聚風型風機或成國外“山寨”對象
http://www.debgrams.com 2011-01-18 11:58 來源：《科學時報》
聚風型風力發電機采用了全新的概念，不僅在發電過程中沒有噪音，風能利用效率還大大提高，1臺能頂3臺普通同直徑葉片的風機。聚風型風機還能高效利用一般風機無法利用的低風速段風能，如5千瓦風機在風速達到2.5米/秒時就可以發電，1千瓦的小風機更是在1米/秒的風速時就能發電。
“除聚風罩的原理來自日本九州大學以外，我們從機械、電氣、控制硬件到軟件整個系統都進行了創新和工程化設計。現在的產品是在中國的專利技術上做出來的，并在各個環節都達到了世界領先水平。因此我們對這個產品很有信心。”——張興
“山寨”一詞在中國的流行可以說是國人對創新能力不足的阿Q式自嘲。“山寨”一詞有一種譯法是“made in China”。而在國內科技產品紛紛扛起“山寨”大旗的當下，清華大學等單位聯合研發的聚風型風力發電機卻異軍突起，或許它可以讓“made in China”首嘗“被山寨”滋味。
聚風型風力發電機的理論概念來源于日本。但隨后，日本并沒有研發出達到商用水平的產品，轉而從中國進口。
從中國進口的風機正是清華大學與江蘇中航動力控制有限公司聯合研制的聚風型風力發電機。
近日，記者從清華大學了解到，這套5千瓦的風機實現了100%國產化，目前已進行小批量生產，將在我國海南省風光互補等項目中進行批量試用，并已經出口歐美日等國家。
技術開發總負責人、清華大學航天航空學院教授張興在接受《科學時報》記者采訪時介紹道，這種聚風型風力發電機采用了全新的概念，不僅在發電過程中沒有噪音，風能利用效率還大大提高，“1臺能頂3臺普通同直徑葉片的風機”。
據記者了解，這套完全由我國自主研發的風機產品不僅引起了普通用戶的興趣，還引起歐美發達國家一些科研單位的注意，并向生產商發出訂單。
關鍵技術被國外壟斷一直是中國風能產業的軟肋，也是我國風電裝機容量高速增長的重要隱患。
我國風能技術如何實現國產化突破？聚風型風力發電機正在給出答案。
100%國產的性能之王
2010年12月底，《科學時報》記者登上清華大學建筑設計研究院的屋頂。當走近這臺輪轂高度僅有5米、葉片直徑為2.5米的風機時，雖然葉片正在冬日的大風中飛轉，并且距離僅有幾米，卻聽不到絲毫的噪音。同時，與普通風機不同的是，這臺風機正在大風中不斷自動跟蹤風向。
風能雖然是綠色能源，但風機同時也是噪音源，一般情況下噪音很大。在美國，噪音污染就成為大眾反對風電發展的最主要因素。在其他某些國家，也常常因噪音導致的反對聲使得一些風場停止運行。在主張發展分布式屋頂風電的歐洲，安靜更是一個必備條件。
聚風型風力發電機是由聚風罩和葉片及控制系統組成，同普通風機的根本區別在于葉片外圍多了一圈聚風罩，而正是這個聚風罩使得風機噪音大減，并使其發電量大大提高。
據張興介紹，聚風罩能夠打碎來自葉片端部的漩渦，從而消除噪音。
在歐洲，屋頂風機的研發較為活躍，各式各樣的屋頂風機層出不窮，但真正實現商業化的并不多。清華大學等單位聯合研發的這套聚風型風機也是屋頂風機的一種，額定功率5千瓦，聚風罩直徑3.4米，可安置在住宅樓或者寫字樓的屋頂。一臺5千瓦風機提供的電力基本能夠滿足一棟普通別墅的需求。在各種屋頂風機中，聚風型風機是目前為止效率最高的。
聚風罩的原理來源于日本九州大學，是2000年以后才有的新概念。根據這個原理研制的風機具有它特有的優越性。
張興舉例說，一次性紙杯去掉底就是一個聚風罩。聚風罩的作用在于加快風機葉片流道內的風速，由于發電量和風速的3次方成正比，在相同尺寸的風輪直徑下，聚風型風機可以將輸出功率提高好幾倍。聚風罩越長，發電量越大。
不過考慮到商用推廣，聚風罩的長度也不宜過長，目前的5千瓦風機便在結構緊湊的前提下實現了將風能利用效率提高到原來的3倍，即提高了200%。這對于連1個百分點都斤斤計較的能源領域來說，無疑是質的飛躍。而普通風機如果要實現相同功率，葉片直徑需達到6. 4米。
另外，聚風型風機還能高效利用一般風機無法利用的低風速段風能，如5千瓦風機在風速達到2.5米/秒時就可以發電，1千瓦的小風機更是在1米/秒的風速時就能發電。
研究人員還向記者揭秘了風機不停“搖頭晃腦”的原因。這是風機獨特的自動跟蹤系統在自動跟蹤最大風速的方向時造成的。城市中，高樓林立，風場復雜，湍流較多，普通風機由于不能很好地跟蹤風向，因此在這種情況下發電量很不理想。
目前，該產品已經開發了并網型和離網型兩種規格，并已通過國內機電產品測試認證、歐盟CE認證和日本并網測試。
另外，聚風型風機也可以向中型化發展，200千瓦聚風型風力發電機組正在研制之中，預計2011年上半年進入市場。
“除聚風罩的原理來自日本九州大學以外，我們從機械、電氣、控制硬件到軟件整個系統都進行了創新和工程化設計。現在的產品是在中國的專利技術上做出來的，并在各個環節都達到了世界領先水平。因此我們對這個產品很有信心。”張興說。
走出國門的“獨門秘籍”
性能好、概念新，國產的聚風型風機是否擔心被模仿？
“這方面的擔心肯定是有的。”張興坦承，“也有人跟我說過他們打算模仿。不過我們已經申請了專利，而且我們的產品會不斷更新換代，不是那么容易模仿的。”
張興2006年回國，其主要目的之一就是為了在中國實現聚風型風力發電的產業化。
據介紹，雖然聚風型風機的原理是日本首先提出的，但其在產品開發上并沒有領先，在設計上存在的一些致命問題使得技術始終未達到較高水準。另一方面，高成本始終難以降低。
而張興正是看準了它的商業價值，回國后進行了創新，使得各部分的性能都超越普通風機產品。同時成本還大大降低，目前已低于國產同等功率的其他風機。
“我們在中國重新設計了葉片，葉片是風機的關鍵部分。按照日本的國家標準，8公斤的葉片允許有80克的重量差別，我們可以做到8克以內，比標準高了一個量級。正是因為這個原因，普通風機需要調整的靜平衡、動平衡，我們也不用了。在日本做并網測試的結果顯示，我們的控制系統也比日本的標準高了一個量級。”張興介紹道。
在中國的產品面世之初，日本專家并不相信中國產品的性能能夠超過日本。而時間最終證明，中國產品做到了性能更優、成本更低、更有競爭力，產品正在不斷地出口到日本。
在國內，除了海南，江蘇、浙江、天津等新能源示范項目也對此表示了濃厚的興趣。
“最終我們希望形成整條國產化的產業鏈，促進整個產業的發展。”張興說。
記者了解到，清華大學和江蘇中航動力控制有限公司聯合研制生產的聚風型風機目前在國際上并沒有同類的競爭對手，屬于“獨門秘籍”。
今后，他們還計劃將這套系統往中型和大型方向發展。
但現在，由于我國的風電發展路線是以大型化為主，這套5千瓦的風機主要出口日本和歐美。
張興說：“風能和太陽能具有很好的互補性，我一直看好風光互補的前景，目前我們正在嘗試風、光、熱聯合利用。用于取暖的電能品質要求不高，發出的直流電可直接用于我國北方地區的家庭供暖。當然，這種小型風力發電機的其他用途還很多。”
統計數據顯示，中國只有24%的風能可以使用大風機，剩下的76%的風能資源都不能被大風機利用。
中國工程院院士倪維斗曾在多個場合推薦過這種聚風型風機，他認為，風電發展“不應只看大的，而應大、中、小相結合，集中和分布式電網協同發展”。
張興表示，風能發展應因地制宜，大型和分布式相結合。他說：“現在國家已經開始重視中小型風電了。我國現在還有約400萬家庭沒有通電，拉輸電線過去代價很大，包括偏遠地區和一些海島，分布式的小風機就能在這些地方發揮作用。”
編輯精選
