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国产聚风型风机或成国外“山寨”对象(图)

gecimao 发表于 2019-04-19 11:54 | 查看: | 回复:

  “山寨”一词在中国的流行可以说是国人对创新能力不足的阿Q式自嘲。“山寨”一词有一种译法是“made in China”。而在国内科技产品纷纷扛起“山寨”大旗的当下,清华大学等单位联合研发的聚风型风力发电机却异军突起,或许它可以让“made in China”首尝“被山寨”滋味。

  聚风型风力发电机的理论概念来源于日本。但随后,日本并没有研发出达到商用水平的产品,转而从中国进口。

  从中国进口的风机正是清华大学与江苏中航动力控制有限公司联合研制的聚风型风力发电机。

  近日,记者从清华大学了解到,这套5千瓦的风机实现了100%国产化,目前已进行小批量生产,将在我国海南省风光互补等项目中进行批量试用,并已经出口欧美日等国家。

  技术开发总负责人、清华大学航天航空学院教授张兴在接受《科学时报》记者采访时介绍道,这种聚风型风力发电机采用了全新的概念,不仅在发电过程中没有噪音,风能利用效率还大大提高,“1台能顶3台普通同直径叶片的风机”。

  据记者了解,这套完全由我国自主研发的风机产品不仅引起了普通用户的兴趣,还引起欧美发达国家一些科研单位的注意,并向生产商发出订单。

  关键技术被国外垄断一直是中国风能产业的软肋,也是我国风电装机容量高速增长的重要隐患。

  2010年12月底,《科学时报》记者登上清华大学建筑设计研究院的屋顶。当走近这台轮毂高度仅有5米、叶片直径为2.5米的风机时,虽然叶片正在冬日的大风中飞转,并且距离仅有几米,却听不到丝毫的噪音。同时,与普通风机不同的是,这台风机正在大风中不断自动跟踪风向。

  风能虽然是绿色能源,但风机同时也是噪音源,一般情况下噪音很大。在美国,噪音污染就成为大众反对风电发展的最主要因素。在其他某些国家,也常常因噪音导致的反对声使得一些风场停止运行。在主张发展分布式屋顶风电的欧洲,安静更是一个必备条件。

  聚风型风力发电机是由聚风罩和叶片及控制系统组成,同普通风机的根本区别在于叶片外围多了一圈聚风罩,而正是这个聚风罩使得风机噪音大减,并使其发电量大大提高。

  在欧洲,屋顶风机的研发较为活跃,各式各样的屋顶风机层出不穷,但真正实现商业化的并不多。清华大学等单位联合研发的这套聚风型风机也是屋顶风机的一种,额定功率5千瓦,聚风罩直径3.4米,可安置在住宅楼或者写字楼的屋顶。一台5千瓦风机提供的电力基本能够满足一栋普通别墅的需求。在各种屋顶风机中,聚风型风机是目前为止效率最高的。

  聚风罩的原理来源于日本九州大学,是2000年以后才有的新概念。根据这个原理研制的风机具有它特有的优越性。

  张兴举例说,一次性纸杯去掉底就是一个聚风罩。聚风罩的作用在于加快风机叶片流道内的风速,由于发电量和风速的3次方成正比,在相同尺寸的风轮直径下,聚风型风机可以将输出功率提高好几倍。聚风罩越长,发电量越大。

  不过考虑到商用推广,聚风罩的长度也不宜过长,目前的5千瓦风机便在结构紧凑的前提下实现了将风能利用效率提高到原来的3倍,即提高了200%。这对于连1个百分点都斤斤计较的能源领域来说,无疑是质的飞跃。而普通风机如果要实现相同功率,叶片直径需达到6. 4米。

  另外,聚风型风机还能高效利用一般风机无法利用的低风速段风能,如5千瓦风机在风速达到2.5米/秒时就可以发电,1千瓦的小风机更是在1米/秒的风速时就能发电。

  研究人员还向记者揭秘了风机不停“摇头晃脑”的原因。这是风机独特的自动跟踪系统在自动跟踪最大风速的方向时造成的。城市中,高楼林立,风场复杂,湍流较多,普通风机由于不能很好地跟踪风向,因此在这种情况下发电量很不理想。

  目前,该产品已经开发了并网型和离网型两种规格,并已通过国内机电产品测试认证、欧盟CE认证和日本并网测试。

  另外,聚风型风机也可以向中型化发展,200千瓦聚风型风力发电机组正在研制之中,预计2011年上半年进入市场。

  “除聚风罩的原理来自日本九州大学以外,我们从机械、电气、控制硬件到软件整个系统都进行了创新和工程化设计。现在的产品是在中国的专利技术上做出来的,并在各个环节都达到了世界领先水平。因此我们对这个产品很有信心。”张兴说。

  “这方面的担心肯定是有的。”张兴坦承,“也有人跟我说过他们打算模仿。不过我们已经申请了专利,而且我们的产品会不断更新换代,不是那么容易模仿的。”

  张兴2006年回国,其主要目的之一就是为了在中国实现聚风型风力发电的产业化。

  据介绍,虽然聚风型风机的原理是日本首先提出的,但其在产品开发上并没有领先,在设计上存在的一些致命问题使得技术始终未达到较高水准。另一方面,高成本始终难以降低。

  而张兴正是看准了它的商业价值,回国后进行了创新,使得各部分的性能都超越普通风机产品。同时成本还大大降低,目前已低于国产同等功率的其他风机。

  “我们在中国重新设计了叶片,叶片是风机的关键部分。按照日本的国家标准,8公斤的叶片允许有80克的重量差别,我们可以做到8克以内,比标准高了一个量级。正是因为这个原因,普通风机需要调整的静平衡、动平衡,我们也不用了。在日本做并网测试的结果显示,我们的控制系统也比日本的标准高了一个量级。”张兴介绍道。

  在中国的产品面世之初,日本专家并不相信中国产品的性能能够超过日本。而时间最终证明,中国产品做到了性能更优、成本更低、更有竞争力,产品正在不断地出口到日本。

  在国内,除了海南,江苏、浙江、天津等新能源示范项目也对此表示了浓厚的兴趣。

  记者了解到,清华大学和江苏中航动力控制有限公司联合研制生产的聚风型风机目前在国际上并没有同类的竞争对手,属于“独门秘籍”。

  张兴说:“风能和太阳能具有很好的互补性,我一直看好风光互补的前景,目前我们正在尝试风、光、热联合利用。用于取暖的电能品质要求不高,发出的直流电可直接用于我国北方地区的家庭供暖。当然,这种小型风力发电机的其他用途还很多。”

  统计数据显示,中国只有24%的风能可以使用大风机,剩下的76%的风能资源都不能被大风机利用。

  中国工程院院士倪维斗曾在多个场合推荐过这种聚风型风机,他认为,风电发展“不应只看大的,而应大、中、小相结合,集中和分布式电网协同发展”。

  张兴表示,风能发展应因地制宜,大型和分布式相结合。他说:“现在国家已经开始重视中小型风电了。我国现在还有约400万家庭没有通电,拉输电线过去代价很大,包括偏远地区和一些海岛,分布式的小风机就能在这些地方发挥作用。”

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