沿海抗臺風型風力發電機組的現狀與對策

    一、市場特點
    我國地處亞洲大陸東部，瀕臨太平洋，位于東南季風帶，有3.2萬公里海岸線（1.8萬公里大陸海岸線和1.4萬公里島嶼海岸線）島嶼面積為7.54萬km2，近海灘涂面積1.27萬km2，東南沿海、山東半島、遼東半島及海上島嶼是我國最大風能資源區。
    在該區域的海邊—內陸之間存在一個風速急劇變化帶，風功率密度線平行于海岸線，當海風吹向陸地時，影響所及可深入內陸約40公里；此外，受海、陸熱容量差異的影響，冬季當空氣到達海上時風速增大，加上海洋表面平滑，摩擦力小，一般風速要比大陸增大2～4 m/s。因此，這一區域年有效風功率密度均在200W / m2以上，大于6 m/s風速時間在3500小時以上。一些東南沿海島嶼可達到550W / m2以上，大于6 m/s風速時間在4000小時以上。山東、遼寧沿海及其島嶼年平均風速也可達到6～9m/s，年可利用小時數在3000小時左右。雖然我國三北地區的風能資源也很豐富，但其風電年可利用小時數一般只有2700小時，內蒙大于6 m/s風速時間在2200～2500小時左右。新疆等一些地方也只能達到3200小時。而在行業內一般認為當風電機組平均年利用小時數超過3000小時，就可以認為是優秀風電場。
    東南沿海經濟比較發達，用電量大，而且幾乎沒有煤炭資源，依賴化石能源來解決能源需求的問題十分困難。因此，該地區具備發展風力發電的基本條件和強烈的開發欲望。
    上海在崇明、長興、橫沙三島和南匯、奉賢沿海地區具有較豐富的風力資源。根據規劃，將建設13處風電場，其中陸上8處，海上5處，總規劃裝機容量187萬千瓦。
    浙江省擁有1840公里的海岸線，大小島嶼星羅棋布，大多數海島年平均風速在6m/s以上，陸地上潛在的風電裝機容量可達100萬千瓦以上。
    江蘇省有980公里的海岸線，根據江蘇省2006～2020年發展規劃，2010年陸地裝機容量可達150萬千瓦，灘涂裝機容量達181萬千瓦，到2020年沿陸地海裝機容量將可達到300萬千瓦，近海700萬千瓦。
    海南省陸地風能資源總儲量為828.38萬千瓦，風能資源技術可開發量為123.45萬千瓦，初步規劃了13處風電場，裝機容量為123.45萬千瓦。按規劃，2010年前開工建設4～6個風電場，總裝機容量達到25萬～30萬千瓦；2015年前達到40萬千瓦；2020年爭取達到60萬千瓦，這些風電場都分布在沿海地區。
    廣東省有3368公里的海岸線，距海岸線1～3公里的海岸帶內風能儲量50米高度達1.157億千瓦，這個儲量相當于廣東水電可開發量，并可以與風電資源大國德國媲美。近期可開發的裝機容量在300萬千瓦左右。
    福建沿海陸地上風能理論蘊藏量1000萬千瓦以上，可供近、中期開發的陸地風場有17處，總裝機容量156萬千瓦，年發電量約43億千瓦時。
    廣西在2020年前風電裝機容量至少也將達20萬千瓦。山東省風能資源豐富區主要集中在海島海域，半島沿岸地帶，規劃到“十一五”末風電裝機達到100萬千瓦，到“十二五”末達到400萬千瓦。全省可開發的風電廠達38座，總規劃裝機容量1098萬千瓦。
    由此可知，沿海地區對風力發電設備有很大的需求，會逐步形成一個很大規模的市場。
    我國東南沿海在每年的夏季均會受到臺風的襲擊，每次臺風登陸后沿海地區都有一次大風過程，隨著全球氣候變暖，臺風強度也有逐年增強的趨勢。強風加上來自臺風中心劇烈的旋轉增強，成倍增大的湍流強度和湍能會對機組產生極大的破壞力。根據廣東省氣候中心統計的資料，1949年到2006年，平均每年登陸的臺風廣東有3.64個，海南2.33個，臺灣2.09個，福建1.57個，浙江0.66個，廣西0.48個，山東0.28個，遼寧0.21個，江蘇0.1個，上海0.09個。
    2003年的第13號臺風“杜鵑”嚴重影響了我國南部地區風電場的正常工作，25臺風力機中13臺因受損而不能投入運營，主要損壞部件是葉片(10臺風力機的葉片有通透性裂紋或被撕裂等)、風向儀(6臺被吹毀或掉落)、尾翼(2臺尾翼被吹掉、2臺尾翼桿被吹斷)、偏航系統(3臺受損)； 2006年的“桑美”臺風使浙江沿海風電場受到極大的損失，據稱這次臺風的局部瞬時最高風速達到81.1 m/s，浙江風電公司的蒼南風電場共有28臺機組，裝機容量15.85MW（平均單機功率為566kW），其中20臺機組都遭到不同程度的破壞，而槳葉受損最為嚴重，直接經濟損失在7000萬元左右。
    東南沿海土地資源稀缺，人口密集，風電場多數只能建在高山或灘涂上，這些風電場的交通運輸條件均不會太好，沿海島嶼的條件則可能更差，起重安裝設備難以進場，而在通常情況下，兆瓦級風電機組基礎至少需要一個20×20m的施工平臺和40×40m的吊裝平臺，所以在地勢起伏較大的山地，只能發展中、小型風力發電，其單機額定功率多數是不超過1MW。近年來才有部份交通運輸條件較好的風電場在沿海濕地或緩坡地安裝了1.5MW或2MW的風力發電機組。
    綜上所述，我國東南沿海及其島嶼風力資源豐富，市場需求強勁，但對機組也有一些特殊的要求，主要包括能抗臺風，能適應鹽霧和高溫、高濕環境，體積和重量不能太大，在電網停電時可以利用自然風力隨風偏航，或者在電網停電的情況下要能保證機組內的供電。而目前國內還沒有那家企業的產品能全面地滿足這些要求。
    二、競爭態勢
    目前，中國風電整機制造企業已超過70家，僅華銳、金風科技、東汽、上汽四大領頭企業的產能就達到1200萬千瓦。再加上其他廠商，產能早已遠遠超過了市場需求。據中投顧問能源行業研究部的統計2009年1～8月份全國新增風電生產能力(正式投產)355.64萬千瓦，風電設備市場的競爭已經進入了白熱化階段，以機組單位kW投標價為指標，已從2007年初的8500元降到現在的不足5000元，每年的下降幅度均超過10%。
    國內絕大多數的風電場對安全級別的要求都是III類，當前的主流機型是1.5MW和2MW，為了提高風能的利用水平，降低運營期內的度電成本，各風電場首選的都是經過驗證的直驅式發電機組，并且要求1.5MW機組風輪直徑在82m以上，2MW機組風輪直徑在93 m以上，不符合上述條件的機組只能在非主流市場上去競爭，或者是大幅度地降低投標報價。沿海地區多數風電場年平均風速都不高，也屬于III類風電場，但卻要求能抗擊強臺風，用戶選型要求的是III類加強型的風力發電機組。
    國內三大風力發電設備制造廠商華銳、金風、東方汽輪機主要的目標市場都在三北地區，最近，華銳、東方汽輪機、重慶海裝等企業正在把戰略重點轉移到海上風力發電機組的研制，目前只有廣東明陽、浙江運達、浙江華儀等企業在積極研制具有抗臺風能力的風力發電機組，但真正拿出產品并安裝使用的MW級機組只有廣東明陽風電技術有限公司一家。
    2007年8月16日廣東明陽在引進的1.5MW雙饋風力發電機組的基礎上研制出一種抗臺風型機組，并命名為MY1.5S，聲稱這種1.5MW風力發電機組適合在中國東南沿海低平均風速，有臺風危害的地區使用，該機組的風輪直徑73m，（通常1.5MW機組風輪直徑為70 m、77 m和82m三個檔次）極限風速70m/s，安全等級為I級；機組于2007年9月28日在粵電湛江徐聞風電場安裝使用，2008年9月24日第14號強臺風“黑格比” 在廣東省電白縣陳村鎮沿海登陸，中心最大陣風十七級，風速達到每秒65米。徐聞風電場正好位于“黑格比”強臺風登陸中心地帶，但所有機組都順利通過此次罕見強臺風侵襲。
    日本也是受臺風影響很大的地區，每年的6～10月都會受到臺風襲擊，2003年“蟬鳴”(Maemi)臺風過境日本、臺灣省等地區，最大風速曾高達74.1m/s，令日本Miyako風電場引進的Vestas、Enercon、NEG-Micon共7臺風力機全部嚴重受損。
   “蟬鳴”過后，三菱重工設計了新的偏航控制裝置，采用了所謂的Smart-Yaw技術，就是在正常情況下風力發電機為上風向工作，而在遇到臺風時，偏航系統自動將風輪轉到下風方向，此后偏航系統采用自然偏航方式，這種方式可降低風輪上風方向的負載，使強風時的葉片負載降低25%，塔架負載降低30%，葉片和塔架的負載降低15%，使機組具有抵御強風的能力。當2004年7月和8月的Chaba和Songda臺風直擊Setocho、Ehime風電場，采用了Smart-Yaw技術的MWT-1000A風力機抵御了70m/s(測量值)的極限風速。
    我國的寧夏銀星能源風電設備制造有限公司在2007年4月23日引進日本三菱重工MWT-1000A力發電機組制造許可，目前只生產了幾臺樣機，還沒有形成批量生產能力，但這種機型是進軍沿海風電市場的一個潛在的競爭對手。不足之處是該機型功率只有1MW不是市場的主流機型。
    武漢國測諾德新能源有限公司在2006年與瑞典Delta wind 公司合作開發了DW56/1000S定槳距兩葉片失速型1MW風力發電機組，并計劃研制DW90/2300P和DW90/3000P兩種可變槳距的2.3MW及3MW機組。這種兩葉片機組非常適合沿海地區使用，與寧夏銀星能源風電設備制造有限公司的產品一樣，其單機功率偏小，而且是固定槳葉的。
    與三葉風輪相比，兩葉片風輪的質量更輕，吊裝和后期維護成本也明顯下降。此外兩葉片風輪的抗強風能力比三葉片機型強，這是因為兩葉片風輪必須采用鉸鏈式輪轂，這種輪轂是柔性輪轂，當臺風有襲來時，與葉根部相聯的結合部可發生彈性運動，從而使其受力大大減少。