本得到大幅降低，才能使大型风电设备得到推广普及，才能使众多风电设备生产企业产能得到释放，才能使我国的风电产业得到健康快速发展。一、叶片风载特性造成的高风险现有叶片是按空气动力学原理设计，并采用直升飞机浆叶的结构进行设计，具有很强的高风速特性。这种结构在微风状态下，空气动力性能肯定是很弱的，就象飞机速度低没有升力一样。根据本人对风电机运行数据的分析，当风速小于 6m/s 时，风能利用系数小，空气动力性能弱，当风速在 8m/s 左右时，风能利用系数变大，说明叶片的空气动力性能已发挥作用，当风速大于 10m/s 以上时，叶片的变桨距装置开始动作
4、，随着风速的增高，变桨距在不断减小叶片的空气动力性能，风能利用系数也在不断减小。根据以上分析就可以得出这样的结论：在低风速时，叶片的空气动力性能作用不大，在高风速时，我们又限制空气动力性能的作用，也就是说我们精心设计的具有优良空气动力性能的叶片，实际上并没有发挥太大的作用。而且从运行数据还可以看岀，在陆地风速较低（38m/s）的情况下，风能利用系数小，风电机的发电效率很低，而这个风速是时间最长，最有开发价值的风速，也就是说我们花高额成本设计制造的风电机叶片，在大部份时间并没有发挥应有的效能，而且造成微风发电性能差。这种性能造成装机容量很大，而发电量少的不利局面，给风电场的盈利带来风险。而在高风
5、速状态下，随着风速增大，叶片的空气动力性能会越来越强，我们以 1.5MW 风电机为例进行说明，设计风速为 13m/s，产生的能量为 1.5MW，核算在每个叶片上的风载可达百吨。若 12 级台风的平均风速为 34m/s，而风的能量与风速的关系是三次方的关系，那么在台风状态下每个叶片产生的风载将达千吨以上，这个数值是相当惊人的。我们知道风电机的控制系统有卸载功能，但任何控制系统都存在滞后性，不可能及时完全卸载，这样大的风载形成的冲击力是任何机械装置都无法承受的，我们设计制造的变速装置很大，强度也非常高，但仍不能避免这种冲击力对变速装置的损坏。这就是造成沿海风电机不稳定、安全性无法保障的最根本原因。
6、也是造成沿海风电机被台风损毁的主要原因。二、控制系统滞后性造成的高风险现在的风电机组可谓全电子化控制，原理非常先进，既有远程电子控制，又有设备自控调节装置，越精密，越复杂的东西，越容易出问题，这就是辨证法则。风电设备一般都处在较恶劣的环境中，内陆地区有沙尘暴、冰雹、严寒，沿海地区有台风、暴雨、雷击、酸雨。沙尘、冰雹、酸雨、雷击都是电子设备的致命杀手，沙尘暴和台风对风电设备的机械装置有非常强的破坏作用。从理论上讲进口风电机组的运行风速达 5060m/s，12 级飓风的风速平均是 34m/s，也就是说风电机组可以在任何狂风暴雨中运行，强度还有富余。但事实却是残酷的，2003 年 13 号台风“杜鹃
7、”，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。从风电机组电子控制上来讲，当风机处于狂风状态时，可以自动调节风轮叶片自动卸载，使叶片与风向平行，这样叶片受到风的作用力最小，也就抵抗了风的破坏作用。但风电机在台风中损毁，说明风电机的控制系统还不可靠，并存在严重缺陷。现在对风电机的结构和控制系统进行分析，现有风电机的控制装置主要有偏航装置和变浆矩装置，我们知道自然界的风向和风速都是随时随机变化的，我们的调节装置虽然可以根据风向和风速调整，但在速度上始终是滞后的，并不能完全满足风电机平稳发电的需要。比如在自然界
8、中风向呈 90变化是经常发生的，偏航装置和变浆矩装置的响应速度若是 1/秒，90就需要 90 秒的调整时间，在这么长的调整过程中，风轮叶片所受的风力角是完全不同的，也就是叶片所受的风力是变化的，必然造成风轮转速的不稳定，从而影响到风电机输出功率的稳定，严重时就会造成风电机解网，造成电网的不稳定。这种调节的滞后性在强风暴的气候条件下，往往会造成严重的后果，在高风速情况下叶片处于顺浆位置，若风向发生90变化，就会使叶片完全处于大面积受风的状态，使叶片受力突然增大，叶片受到的强大风载就会通过传动轴对变速装置造成巨大的冲击，巨大的风载也会对偏航装置造成冲击，造成偏航装置的损坏，叶片也有可能被折损坏。三
9、、高额维护费用带来的风险进口风电机组在我国安装使用时间并不长，设计使用寿命是二十年，但有些问题已突出地表现出来，由于现有风电机叶片在高风速下具有非常强的空气动力性能，几百吨风载产生的冲击力相当大，对变速装置、偏航装置和变桨距装置都有很强的破坏作用，并容易造成风电机强烈的振动，造成机械部件松动故障和疲劳损坏。 四、叶片质量带来的高风险大叶片制造技术是大型风电机的关键技术，随着大型风电机组由千瓦级向兆瓦级发展，叶片的长度也越来越长，现在单机功率为 1.52.5MW 的风电机，叶片长度已达 50 米。研制的单机功率 5MW 的风电机叶片长度将达到 60 米以上，叶片重量将达到 30 吨。这些超长超大
10、的叶片造价和成本很高，仅叶片的成本就占整台机组成本的 20%以上，现在我国有一些生产厂家从国外引进了叶片的生产技术，已可以生产 1.5MW 风电机组叶片，叶片的生产制造工艺非常复杂，要求也很高，设备和模具投资都很大。由于风轮的转速是通过叶片进行调控，叶片在不同风速情况下的变形和切入角都有很严格的要求，所以叶片的设计和制造难度非常高。特别是叶片承受的风载非常大，叶片在强风状态下所受风载可达几百吨以上，这对叶片的强刚性能要求很高，虽然叶片用了大量的高强材料，但任何一点质量缺陷都会造成叶片的损毁。国内某风电巨头由于叶片质量问题，造成多套风电机叶片损毁，带来的损失达上亿元。目前我国大叶片的设计制造技术
11、还是薄弱环节，叶片的设计寿命是二十年，在使用年限会遇到各种恶劣的气候条件，有冷冻、暴晒、雷电、强风等不利因素的考验，如果达不到使用寿命就会带来很大的损失。而且大型叶片高昂的成本和运输困难，也是一项不可忽视的问题。 五、大规模并网，给电网带来的高风险我国风能资源丰富的地区主要分布在“三北”（西北、东北、华北）地区和东南沿海。目前在“三北”规划了 6 个千万千瓦风电基地，但这些地方又是电网最弱的地区，因此我国风力发电将面临着电网不堪重负的问题。这对我们来说是一个急迫解决的问题，在欧洲几个风电大国都没有这样大的风电场，这些国家风电场规模都较小，都是分散入网，就地消纳，并且欧洲几个国家的电网是联网的，
12、电网很强，风力发电很容易被消纳，所以在这个问题上我们没有经验可借鉴。风电不像火电、水电，风电时有时无，并不是很稳定，风电占总电网不能大于 5%，如果超过 5%，就会干扰电网质量。并网的瓶颈对风电产业影响很大，如果并网的问题得不到解决，我们建设“陆地三峡”风电基地的目标就不能实现，为了解决电网薄弱的问题，国家电力部门已进行地区网和国家电力主网的联网规划和建设工作，并加大输出电路的容量，同时进行智能电网的研究和建设工作，并把风电量预测作为大型风电场的重要研发项目。这些问题的解决将为并网创造有利的外部条件，我们还要对内部因素加以重视，风电机的稳定性和安全性更应得到高度重视，从引进设备和引进技术来看“
13、水土不服”现象比较严重，有微风发电性能低、低温运行能力差、风沙影响大等问题，最主要的是稳定性和安全性还不能保证，国外风电机主要采用分散入网方式，当处于风速和风向变化很大的强风状态时，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，并且电网很强，不会对电网造成太大冲击。而我国的情况却与此相反，采用大规模并网方式，由于风电场的规模非常大，一个千万千瓦级风电场会有 500600 台风电机组，如果由于风电机性能不稳定造成对电网的冲击，这样强大的冲击能量是任何电网也无法承受的，危害也很严重，我们必须高度重视。本文摘自: 复材中国(http:/www.FuheX.com) 详细出处请参考：http:/
