風電技術的“突破口”在哪里？

    下面我們對葉片性能進行分析，現有葉片是按空氣動力學原理設計的，如同飛機的機翼，在微風狀態下，空氣動力性能肯定是很弱的，就像飛機速度低沒有升力一 樣，這樣必然造成微風發電性能差。在高風速狀態下，葉片的空氣動力性能不斷增強，葉片性能不但不能起到穩速穩頻的作用，反而成了風電機不穩定和強破壞性的 發源地，我們通過簡單的量化計算就可知道它的危害程度。我們以1.5MW風電機為例進行說明，設計風速為13m/s，產生的能量為1.5MW，可轉換為 152958kgf·m/s，其能量核算在葉片上的風載可達百噸。若12級臺風的平均風速為34m/s，而風的能量與風速的關系是三次方的關系，那么在臺 風狀態下葉片產生的風載將達千噸以上，這個數值是相當驚人的。我們知道風電機的控制系統有卸載功能，但任何控制系統都存在滯后性，不可能對葉片及時完全卸 載，這樣大的風載形成的沖擊力是任何機械裝置都無法承受的，我們設計制造的變速裝置很大，強度也非常高，但仍不能避免這種沖擊力對變速裝置的損壞。為了避 免變速裝置的損壞，風電機又向直驅方向發展，直驅方式省掉了變速裝置，但造成發電機轉子轉速降低，我們知道發電機的發電量是由線圈切割磁力線的速度決定 的，發電機轉子轉速的降低也就意味著發電效率的降低，人們又一次以犧牲發電效率為代價來解決葉片設計不合理所造成的后果。這種治標不治本的方式肯定是達不 到效果的，這樣做只是改變了故障發生的部位，并不能避免強風載帶來的破壞。強風載也是造成沿海風電機不穩定、安全性無法保障的最根本原因。也是造成沿海風 電機被臺風損毀的主要原因。葉片強風載還會造成風電機強烈振動，這對風電機的破壞也是很強的，往往造成疲勞損壞和高故障率。
    控制系統的滯后性也是造成不穩定和破壞性的主要因素，現有風電機的控制裝置主要有偏航裝置和變漿矩裝置，我們知道自然界的風向和風速都是隨時隨機變化的， 我們的調節裝置雖然可以根據風向和風速調整，但在速度上始終是滯后的，并不能完全滿足風電機平穩發電的需要。比如在自然界中風向呈90°變化是經常發生 的，偏航裝置和變漿矩裝置的響應速度若是1°/秒，90°就需要90秒的調整時間，在這么長的調整過程中，風輪葉片所受的風力角是完全不同的，也就是葉片 所受的風力是變化的，必然造成風輪轉速的不穩定，從而影響到風電機輸出功率的穩定，嚴重時就會造成風電機解網，造成電網的不穩定。這種調節的滯后性在強風 暴的氣候條件下，往往會造成嚴重的后果，在高風速情況下葉片處于順漿位置，若風向發生90°變化，就會使葉片完全處于大面積受風的狀態，使葉片受力突然增 大，葉片受到的強大風載就會通過傳動軸對變速裝置造成巨大的沖擊，巨大的風載也會對偏航裝置造成沖擊，造成變速裝置和偏航裝置的損壞，葉片也有可能被折損 壞。所以控制系統的滯后性將影響控制效果，風電機龐大，控制過程就成了問題發生過程。
    從理論上講進口風電機組的運行風速達50-60m/s，12級颶風的風速平均是34m/s，也就是說風電機組可以在任何狂風暴雨中運行，強度還有富余。但 事實卻是殘酷的，2003年13號臺風“杜鵑”，2006年1號臺風“珍珠”和8號臺風“桑美”分別造成了廣東汕尾紅海灣風電場，南澳風電場和浙江蒼南鶴 頂山風電場的風機嚴重損毀，這說明風電機控制系統還有很大缺陷。國外有幾十年生產經驗，很有實力的公司，都在風電機產品上出現過這樣那樣的問題。世界最大 的風力發電機組制造商NEG Micon就是因為齒輪箱問題，他為所生產的風力發電機組都換了一次齒輪箱，這家世界最大的風力發電機制造商破產了，這在其它產業是不可能發生的。目前我 國風電整機制造企業已近80多家，質量問題頻發，國產風電機故障率更高也就不足為奇。這些都充分說明現有葉片的高風載特性和控制系統滯后性給風電產業帶來 的危害性。
    我們利用數據進一步說明改進葉片性能的必要性，我們對運行數據進行分析，當風速小于6m/s時，風能利用系數小，空氣動力性能弱，當風速在8m/s左右時，風能利用系數變大，說明葉片的空氣動力性能已發揮作用，當風速大于10m/s以上時，風能利用系數不斷減小，也就是葉片的變槳距裝置開始動作，隨著風速的增高，變槳距在不斷減小葉片的空氣動力性能。根據以上分析就可以得出這樣的結論：在低風速時，葉片的空氣動力性能作用不大，在高風速時，我們又限制空 氣動力性能的作用，從運行數據還可以看出，當風速大于10m/s時變槳距裝置就開始減小葉片的空氣動力性能，一般風電機的設計風速是13m/s，  也就是說 葉片是通過變槳距裝置限制過載，但是我們知道控制系統始終是滯后的，并不能及時限制過載，這樣就造成在高風速狀態下過載隨時都可能發生，造成風電機不穩定，造成并網穩定性差。也就是說我們精心設計的具有優良空氣動力性能的葉片，實際上并沒有發揮太大的作用，而且葉片的高風載特性和控制系統滯后性造成風電 機不穩定，因此，現有葉片的性能是弊大于利。從運行數據還可以看出，在陸地風速較低（3-8m/s）的情況下，風能利用系數小，風電機的發電效率很低，而 這個風速是時間最長，最有開發價值的風速，也就是說我們花高額成本設計制造的風電機葉片，在大部份時間并沒有發揮應有的效能，而且造成微風發電性能差。