风力提水与风力发电提水技术

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风力提水与风力发电提水技术 根据提水方式的不同， 现代风力提水机可分 为风力直接提水和风力发电提水 # 大类， 风力提 水机又可分为高扬程小流量型、 中扬程大流量型 和低扬程大流量型。 高扬程小流量型风力提水机组 （ $） 高扬程小流量型风力提水机组是由低速多 叶片立轴风力机与活塞水泵相匹配组成的。这类 机组的风轮直径一般都在 % & 以下， 扬程为 #’( 流量为 ’)!(! & + , ， 主要用于提取深井地 $’’ &，
./ 叶片
多叶片 %. 叶片 流线型三桨叶 流线型三桨叶 风帆式 爱斯匹罗 弧形变扭角 等弧形扭角 流线型三桨叶 流线型三桨叶 流线型三桨叶
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下水。这类提水机是通过曲柄连杆机构把风轮轴 的旋转运动变为活塞泵的往复直线运动进行提 水作业的。风轮的对风一般都是通过尾翼来自动 调整的， 并采用风轮偏置—— —尾翼挂接轴倾斜方 法进行自动调速。 （ 中扬程大流量型风力提水机组 #） 这是由高速桨叶匹配容积式水泵组成的提 水机组， 主要用来提取地下水。这类提水机组的 风 轮 直 径 一 般 为 !(- &， 扬 程 为 $’(#’ &， 流量 为 $!(#! & + ,。 这类风力提水机一般为现代流线
我国常用的风力提水机组及其性能表
水泵型式 拉杆泵 拉杆泵 双吸式拉杆泵 容积式叶片泵 容积式滚子泵 钢管水车 钢管水车 螺旋泵 螺旋泵 电动离心泵 电动离心泵 电动离心泵 扬 程（ ’） 流 量（ ’! ( ) ） 额定风速（ ’ ( *）
高扬程小流量型机组
+,-$ +,-/ +,-/ +3-42$ +5-4 +,-1 +67-4 +,7-4 +35-$ +,5-%" +,5-!2. +,5-/
#我国风力提水研究的起步水平低，应用历
史短， 经费投入少， 许多重大关键技术问题（ 如高 效风轮的设计、风机与水泵的高效匹配技术以及 水泵运动部件的耐久性问题等） 还未很好地解决。
$风 力 提 水 的 开 发 利 用 是 环 保 型 的 高 新 技
术产业， 政府应加以扶持并协助市场开发， 尽快 实现产业化， 以扭转我国可再生能源利用比例低 的现状， 遏制土地沙化退化、 环境恶化之势。现在 我国虽有一些激励性的导向政策，但还未具体 化， 应参照国外先进国家的有关政策， 制定具体 的减免税收、 财政补贴、 贴息贷款、 增加科技攻关 经费等政策措施。
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型桨叶， 效率较高， 性能先进， 适用性强， 但其造 价高于传统式风力机。 （ 低扬程大流量型风力提水机组 *）
收稿日期： #’’/4’-4$"
作者简介：刘惠敏（ ， 男， 高级工程师， 主要从事风能利用技术研究工作。 $"!"4 ）
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实 用 技 术
都在 !"# 左右， 提水用的电动机与通用水泵的效 率乘积约为 $"# ， 所以风力发电提水系统的整体 效率为 %"#&%$# ， 达到或超过了传统风力提水机 组的效率（ 。!安装、 维修方便。由于风 %"#左右） 力发电提水机组的电泵均为通用定型产品， 配件 易购， 维护修理及更换零件简单容易。目前风力 发电提水技术还处在推广示范阶段， 有些关键技
式， 无论过 去 、 现在， 还是将来， 风力提水在农业 灌溉和人畜饮水等方面都不失为一项简单、 可靠 的实用技术。随着科学技术的不断发展， 风力提 水与风力发电提水技术也必将得到不断的发展。 进一步扩大灌溉面积是粮食增产的重要突 破口。由于能源短缺和电网覆盖面有限等原因， 限制了灌溉面积的进一步扩大， 采用风力提水灌 溉是发展我国农牧业生产的一条重要途径。 需要改良的中低产田中， 涝洼地、 盐碱地占 较大的比例，这些土地的改良措施主要是排水。 位于内蒙古和宁夏地区的河套平原在黄河流域 中上游， 仅宁夏河套地区， 就有耕地 182$ 万 )’.， 其中有水浇地 !!2! 万 )’.， 农业用水主要依靠黄 河水。在大量引用黄河水满足农业灌溉的同时， 也造成了土地盐碱化， 土壤次生盐渍化是黄灌区 发展农业的主要障碍。在农作物生长期进行排水 来降低地下水位是解决河套灌区盐碱化的有效 方法。类似河套地区情况的还有黄淮海平原、 东 北的三江平原等地。这些我国重要的产粮基地， 目前普遍采用的是明沟竖井机电排水， 工程土石 方量大， 造价高， 同时还需架设大量的电网， 使用
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风力提水与风力发电提水存在的问题 自上世纪 0" 年代以来， 在科技工作者的不懈
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可再生能源
总第 !$! 期） $##.)% （
实 用 技 术
政补贴机制， 通过税收、 补助、 低息贷款、 财政补 贴、 加速折旧、 帮助开拓市场等一系列优惠政策来 推动风力提水技术产业的发展。 （ 强化产品开发的系列化、 标准化和通用化 $） 风力提水技术产业目前仍处在初级发展阶 段， 生产企业分散、 规模较小、 产品还没有真正形 成系列化。 由于缺少有力的宏观指导， 产品的标准 化与通用化也不够，使风力提水技术产业的发展 受到制约。 中央和各级政府应加强宏观指导， 促进 风力提水技术产品的标准化、 系列化和通用化， 以 满足社会不同用户对产品的不同需求。近期应完 善风力提水相关技术标准， 并检查标准执行情况。 （ 建立社会化的服务体系 %） 当前我国的风力提水产品普遍存在着设备完 好率低（ 例如， 内蒙古小型风力发电机的设备完好 率仅为 "#& ） ， 出力降幅大， 无故障运行时间短等 问题， 其中除有技术和质量问题外， 与维修服务滞 后有很大关系。 风力提水设备的用户存在面广、 点 多、 分散等特点， 因此服务体系的社会化就显得非 常必要。 随着风力提水技术的产业化发展， 有必要 建立起社会化的服务体系， 应借鉴抗旱服务队、 农 业推广站、 农机服务站等形式， 在加强技术培训的 同时，在有一定利用规模和有较好市场潜力的地 区建立技术服务站，以解除用户的维护修理难和 技术咨询难的后顾之忧。
中扬程大流量型机组 低扬程大流量型机组
风力发电提水型机组
"Leabharlann Baidu
风力提水与风力发电提水技术的市场需求 风力提水是风能开发利用的一种重要的方
成本高， 电费开支大。 这些地区绝大部分处在风能 可利用区，有相当大的一部分处在风能丰富区或 较丰富区， 如果采用风力排水， 不仅能取得较好的 经济效益， 还可解决机电井排水不匀等问题。 在畜牧业生产中，开展人工草场灌溉和发展 高产饲草料基地， 是克服草原畜牧业的脆弱性， 提 高抵御自然灾害的能力， 促进畜牧业稳产、 高产的 根本途径。世界上一些畜牧业发达国家， 都把饲草 料种植业作为草原畜牧业经济的坚强后盾。我国 牧区面积大， 人口稀少， 常规能源供应受到各种条 件制约， 满足不了畜牧业生产发展的需要， 存在着 成本高的问题。 占我国国土面积 4"#以上的区域， 风能资源和地下水资源的时空分布都非常适合于 开展风力提水灌溉。风力提水在节约能源和环境 保护方面， 更具有长远的经济效益与社会效益。 在沿海及内陆地区，风力提水主要应用在盐 场制盐、 水产养殖和农田排灌。 供电不足和电价太 高等问题，给风力提水技术应用创造了空前的发 展机遇。 随着经济的快速发展， 沿海地区对能源的 需求日益增加，风力提水与风力发电提水在这些 地区使用， 能够解决能源不足的问题。
可再生能源
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实 用 技 术
风力提水与风力发电提水技术
刘惠敏，吴永忠，刘
（ 中国水利水电科学研究院 摘
伟
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牧区水利科学研究所，内蒙古 呼和浩特
要：风力提水作为风能利用的主要方式之一， 在解决农牧业灌排、 边远地区的人畜饮水以及沿海养鱼、 制
盐等方面都不失为一种简单、 可靠、 有效的实用技术。开发和应用风力提水技术对于节省常规能源、 解决广大 农牧区的动力短缺、 改善我国的生态环境都有重要的现实意义。通过对风力提水和风力发电提水技术的特点 与应用现状的分析， 预测了风力提水的市场需求， 并对今后我国风力提水技术产业的发展提出了建议。 关键词：风力提水；风力发电提水；技术优势；市场需求 中图分类号： 23-" 文献标识码： 0 文章编号： $%.$4!#"# （ #’’! ） ’#4’’!"4’*
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这是由低速或中速风力机与链式水车或螺旋 泵相匹配组成的提水机组， 它可以提取河水、 湖水 或海水等地表水， 用于农田排灌和盐场制盐、 水产 养殖提水。 这类机组的扬程一般为 ’)!(* &， 流量 为 !’($’’ &* + , ， 机组的风轮直径为 !(. &， 风轮 轴动力是通过锥齿轮传递给水车或螺旋泵的， 一 般都采用自动迎风机构调节风轮对风方向，用侧 翼—配重调速机构进行自动调速。 （ 风力发电提水机组 /） 风力发电提水是近几年才出现的一种新的风 力提水方式，它有 # 种基本形式：一种为风力发 电!储能! 电泵提水；另一种是风力发电机在有 效风速范围内发电，由控制器来调节电泵的工作 状态， 直接驱动电泵提水。 后者较前者省去了蓄电 池和逆变系统， 减少了中间环节， 降低了提水系统 的费用， 可谓是真正意义上的风力发电提水。 风力发电提水和传统的风力直接提水相比具 有如下优点： 井 !适用范围广。用户可根据井深、 径和需水量的不同， 选择不同的常规电泵， 弥补了 传统风力提水机之不足。 虽 "能量转换效率较高。 然风力发电提水机多了一级能量转换，但由于风 力发电机的风轮采用的是现代流线型桨叶，它的 风能利用系数 01 值较高， 风力发电机的效率一般
努力下，我国风力提水技术的水平得到迅速提 高， 但这项高新技术尚未形成规模化生产， 存在 着如下问题。
!目 前 我 国 的 风 力 提 水 技 术 主 要 是 针 对 广
大的边远和无电地区，由于人们的环保意识较 差， 加之广大农牧区尚未致富， 购买力不强， 未形 成规模化市场。 特别是风力提水） 是直接经济 "风 能 利 用 （ 效益低， 生态效益与社会效益高的项目。该技术 产业尚处于起步阶段， 市场规模小， 企业参于成 果产业化的积极性不高， 不少可以进入工业化阶 段的机型， 不能投入生产， 只能储备起来， 无法形 成高新技术对产业结构调整和经济增长的支持。
环境问题是人们所关注的。风力提水与风力发电 提水技术作为可再生能源领域里的生力军，一定 会对我国农牧业经济的发展起到重要的促进作 用， 它对于开发新能源， 节约常规能源， 保护生态 环境也有重大的现实意义。大力发展风力提水技 术是我国实施可持续发展战略的重要举措。
表!
种 类 型 号 风车型式
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术还不完全过关，预计在不久的将来风力发电提 水技术将成为风力提水家族的新贵。 目前， 在我国工、 农、 牧业等各项生产活动中 运行的各类风力提水机约有 ! """ 余台，主要在 东南沿海用于养殖、 制盐， 在江苏、 宁夏、 河北和吉 林等地用于农田灌排，在三北地区用于提供人畜 饮水与人工草场的灌溉。
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风力提水与风力发电提水技术产业发展建议 虽然我国的风力提水技术产业具有广阔的
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结束语 可持续发展是当今世界发展的潮流，能源与
市场前景， 但毕竟现在还是一个幼稚产业， 虽然 有些技术已比较成熟， 但是有些还处在科研和示 范阶段。风力提水技术的开发和推广的步伐还比 较缓慢， 其根本原因是人们的能源和生态危机感 不强， 环境保护意识差。建议有关部门在风力提 水技术产业化方面应做好以下工作。 （ 建立适合我国国情的补贴机制 !） 从国外的经验看， 不论是发达国家还是发展 中国家， 可再生能源的开发利用都离不开政府的 支持。风力提水技术的应用大多在边远贫困地 区， 产品生产规模小， 成本相对较高， 虽然社会生 态效率显著， 但经济效益不高。自上世纪 "# 年代 以来， 内蒙古地区一直向购置小型风力发电机的 农牧民给予经济补贴， 极大地促进了该地区的风 电事业发展。中央及各级政府也应制定相关的财