编者语:中国发展风电的脚步正在迈向拥有百分之七十风能资源的大海。中外海上风电界人士今日聚会上海,出席中国首次以海上风电为主题的国际会议“二○○九中国国际海上风电和传输大会”,本次中外“头脑风暴”将为发展中国海上风电推波助澜。

2009中国国际海上风电和传输大会嘉宾发言
尽管去年出现了金融危机,但风力发电的建设在中国却仍然如火如荼,一片红红火火,呈现出前所未有的繁荣景象。无论投资者,决策者,还是经营者心中都隐含着不小的担忧,国产风电行业缺乏自主知识产权和核心技术,投资高、收益低、风险高、可靠性低、有效运行时间不长、电能质量不稳定影响并网及长距离传输困难等因素,制约了风电建设的发展。问题的严重性还不仅仅如此,国外对我们进行封锁,而我们非常崇拜的技术真就那么先进完善吗?现我们就引进国外技术生产建设的国内风电现状进行简单的探讨。
一、现行风力发电系统存在的主要问题
1、系统整体效率低
传统风电场整体发电运行效率低,输出功率的有效时间每年只有2000多小时,不到全年8760小时的30%,即便在这么短的有效时间里,真正能满发功率的时候也不到10%,其余时间里发电机的效率大部分在35%左右。据有关部门对现行风电场调查统计总结出的概率如图1。
目前国内引进的机型主要为双馈和永磁直驱。双馈齿轮箱就吃掉10%,转速范围窄,在低于额定转速1/5时就不能并网发电,小风不能发电,甚至于反过来靠电网拖着转,齿轮箱在冬天还要靠电加热。
永磁直驱的传动效率比双馈有所提高但仍存在起动阻力矩较大,不能真正做到微风发电,控制和调节过程中仍可能出现倒拖的问题,所以现行的风电系统整体效率极低。

图1、某风电场输出功率的概率分布图
2、无功消耗大、系统稳定性差
目前的主要方式是,大功率并网性机组,不管是双馈或直驱,采用690伏电压,每台机组带一套变流器,后面再挂一个箱式变压器。发电功率很小或不发电时,变流器、变压器常年挂网运行,使整个风电场需要实时补偿大量无功能量。由于风力的不稳定特性,使风力发电机会频繁的投入和退出,风力发电场的输电网是一个有限的小电网,某一机组的进退都会严重影响电压的波动,而电网却又不允许电压出现较大的波动,于是只有加大变流器的无功补偿和电压稳定能力,这无疑加大了变流器的的成本和有功的消耗。就是这样还仍然满足不了并网的无功需要,所以各风电场毫无例外地还要配备高压动态无功补偿装置。所以现行的这种风力发电网是低效、脆弱、极不可靠的系统。
3、输电损耗大、海上远距离交流传输更困难
单机功率越来越大,传输距离越来越远,传输的损耗更为显著。海上风力发电并网后向的陆地远距离交流输电过程中存在因输电电缆内部的屏蔽层和电线之间的电容效应,通过导体和电缆屏蔽层的电流大大增加,使线损及无功损耗非常大,无法实现远距离高压交流输送电能。另外,由于变化的风力负载导致传输线上的电压波动,直接影响就近的电力用户。中国风能资源的70%在近海,离陆地愈远,风能愈好。而海上风力发电机的发电时间可比陆地发电时间增加1000至2000小时。所以海上风电的高效传输是决定海上风电发展的重大关键技术。
4、成本高昂、系统复杂、维护困难、可靠性差
每台风力发电机都要配一套四象限的变流器,其控制要求很高,如果再配上容易损坏的效率不高的升速箱,价格不菲,而一旦出现故障,众所周知,将付出很高的费用。实际上我们还是用常规传统的电网观念来建设现代风力发电网。风力发电分布范围广,大多在交通不便的地方,而海上风力发电维护费用就更高,这就必然要求风力发电系统应该简单可靠、免维护、高效率、低成本。