沿海抗台风型风力发电机组的现状与对策

    一、市场特点
    我国地处亚洲大陆东部，濒临太平洋，位于东南季风带，有3.2万公里海岸线（1.8万公里大陆海岸线和1.4万公里岛屿海岸线）岛屿面积为7.54万km2，近海滩涂面积1.27万km2，东南沿海、山东半岛、辽东半岛及海上岛屿是我国最大风能资源区。
    在该区域的海边—内陆之间存在一个风速急剧变化带，风功率密度线平行于海岸线，当海风吹向陆地时，影响所及可深入内陆约40公里；此外，受海、陆热容量差异的影响，冬季当空气到达海上时风速增大，加上海洋表面平滑，摩擦力小，一般风速要比大陆增大2～4 m/s。因此，这一区域年有效风功率密度均在200W / m2以上，大于6 m/s风速时间在3500小时以上。一些东南沿海岛屿可达到550W / m2以上，大于6 m/s风速时间在4000小时以上。山东、辽宁沿海及其岛屿年平均风速也可达到6～9m/s，年可利用小时数在3000小时左右。虽然我国三北地区的风能资源也很丰富，但其风电年可利用小时数一般只有2700小时，内蒙大于6 m/s风速时间在2200～2500小时左右。新疆等一些地方也只能达到3200小时。而在行业内一般认为当风电机组平均年利用小时数超过3000小时，就可以认为是优秀风电场。
    东南沿海经济比较发达，用电量大，而且几乎没有煤炭资源，依赖化石能源来解决能源需求的问题十分困难。因此，该地区具备发展风力发电的基本条件和强烈的开发欲望。
    上海在崇明、长兴、横沙三岛和南汇、奉贤沿海地区具有较丰富的风力资源。根据规划，将建设13处风电场，其中陆上8处，海上5处，总规划装机容量187万千瓦。
    浙江省拥有1840公里的海岸线，大小岛屿星罗棋布，大多数海岛年平均风速在6m/s以上，陆地上潜在的风电装机容量可达100万千瓦以上。
    江苏省有980公里的海岸线，根据江苏省2006～2020年发展规划，2010年陆地装机容量可达150万千瓦，滩涂装机容量达181万千瓦，到2020年沿陆地海装机容量将可达到300万千瓦，近海700万千瓦。
    海南省陆地风能资源总储量为828.38万千瓦，风能资源技术可开发量为123.45万千瓦，初步规划了13处风电场，装机容量为123.45万千瓦。按规划，2010年前开工建设4～6个风电场，总装机容量达到25万～30万千瓦；2015年前达到40万千瓦；2020年争取达到60万千瓦，这些风电场都分布在沿海地区。
    广东省有3368公里的海岸线，距海岸线1～3公里的海岸带内风能储量50米高度达1.157亿千瓦，这个储量相当于广东水电可开发量，并可以与风电资源大国德国媲美。近期可开发的装机容量在300万千瓦左右。
    福建沿海陆地上风能理论蕴藏量1000万千瓦以上，可供近、中期开发的陆地风场有17处，总装机容量156万千瓦，年发电量约43亿千瓦时。
    广西在2020年前风电装机容量至少也将达20万千瓦。山东省风能资源丰富区主要集中在海岛海域，半岛沿岸地带，规划到“十一五”末风电装机达到100万千瓦，到“十二五”末达到400万千瓦。全省可开发的风电厂达38座，总规划装机容量1098万千瓦。
    由此可知，沿海地区对风力发电设备有很大的需求，会逐步形成一个很大规模的市场。
    我国东南沿海在每年的夏季均会受到台风的袭击，每次台风登陆后沿海地区都有一次大风过程，随着全球气候变暖，台风强度也有逐年增强的趋势。强风加上来自台风中心剧烈的旋转增强，成倍增大的湍流强度和湍能会对机组产生极大的破坏力。根据广东省气候中心统计的资料，1949年到2006年，平均每年登陆的台风广东有3.64个，海南2.33个，台湾2.09个，福建1.57个，浙江0.66个，广西0.48个，山东0.28个，辽宁0.21个，江苏0.1个，上海0.09个。
    2003年的第13号台风“杜鹃”严重影响了我国南部地区风电场的正常工作，25台风力机中13台因受损而不能投入运营，主要损坏部件是叶片(10台风力机的叶片有通透性裂纹或被撕裂等)、风向仪(6台被吹毁或掉落)、尾翼(2台尾翼被吹掉、2台尾翼杆被吹断)、偏航系统(3台受损)； 2006年的“桑美”台风使浙江沿海风电场受到极大的损失，据称这次台风的局部瞬时最高风速达到81.1 m/s，浙江风电公司的苍南风电场共有28台机组，装机容量15.85MW（平均单机功率为566kW），其中20台机组都遭到不同程度的破坏，而桨叶受损最为严重，直接经济损失在7000万元左右。
    东南沿海土地资源稀缺，人口密集，风电场多数只能建在高山或滩涂上，这些风电场的交通运输条件均不会太好，沿海岛屿的条件则可能更差，起重安装设备难以进场，而在通常情况下，兆瓦级风电机组基础至少需要一个20×20m的施工平台和40×40m的吊装平台，所以在地势起伏较大的山地，只能发展中、小型风力发电，其单机额定功率多数是不超过1MW。近年来才有部份交通运输条件较好的风电场在沿海湿地或缓坡地安装了1.5MW或2MW的风力发电机组。
    综上所述，我国东南沿海及其岛屿风力资源丰富，市场需求强劲，但对机组也有一些特殊的要求，主要包括能抗台风，能适应盐雾和高温、高湿环境，体积和重量不能太大，在电网停电时可以利用自然风力随风偏航，或者在电网停电的情况下要能保证机组内的供电。而目前国内还没有那家企业的产品能全面地满足这些要求。
    二、竞争态势
    目前，中国风电整机制造企业已超过70家，仅华锐、金风科技、东汽、上汽四大领头企业的产能就达到1200万千瓦。再加上其他厂商，产能早已远远超过了市场需求。据中投顾问能源行业研究部的统计2009年1～8月份全国新增风电生产能力(正式投产)355.64万千瓦，风电设备市场的竞争已经进入了白热化阶段，以机组单位kW投标价为指标，已从2007年初的8500元降到现在的不足5000元，每年的下降幅度均超过10%。
    国内绝大多数的风电场对安全级别的要求都是III类，当前的主流机型是1.5MW和2MW，为了提高风能的利用水平，降低运营期内的度电成本，各风电场首选的都是经过验证的直驱式发电机组，并且要求1.5MW机组风轮直径在82m以上，2MW机组风轮直径在93 m以上，不符合上述条件的机组只能在非主流市场上去竞争，或者是大幅度地降低投标报价。沿海地区多数风电场年平均风速都不高，也属于III类风电场，但却要求能抗击强台风，用户选型要求的是III类加强型的风力发电机组。
    国内三大风力发电设备制造厂商华锐、金风、东方汽轮机主要的目标市场都在三北地区，最近，华锐、东方汽轮机、重庆海装等企业正在把战略重点转移到海上风力发电机组的研制，目前只有广东明阳、浙江运达、浙江华仪等企业在积极研制具有抗台风能力的风力发电机组，但真正拿出产品并安装使用的MW级机组只有广东明阳风电技术有限公司一家。
    2007年8月16日广东明阳在引进的1.5MW双馈风力发电机组的基础上研制出一种抗台风型机组，并命名为MY1.5S，声称这种1.5MW风力发电机组适合在中国东南沿海低平均风速，有台风危害的地区使用，该机组的风轮直径73m，（通常1.5MW机组风轮直径为70 m、77 m和82m三个档次）极限风速70m/s，安全等级为I级；机组于2007年9月28日在粤电湛江徐闻风电场安装使用，2008年9月24日第14号强台风“黑格比” 在广东省电白县陈村镇沿海登陆，中心最大阵风十七级，风速达到每秒65米。徐闻风电场正好位于“黑格比”强台风登陆中心地带，但所有机组都顺利通过此次罕见强台风侵袭。
    日本也是受台风影响很大的地区，每年的6～10月都会受到台风袭击，2003年“蝉鸣”(Maemi)台风过境日本、台湾省等地区，最大风速曾高达74.1m/s，令日本Miyako风电场引进的Vestas、Enercon、NEG-Micon共7台风力机全部严重受损。
   “蝉鸣”过后，三菱重工设计了新的偏航控制装置，采用了所谓的Smart-Yaw技术，就是在正常情况下风力发电机为上风向工作，而在遇到台风时，偏航系统自动将风轮转到下风方向，此后偏航系统采用自然偏航方式，这种方式可降低风轮上风方向的负载，使强风时的叶片负载降低25%，塔架负载降低30%，叶片和塔架的负载降低15%，使机组具有抵御强风的能力。当2004年7月和8月的Chaba和Songda台风直击Setocho、Ehime风电场，采用了Smart-Yaw技术的MWT-1000A风力机抵御了70m/s(测量值)的极限风速。
    我国的宁夏银星能源风电设备制造有限公司在2007年4月23日引进日本三菱重工MWT-1000A力发电机组制造许可，目前只生产了几台样机，还没有形成批量生产能力，但这种机型是进军沿海风电市场的一个潜在的竞争对手。不足之处是该机型功率只有1MW不是市场的主流机型。
    武汉国测诺德新能源有限公司在2006年与瑞典Delta wind 公司合作开发了DW56/1000S定桨距两叶片失速型1MW风力发电机组，并计划研制DW90/2300P和DW90/3000P两种可变桨距的2.3MW及3MW机组。这种两叶片机组非常适合沿海地区使用，与宁夏银星能源风电设备制造有限公司的产品一样，其单机功率偏小，而且是固定桨叶的。
    与三叶风轮相比，两叶片风轮的质量更轻，吊装和后期维护成本也明显下降。此外两叶片风轮的抗强风能力比三叶片机型强，这是因为两叶片风轮必须采用铰链式轮毂，这种轮毂是柔性轮毂，当台风有袭来时，与叶根部相联的结合部可发生弹性运动，从而使其受力大大减少。