風(fēng)電技術(shù)的“突破口”在哪里？

　　為滿足大型風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)要求，葉片采用直升飛機(jī)漿葉設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)不但沒(méi)有起到調(diào)速和穩(wěn)速的作用，反而造成葉片高風(fēng)載，造成并網(wǎng)穩(wěn)定性差，造成高故障率，使 風(fēng)電技術(shù)后患無(wú)窮。
　　關(guān)鍵詞
　　風(fēng)電技術(shù) 葉片 高風(fēng)載 沖擊電流 穩(wěn)定性

    風(fēng)電成本高一直是影響風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展最大制約因素，風(fēng)電成本主要取決于風(fēng)電機(jī)組的成本和維護(hù)成本。降低成本、提高發(fā)電效率、增加壽命一直是風(fēng)電技術(shù)所追求的 目標(biāo)。葉片是風(fēng)電機(jī)的“靈魂”，葉片的性能直接關(guān)系到風(fēng)電機(jī)的性能，現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)葉片是參照直升飛機(jī)的螺旋槳設(shè)計(jì)的，屬于高風(fēng)速葉片，這種葉片強(qiáng)剛性能要求 很高，造價(jià)高昂，MW級(jí)風(fēng)電機(jī)葉片非常巨大，在高風(fēng)速狀態(tài)產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)載，風(fēng)載的強(qiáng)度很驚人，造成的后果就是大幅提高塔架和機(jī)組的強(qiáng)度和成本，造成風(fēng)電機(jī)的強(qiáng) 烈振動(dòng)，造成機(jī)械和疲勞損壞，還容易形成沖擊電流，影響并網(wǎng)的穩(wěn)定性。所以，葉片性能是造成風(fēng)電機(jī)高昂成本的主要因素，也是造成故障和高額維護(hù)費(fèi)的主要因 素，我們要降低風(fēng)電機(jī)成本、提高發(fā)電效率就必須改善葉片性能。
    大型風(fēng)電設(shè)備由于發(fā)電量大，難以存儲(chǔ)，所以必須聯(lián)網(wǎng)使用，近30年來(lái)全球的風(fēng)電研究方向和目標(biāo)幾乎只有一個(gè)，就是如何解決并網(wǎng)這一世界性難題。電網(wǎng)對(duì)入網(wǎng) 的風(fēng)電有著極其嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)，入網(wǎng)的風(fēng)電必須能夠滿足電網(wǎng)的穩(wěn)頻、穩(wěn)壓和穩(wěn)相要求。自然風(fēng)是不穩(wěn)定的，因此風(fēng)電機(jī)所發(fā)出的電也是不穩(wěn)定的。不穩(wěn)定的風(fēng)電 將會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大沖擊，導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰或設(shè)備損壞，為了滿足并網(wǎng)的苛刻條件，設(shè)計(jì)者不得不將風(fēng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)無(wú)限復(fù)雜化，以犧牲風(fēng)電機(jī)的最佳動(dòng)力學(xué)特性和最佳 風(fēng)能區(qū)間為代價(jià)，造成風(fēng)電成本翻番、風(fēng)能利用系數(shù)下降30%以上。風(fēng)能的間歇性，風(fēng)速和風(fēng)向的不確定性，最終導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)的不穩(wěn)定性，最終換來(lái)的仍是“不受 電網(wǎng)歡迎”的上網(wǎng)資格。
現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的外形與古老風(fēng)車相比，已面目全非，風(fēng)車寬大的葉片不見(jiàn)了，取而代之的葉片如同直升飛機(jī)的漿葉，葉片象4點(diǎn)8點(diǎn)12點(diǎn)三根針，讓人產(chǎn)生很大疑問(wèn)， 能高效獲得風(fēng)能嗎？這是風(fēng)電機(jī)外形給人產(chǎn)生的最大疑問(wèn)，所有利用風(fēng)力的裝置都有盡可能大的受風(fēng)面積，比如帆船、帆板、滑翔機(jī)等都有很大的受風(fēng)面積，只有受 風(fēng)面積大才能獲得較多的風(fēng)力，才能獲得較大的風(fēng)能。風(fēng)電機(jī)是利用風(fēng)能，而飛機(jī)的螺旋槳是產(chǎn)生風(fēng)能，兩個(gè)運(yùn)行特性是完全相反的，為什么風(fēng)電機(jī)會(huì)采用直升飛機(jī) 的漿葉呢？這都是為了滿足風(fēng)電機(jī)同步并網(wǎng)而采取的設(shè)計(jì)，正是這個(gè)不合理的設(shè)計(jì)使風(fēng)電技術(shù)后患無(wú)窮。
    最初是采用恒速恒頻的并網(wǎng)技術(shù)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，首先參照直升飛機(jī)的漿葉設(shè)計(jì)葉片，利用葉片的失速特性來(lái)保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定值 時(shí)，利用葉片獨(dú)特的翼形結(jié)構(gòu)使葉片處于失速狀態(tài)，葉片的升力減小，阻力增大，自動(dòng)限制了功率的增加。葉片失速后，風(fēng)速的變化對(duì)功率的輸出影響不大，因?yàn)槭?速后葉片升力變化不大，這樣就保證了風(fēng)電機(jī)功率的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。這種方式稱為為定漿距失速調(diào)節(jié)技術(shù)，定漿距是指風(fēng)輪的葉片與輪轂采用剛性連接，葉片的 漿距角不變。隨著風(fēng)電機(jī)向兆瓦級(jí)發(fā)展，失速葉片不能滿足要求，又出現(xiàn)了變槳距角控制技術(shù)。變槳距角控制技術(shù)就是控制槳葉沿縱軸旋轉(zhuǎn)葉片，葉片和控制系統(tǒng)是 按直升飛機(jī)的漿葉和翼角控制裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要就是利用漿葉的可調(diào)控性，控制葉片的迎風(fēng)攻角，控制葉輪的轉(zhuǎn)速，保持功率輸出的穩(wěn)定，保證發(fā)電機(jī)的恒速恒 頻。變槳距角控制技術(shù)可謂集高科技技術(shù)于一身，原理非常先進(jìn)，既有遠(yuǎn)程電子控制，又有設(shè)備自控調(diào)節(jié)裝置；既有二三維數(shù)據(jù)集程控制，又有模糊智能控制；既有 高效機(jī)械配置，又有超強(qiáng)材料制作。但在使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)這種控制方式仍不能保證并網(wǎng)的可靠性，由于氣候條件非常復(fù)雜，有狂風(fēng)、暴雨、沙塵暴等惡劣天氣，風(fēng) 的速度和方向也是隨機(jī)在不斷變化，控制系統(tǒng)始終存在滯后性，在這種情況下要保證葉輪轉(zhuǎn)速的恒定非常困難。不能保證轉(zhuǎn)速的恒定，就會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)自動(dòng)脫網(wǎng)，也 就不能保證并網(wǎng)的穩(wěn)定性，最終證明利用控制葉輪轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)的目的是失敗的。隨后出現(xiàn)了變轉(zhuǎn)速聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，風(fēng)電技術(shù)走了一段彎路，又回到了起點(diǎn)。
    變轉(zhuǎn)速恒頻聯(lián)網(wǎng)電控技術(shù)是近幾年飛速發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，變轉(zhuǎn)速技術(shù)可以讓風(fēng)輪隨風(fēng)速的變化相應(yīng)改變轉(zhuǎn)速的快慢，保持基本恒定的最佳轉(zhuǎn)速比，這樣可以高效的 獲取陣風(fēng)的能量。由于葉輪的轉(zhuǎn)速可以隨著風(fēng)速變化，就避免了葉輪轉(zhuǎn)速不可控性對(duì)并網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，與恒速恒頻技術(shù)相比并網(wǎng)的穩(wěn)定性可以大幅提高。但由于葉 片的高風(fēng)載和控制系統(tǒng)的滯后性仍然存在，在大風(fēng)狀態(tài)下，風(fēng)速和風(fēng)向的突變?nèi)菀资癸L(fēng)電機(jī)產(chǎn)生沖擊電流，仍會(huì)影響并網(wǎng)的穩(wěn)定性。所以葉片性能存在的問(wèn)題是影響 并網(wǎng)穩(wěn)定性的罪魁禍?zhǔn)祝疫€造成風(fēng)電機(jī)成本高昂，微風(fēng)發(fā)電性能低，維護(hù)費(fèi)用高，故障率高，嚴(yán)重影響了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所以葉片性能應(yīng)該改、也必須改。