一种低成本千瓦级风力发电机的经济效益分析

一种低成本千瓦级风力发电机的经济效益分析

作者：郑尔历

作者：浙江日昇科技有限公司技术开发部高级工程师郑尔历

作者简介：

郑尔历：高级机电工程师，原甘肃省风能技术开发公司副经理，原安西县科委副主任；

安西县能源办公室主任；安西县风能技术开发服务中心主任；现任浙江日昇科技有限公司技术开发部高级工程师。

在当前能源紧缺的环境下，风能利用是受国内外广泛重视的新能源项目之一，其最大的优点是在目前的多种新能源利用中相对制造成本价格是最低的，目前的成本大约是每瓦十元左右（按07年5月原材料价格计算）。

现在的流行方式是大型风力发电机组大规模并网发电已经成为投资开发的主要形式，然而投资巨大，动辄几十个亿、几百个亿的投入额度，令普通的中小投资者望而生畏。

那么中小投资者就没有希望插手“风能利用”了吗？答案是否定的！本人在积累20余年的风能利用经验的基础上开发了一种《低成本千瓦级风力发电机》就是专门针对中功率（几到几百千瓦功率范围）范围的风能利用的好项目，可以使投资几万到几百万的中、小投资者插手风能利用，并且可以快速的获得长久而稳定的优厚回报，下面进行简单介绍：通过我的创新的发明技术（详细的技术特点分析见《低成本风力发电机技术特点分析》一文，此处略）在保证质量的基础上，大幅度的降低了制造成本，制造成本是现有成本的1/4-1/5，所以这是一种广大用户包括农村的农民，都有可能买得起、用的起的较大功率的机型，在使用中也能够获得较大的实际收益。

这种低成本的风力机，能够解决农村的炊事、取暖、增氧、农产品加工和农村交通、农业动力问题，将能够极大的解决目前农村能源方面的一系列难题。

比如：在炊事、取暖方面可以利用电磁炉方式来做饭、烧开水，即不见明火又没有任何有害气体的产生，方式是利用蓄电瓶储存不稳定的风电（4只电瓶充满可以使用1周时间），通过逆变器(2-3千瓦正弦波逆变器)变成220V的稳定的交流电，使用普通的220V电磁炉即可，另外这种逆变器产生的电能可以输送到300-500米远，带5瓦节能灯2千瓦可带400个，3千瓦可带600个，完全可以满足一个中等村庄的全部照明。

取暖可以采用风力机直接带动“风锅炉”即“风能制热”方式提供大量的热源供冬季取暖使用，制冷也是直接的从输出轴输出动力，带动制冷机工作，在夏季为用户提供大量的冷源。

我们根据长期的观察，摸索出叶片的数量与风轮的转速（叶尖速度）是反比的关系，即风轮上叶片数量越多则转速越低，也就是周速比越低，所以叶片数量多的风力机并不能增大功率，反而使风能利用系数大大的降低，即浪费了材料又减低了效率，所以我们的这种单浆叶的形式是从多年的实际经验中摸索出来的，达到了即降低成本又提高了效率，实测“周速比”接近1：16，风能利用系数接近0.6，是目前的其它多浆叶风力机根本无法相比的，更有利的是单桨叶形式在进行静平衡和动平衡选配时，完全不考虑多叶片的配平衡问题，多桨叶机组的多个叶片，不但要求每只叶片的重量一样是平衡的，还要求重心平衡，更要求叶片在产生升力时的每只叶片的升力一致，否则在运行中必然产生震动、抖动，严重时能够使整个塔架晃动，所以不选配叶片要使风力机能够正常工作是不可能的，而在制造叶片时由于工艺关系，每只叶片不可能做到上述要求的完全一致，所以在制造、组装一台风力机时必须在多只叶片中进行选配，使3只叶片尽可能满足静平衡和动平衡的要求，这也是大型风力机制造成本居高不下的原因。

而我们的这种“单桨叶”形式完全不必考虑叶片的选配问题，无论是重一点，或者是轻一点的叶片都能够使用，只是在风轮的对应端的平衡阻尼器上减一点或者是增加一点配重而已，很容易就达到了“静平衡”“和”动平衡“的要求，使风轮能够平稳的转动，不但安全，寿命又长，也就是提高了效率又大幅度降低了制造成本和制造难度。

发电机下置的优点：综观现有的各种型号的风力发电机，一般都是将发电机安装在塔架的顶部，其实这种方式有许多弊病，

一是塔架的强度要求很高，成本很大；

二是发电机的维修保养在高空很困难；

三是必须采用防护功能特别好的发电机以对抗恶劣的自然气候，否则很容易出故障；

四是如果遇上超强风速造成塔架倒架时必然损失很大，无法短期内修复，而我们独创的“发电机下置方式”完全克服了上述传统机型的弊病，

比如：一是塔架的强度不需要设计很高，只要能够负荷一个主轴承和一个单浆叶风轮毂总成，即可满足需要，材料使用量少的多，强度也不需要做的太高，因此大幅度降低了成本；

二是发电机和其它被带动机械设备系统的维修、保养很容易，就在地面进行；

三是可以采用最便宜的农用发电机（或者是普通发电机），并不需要特别的防护型高档发电机，仅仅是采用农用发电机就能够减少很大的投入（这两种发电机的价格相差10倍以上）；

四是在抽水、制冰、鱼塘增氧、粉碎机械使用等转速要求不高的场合可以直接使用上述机械传动方式，直接由风力机拖动需要使用的机械，选择的原则是根据用户的使用需要配以不同的皮带轮组或者是动力轴方式，达到被拖动的机械正常工作而定，这样的方式就更是大幅度的降低了成本，这种方式比传统的使用风力发电机的成本低10倍以上。

五是即便遇上超强风（如台风）时刮倒塔架，也仅仅是损坏一个叶片的风轮毂和后桥总成（汽车后桥的强度是有目共睹的，往往损坏不大能够继续使用），尤其是50千瓦以上的大型发电机，在我们的这种风力机上使用时更能够体会到发电机下置的安全、方便和容易维修管理的特色。

总之，这种风力机是集中了作者的20 余年的风力机推广、使用、管理、维修的经验，参考现代大型风力发电机的特点和我国的风能资源很好的地区的农、牧、渔民的实际情况，在此基础上创新的新技术，大幅度的降低了成本，又提高了质量，可以使多种、多方面的用户使用风力机，从取之不尽、用之不竭的风能中产生巨大而良好的经济效益和环保、生态效益，普及、推广将具有巨大的经济效益和巨大的环保效益。

如果在海边也可以将海水制成冰块供应渔船使用，同时也进行了海水淡化（海水制冰时大部分淡水结成冰块，小部分变成高浓度盐水，略微干燥即成为海盐）。

我这种风力发电机由于功率较大（范围在5-600千瓦），所以直接投入市场也会产生较大的经济效益，方式概述如下：

1、当然最理想的方式就是“并入大电网”每度电上网电价在0.55-0.61元人民币左右，拿50千瓦（风大时可以达到120千瓦）机组来说，购买一台约15-20万元（08年6月份原材料价格计算，并网型），立起并网后，在正常状态下，每小时向电网输入50度电（风大时可以达到120千瓦），上网电价按0.5元计算就是25元，每天发电10小时就是250-600元，每年3650小时一年就是91250-219000元，而不再花费任何燃料费用，只要有风，就有源源不断的收入产生，风力发电机的设计使用寿命是20-30年（详细技术问题如寿命可看《一种低成本千瓦级风力发电机技术特点分析》一文），期间只是花费一些叶片和磨损件的更换，投入产出比在1：4－－1：6左右。

如果当地风能资源好，每天有15-20小时发电（如在甘肃省的瓜洲县每年有4948小时的