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2、电占全国的用电量还非常小，装机容量占可开发量就更少，为什么风电工程会沦落为“形象工程”？风电被称为“垃圾电源”？为什么风电的开发与需求产生如此大的反差？这些矛盾和问题的出现已严重影响到风电产业的发展。 这些矛盾和问题的出现，追根溯源是风电技术的不适应造成的。我国在“三北”（西北、东北、华北）地区在建的有6个千万千瓦风电基地，现在还处于建设初期有些问题已突出表现出来，首先是装机容量大而发电量低；其次是并网难题无法破解；还有故障率高，维护成本大。这些问题主要是叶片性能造成的，现有叶片是参照直升飞机的叶片进行设计制造，MW级风电机叶片非常巨大，强刚性能要求很高，造价高昂，具有很好的空气动力性能。在“
3、三北”地区虽然多风，但大风毕竟很少，一般就是23级风，大一点45级风，6级风以上都较少，所以叶片的空气动力性能根本发挥不出来。风速低，空气动力性能弱，必然造成发电量低，这就是造成“装机容量大而发电量低”的主要原因。“三北”地区每年还有几次大的沙尘暴，在这种情况下，冲击电流很大，不可能并网，但刚性叶片风载很大，风电机受力不平衡，附加扭矩很复杂，对风电机产生摆动和振动，往往会造成故障和破坏。所以说叶片的空气动力性能该发挥的时候发挥不出来，不该发挥的时候却越来越强，只会带来破坏。 并网稳定性差和高故障率是影响风电产业发展的最大障碍，这个问题主要是由于控制系统的滞后性和叶片的强风载造成的。 现有风电机
4、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，
5、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，造成变速装置和偏航装置的损坏，叶片也有可能被折损坏。 下面我们对叶片性能进行分析，现有叶片是按空气动力学原理设计的，如同飞机的机翼，在微风状态下，空气动力性能肯定是很弱的，就像飞机速度低没有升力一样，这样必然造成微风发电性能差。在高风速状态下，叶片的空气动力性能不断增强，叶片性能不但不能起到稳速稳频的作用，反而成了风电机不稳定和强破坏性的发源地，我们通过简单的量化计算就可知道它的危害程度。我们以1.5MW风电机为例进行说明，设计风速为13m/s，产
6、生的能量为1.5MW，可转换为 152958kgfm/s，其能量核算在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，不可能对叶片及时完全卸载，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。为了避免变速装置的损坏，风电机又向直驱方向发展，直驱方式省掉了变速装置，但造成发电机转子转速降低，我们知道发电机的发电量是由线圈切割磁力线的速度
7、决定的，发电机转子转速的降低也就意味着发电效率的降低，人们又一次以牺牲发电效率为代价来解决叶片设计不合理所造成的后果。这种治标不治本的方式肯定是达不到效果的，这样做只是改变了故障发生的部位，并不能避免强风载带来的破坏。强风载也是造成沿海风电机不稳定、安全性无法保障的最根本原因。也是造成沿海风电机被台风损毁的主要原因。叶片强风载还会造成风电机强烈振动，这对风电机的破坏也是很强的，往往造成疲劳损坏和高故障率。 大自然永远是我们最好的老师，人类通过对鸟翅膀的研究造出了飞机，飞上了蓝天。鸟的翅膀是最轻巧的飞行装置，也是利用风能的高效装置，我们要想提高风能利用率，提高风电机的微风发电性能，鸟翅是我们最好
8、的研究对象。鸟翅主要是靠羽毛捕获风能，羽毛结构非常轻盈，但有很好的捕风性能，而且具有灵活调节风载的功能。根据仿生学的原理，通过对羽毛结构特性的研究提取，研究开发出了柔性羽形叶片。 柔性叶片可以完全克服刚性叶片的缺点，并可以增大受风面积，由于柔性叶片可以根据风速的变化相应改变受风的型面，在增加风能获取量和转化量的同时，改善叶片的受力状态，化解风的破坏力，有利于风电机安全稳定的运转。在低风速情况下，叶片变形小，以最佳迎风角和最大迎风面积获取最大风载；在中风速情况下，随着风速增大，叶片变形会逐步增大，逐步减小迎风角和迎风面积，保持所受风载大小的相对稳定，保证发电功率的平稳输出；在高风速情况下，叶片随
9、风速大幅变形，迎风面积大幅减小，风载减小，所受风阻大幅增加，叶片的转速不会增快，反而会变慢，不会造成风电机过载，也毋需停机，仍然可以保持正常发电。此时叶片所受风载会大幅减小，就像一颗树会随风弯曲，大幅减小树所受到的风载，这样可以完全避免狂风对风电机的破坏。所以柔性叶片这种智能化的调节过程更符合风电机风载特性的要求。而且风载特性是靠叶片自身结构的受力型态实现的，不存在滞后性，也不存在机械和电子故障，更加简单可靠。 柔性叶片还可以化解阵风的冲击能量，使风电机的转速更平稳。柔性叶片还可以避免叶片紊流和阵风波动对风电机造成的振动，可以降低疲劳损坏，提高风电机寿命。柔性叶片对刚性的要求大幅降低，所用的高
10、强材料也大幅减少，制造难度也大幅降低，可以大幅降低叶片的制造成本。所以柔性叶片对提高发电量，保证风电机的稳定可靠，降低风电机成本都有非常显著的作用，这些优点也将会使柔性叶片成为今后的发展方向。 采用柔性羽形叶片可以开发出陆地使用的微风高效新型风电机。通过对小型样机的试验，这种风电机一级风就能启动，三、四级风就能很好发电，五级风就可以达到满负荷，六级风以上随着风速的增大，叶片的风载会逐渐减小，发电功率也会逐渐减小，可以完全避免叶片产生高风载，可以保证风电机运行平稳，避免强冲击电流的产生，并附加惯性储能装置，保证风电机具有良好的并网稳定性。基本实现免维护，让人人都敢用，人人都好用，可以大幅提高发电
11、量23倍，并且风电机成本大幅降低60%以上。成本的降低，发电量的增大，可以大大缩短投资的回报时间，也可以使风电的价格低于火电和水电的价格，并网将不再是难事，反而会由于风电的价格低，而多利用风电，这将会使风电的收益大幅提高，会更大的激发人们开发风电的积极性，会使我国的风电产业发生飞跃式发展。 本新型风电机特别适合我国“陆地三峡”大规模并网使用，不但可以保证并网的稳定性和安全性，还可以成倍提高发电量。我国三北地区23级风的有风时间在6000小时以上，本风力发电装置优良的微风发电性能，可以保证风电场在微风的情况下也能发出电来，还可以保证风电机在大风的情况下也能平稳发电，这种优良的发电性能可以保证全年大部分时间都能输出风电，年发电量可提高23倍，这对风电的利用是非常重要的。我们把风电作为一个新能源，是要求风电在长时间内能稳定有效的输出，这样才能有利于计划安排和使用，才能形成对电力网的有效补充，也才能保证电网的稳定和安全，因此提高风电机的微风发电性能意义重大。
