付 薇 吳敘銳

（1.華能海南發(fā)電股份有限公司，海南 海口570105；2.華能陽(yáng)江風(fēng)力發(fā)電有限公司，廣東 陽(yáng)江529500）

1 我國(guó)風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r

在國(guó)家一系列風(fēng)電政策的扶持和鼓勵(lì)下，風(fēng)電市場(chǎng)歷經(jīng)了2008年供不應(yīng)求的繁榮，遭遇了2009年產(chǎn)能過(guò)剩的警示，迎來(lái)了2010年海上風(fēng)電的發(fā)展，首次超越美國(guó)，風(fēng)電裝機(jī)容量躍居世界第一。如此迅速增長(zhǎng)的裝機(jī)規(guī)模，給風(fēng)電制造商創(chuàng)造了機(jī)遇，也帶來(lái)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)，在風(fēng)電市場(chǎng)的兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)需求激增下，國(guó)內(nèi)的風(fēng)機(jī)制造商幾乎全部走了所謂“引進(jìn)技術(shù)、消化吸收、自主創(chuàng)新”的路子，但為了以最快速度生產(chǎn)出貼有自家品牌的風(fēng)機(jī)，占領(lǐng)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)的風(fēng)機(jī)制造商往往停留在了“引進(jìn)技術(shù)”的層面，即按照國(guó)外廠商或設(shè)計(jì)公司提供主要技術(shù)和圖紙直接生產(chǎn)，產(chǎn)品型號(hào)單一。

這種結(jié)果短期來(lái)說(shuō)符合中國(guó)風(fēng)電的發(fā)展情況，因?yàn)樵紕?chuàng)新說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)卻非常困難，機(jī)組的設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，涵蓋多學(xué)科范疇。而直接拿來(lái)國(guó)外的技術(shù)，站在巨人的肩膀上前進(jìn)，可以節(jié)省人力物力財(cái)力，風(fēng)機(jī)產(chǎn)業(yè)化的速度相對(duì)快得多，經(jīng)濟(jì)效益也可以在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

2 風(fēng)電機(jī)組選型的局限性

在一定的風(fēng)能資源狀況下，為了使投資收益最大化，風(fēng)電機(jī)組的選型是關(guān)鍵，它直接關(guān)系到風(fēng)電場(chǎng)的總投資、發(fā)電量及20年的運(yùn)行維護(hù)成本。但面對(duì)我國(guó)風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)況，在已有的國(guó)產(chǎn)風(fēng)電技術(shù)中選擇適合中國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)卻存在極大的局限性。由于風(fēng)機(jī)的運(yùn)行受外部條件影響較大，但整機(jī)開發(fā)成本高，不能按照每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的環(huán)境進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)，而是經(jīng)過(guò)行業(yè)長(zhǎng)期研發(fā)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，形成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前，風(fēng)電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要有德國(guó)勞伊德GL標(biāo)準(zhǔn)、丹麥RISOE的DNV標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)，這3個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)主要是以丹麥、德國(guó)的條件和經(jīng)驗(yàn)制定的。在我國(guó)能見(jiàn)到的主要是GL標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)，從風(fēng)況劃分方面來(lái)看，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有所不同，而我國(guó)是直接把翻譯后的IEC標(biāo)準(zhǔn)作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)外制造商根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)出一系列的風(fēng)機(jī)，供市場(chǎng)選擇，比如某國(guó)際知名風(fēng)機(jī)制造商現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品有4款，分為：適用于中高風(fēng)速風(fēng)場(chǎng)（IECⅠ、Ⅱ）和中低風(fēng)速風(fēng)場(chǎng)（IECⅡ、Ⅲ）的2種單機(jī)規(guī)模較小機(jī)型，便于地勢(shì)險(xiǎn)峻、地形復(fù)雜地區(qū)的運(yùn)輸和安裝；適用于高風(fēng)速風(fēng)場(chǎng)（IECⅠ）和中低風(fēng)速風(fēng)場(chǎng)（IECⅡ、Ⅲ）的2種兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)。由于標(biāo)準(zhǔn)中給出的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)風(fēng)況不包括海上風(fēng)電場(chǎng)，也沒(méi)有考慮熱帶風(fēng)暴（如颶風(fēng)、龍卷風(fēng)、臺(tái)風(fēng)等）的風(fēng)況條件，國(guó)外制造商還可以根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61400－1明確的特殊安全等級(jí)——S級(jí)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，充分考慮安裝風(fēng)機(jī)的風(fēng)場(chǎng)條件。

我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)的機(jī)型是按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的載荷條件主要是依據(jù)歐洲的風(fēng)況與氣候制定的。我國(guó)一些地區(qū)的風(fēng)況、氣候條件和地質(zhì)、地貌與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中所列出的情況差別較大，因此按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的機(jī)型不能完全適合我國(guó)的自然條件。另外引進(jìn)的機(jī)型單一，一個(gè)大型的制造商通常引進(jìn)2類機(jī)型，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)最多為1.5 MW 70和77型風(fēng)機(jī)（70、77代表風(fēng)機(jī)葉輪直徑）。由此可見(jiàn)，作為風(fēng)電場(chǎng)的開發(fā)商，無(wú)論前期工作做得如何精確細(xì)致，要根據(jù)我國(guó)特殊的風(fēng)況條件在國(guó)內(nèi)制造的風(fēng)電設(shè)備中進(jìn)行風(fēng)機(jī)選型都是難題。

我國(guó)“三北”（東北、華北、西北）地區(qū)的風(fēng)資源豐富，風(fēng)的品質(zhì)很好，即年有效風(fēng)功率密度在200～300 W／m2以上，年平均風(fēng)速大，無(wú)極端惡劣的天氣（如颶風(fēng)、龍卷風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、高溫、鹽霧等），可選用適合IECⅠ、Ⅱ機(jī)型，但是這樣的機(jī)型設(shè)計(jì)強(qiáng)度、安全系數(shù)較大，勢(shì)必在無(wú)形中增加了風(fēng)機(jī)成本，而風(fēng)機(jī)采購(gòu)成本至少占整個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目總投資的60%，對(duì)投資的影響非常大。我國(guó)東南沿海及其島嶼地區(qū)風(fēng)資源也較為豐富，對(duì)于沒(méi)有超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)登陸的沿海地區(qū)還是可以參考選擇IECⅠ機(jī)型，但對(duì)于浙江中南部、閩浙交界地區(qū)、福建北部、福建南部、粵東、粵西、海南東南部沿海及海域，則需選擇S級(jí)機(jī)型。而目前我國(guó)制造商還未能完全掌握整機(jī)設(shè)計(jì)，無(wú)法進(jìn)行S級(jí)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)。

3 案例分析

在此，本文以2個(gè)實(shí)例說(shuō)明中國(guó)風(fēng)電設(shè)備選型的局限性。

3.1 案例一

地址：東南沿海某4.5萬(wàn)k W風(fēng)電場(chǎng)。

選型時(shí)間：2005—2006年。

案例情況：風(fēng)場(chǎng)選址范圍內(nèi)地形復(fù)雜，地勢(shì)起伏較大，多年平均20 m高年平均風(fēng)速5.35～7.32 m／s，風(fēng)功率密度162～425 W／m2，推算到65 m輪轂高度平均風(fēng)速5.90～8.35 m／s，風(fēng)功率密度246～631 W／m2，總體上屬于風(fēng)能資源豐富區(qū)，風(fēng)的品質(zhì)比較好，具有較好的開發(fā)價(jià)值。但由于地處東南沿海，汛期常有強(qiáng)臺(tái)風(fēng)伴暴雨。

經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析，該風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)機(jī)設(shè)備選型要求：按IEC標(biāo)準(zhǔn)選擇S級(jí)1 MW左右的風(fēng)機(jī)，既能滿足IECⅡ類風(fēng)區(qū)的平均風(fēng)速要求，又能滿足IECⅠ類風(fēng)區(qū)的安全等級(jí)——能抵抗50年一遇10 min平均最大風(fēng)速41.4 m／s，50年一遇瞬間極大風(fēng)速61.0 m／s。

嚴(yán)格按照風(fēng)機(jī)設(shè)備的選型要求，在國(guó)內(nèi)風(fēng)電技術(shù)中無(wú)法找到與之匹配的風(fēng)機(jī)設(shè)備。由于國(guó)內(nèi)風(fēng)電技術(shù)的局限性而不得不選擇了適合本場(chǎng)選型要求的國(guó)外風(fēng)機(jī)。目前該進(jìn)口技術(shù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況良好，但還需要在今后的長(zhǎng)期運(yùn)行中檢驗(yàn)。

3.2 案例二

地址：某島嶼5萬(wàn)k W風(fēng)電場(chǎng)。

選型時(shí)間：2007年底—2008年初。

案例情況：場(chǎng)址范圍內(nèi)地形簡(jiǎn)單，地勢(shì)平坦，測(cè)得10 m高度年平均風(fēng)功率密度約150 W／m2，10 m高度年平均風(fēng)速約5.2 m／s，風(fēng)資源可達(dá)3級(jí)，為風(fēng)能可利用區(qū)。但其受災(zāi)害性天氣的影響較大，主要有熱帶氣旋、臺(tái)風(fēng)、雷暴等。熱帶氣旋在一定程度上可以帶來(lái)豐富的風(fēng)能資源，但較強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)、頻繁的雷暴將嚴(yán)重威脅風(fēng)電場(chǎng)的安全。

設(shè)計(jì)單位對(duì)風(fēng)資源評(píng)估、地理環(huán)境、工程設(shè)計(jì)等方面作了細(xì)致分析和研究，從風(fēng)電場(chǎng)安全等級(jí)和運(yùn)行效益等綜合方面提出風(fēng)機(jī)設(shè)備選型要求：按IEC標(biāo)準(zhǔn)選擇S級(jí)兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)，既能滿足IECⅢ類風(fēng)區(qū)的低風(fēng)速高效出力，又能滿足IECⅠ類風(fēng)區(qū)的安全等級(jí)——能抵抗50年一遇10 min平均風(fēng)速48.6 m／s，50年一遇極大風(fēng)速67.5 m／s，還要經(jīng)受頻繁的雷暴襲擊。

根據(jù)當(dāng)時(shí)國(guó)家規(guī)定“風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率要達(dá)到70%以上”的要求，考察國(guó)產(chǎn)風(fēng)電技術(shù)，沒(méi)有可以滿足選型要求的風(fēng)電設(shè)備。為了風(fēng)電場(chǎng)的順利開發(fā)和建設(shè)，原來(lái)的選型要求不得不縮水到只考慮只要能滿足安全等級(jí)的風(fēng)電設(shè)備即可。在市場(chǎng)需求的刺激下，終于有國(guó)內(nèi)的風(fēng)電制造商推出可抗70 m／s臺(tái)風(fēng)的單機(jī)容量1.5 MW機(jī)組。訂貨不久后，制造商發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)配套關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠停止生產(chǎn)，需待返回國(guó)外重新計(jì)算后確定。因此不僅延誤了風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)時(shí)間，更造成了經(jīng)濟(jì)上的巨大損失。

4 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)電機(jī)組選型的局限性給風(fēng)電場(chǎng)的開發(fā)建設(shè)及日后20年的長(zhǎng)期運(yùn)行造成了巨大影響。從風(fēng)電場(chǎng)投資者的角度看，迫切需要安裝使用的是適合我國(guó)資源環(huán)境特點(diǎn)的風(fēng)機(jī)；從風(fēng)電制造商的角度看，無(wú)論是改進(jìn)改型還是自主研發(fā)，都應(yīng)完全掌握從零件、部件到整機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)，針對(duì)極端氣候條件和復(fù)雜地形開展特殊研究，提高風(fēng)機(jī)的適應(yīng)性和發(fā)電量、減少設(shè)備故障，從而降低運(yùn)維成本。

［1］張秀芝，閻俊岳，楊校生，等.臺(tái)風(fēng)對(duì)我國(guó)風(fēng)電開發(fā)的影響與對(duì)策［M］.北京：氣象出版社，2010

［2］宮靖遠(yuǎn).風(fēng)電場(chǎng)工程技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004

［3］胡立偉.風(fēng)電設(shè)備選型的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析［J］.農(nóng)業(yè)工程技術(shù)：新能源產(chǎn)業(yè)，2007（5）