小型风力发电技术

一、小型风力发电

我国从20世纪80年代初开始把小型风力发电技术作为实现农村电气化的措施进行开发，主要研制、示范和应用小型风力发电机组，供农牧民和渔民一家一户使用。经过近30年的发展，5千瓦以下的小型风力发电机组技术已经成熟，形成了年产6万台的能力。现在我国小型风力发电机已拥有稳定的市场，每年销售上万台，而且每年有上千台出口国外。到2006年底，我国小型风力发电机拥有量达到30万台，居世界首位。在电网不能通达的偏远地区，约150万农牧渔民利用风能实现了家庭电气化，电灯和电视进人农家牧户渔船，生活质量明显提高。

我国现在可以生产100、200、300、500、800瓦的百瓦级小型风力发电机，1、2、5、7.5、10千瓦的千瓦级小型风力发电机。有的工厂还试制出了50千瓦的风力发电机。

目前国内销售量最大的是300瓦的小型风力发电机，其次是200、500瓦和1千瓦的小型风力发电机。5千瓦以上的风力发电机在国内销售量很少。

我国目前有30多个厂家从事小型风力发电机及其配件的生产、研发和销售工作。我国小型风力发电机产品主要服务于国内市场，部分质量、外观双优的产品已远销国外市场，我国已成为全球最大的小型风力发电机生产国。

(一)小型风力发电机的工作条件

我国陆地上拥有丰富的风力资源，在10米高度的风能总保有量是32亿千瓦，其中实际可开发的风能总量为2.53亿千瓦。从风能资源分布来看，我国陆地风能资源丰富区、较丰富区和可利用区分别占我国总面积的8％、18％和50％，为小型风力发电机组在我国的广泛应用提供了良好的条件。

1．小型风力发电机可以安全工作的风速小型风力发电机启动风速一般在3～4米／秒之间，国产小型风力发电机的额定风速通常在8～10米／秒之间；小型风力发电机的最大工作风速(或切出风速)为25米／秒左右。

小型风力发电机可以安全工作的风速范围是3～9级风，即风速在3～25米／秒之问都可以安全工作。

2．小型风力发电机适合应用地区凡是风力资源较好(年平均风速大于4米／秒，没有台风灾害)，电网不能到达或供电不足的牧区、农区、湖区、滩涂、边远哨所和公路道班都适合开展小型风力发电机的推广应用。

例如: 我国内蒙古草原牧区应用小型风力发电机非常普遍，切实解决了牧民的用电问题; 我国洪湖地区应用小型风力发电机也取得了良好的效果。

(二)小型风力发电机的结构

小型风力发电机一般由风轮、发电机、塔架、尾翼、控制器、逆变器、蓄电池组、电缆、调速系统和混凝土地基组成。

小型风力发电机能提供220伏交流电或24、36、48伏直流电。能够解决直流或交流照明问题: 给灯泡、节能灯供电; 可以为家用电器(如电视机、DVD、收音机、电风扇、洗衣机、小型电冰箱)提供电力; 也可以为通讯装置提供电源; 可以驱动小型电动工具(分别见表1、图1)。

（三）小型风力发电机效益分析

1.能源与经济效益以目前应用最多的300瓦小型风力发电机为例：在年平均风俗4.2米/秒的地区，每台300瓦风力发电机在保证全年处于正常工作状态下，每年可发电700千瓦时左右，平均每天用电1.8千瓦时。根据多年的实际使用情况，使用小型风力发电机的直接经济效益并不明显。300瓦风力发电机组用户平均每天的用电量为1.1千瓦时，每月的用电量为33千瓦时，一年的用电量电量才400千瓦时。每年节省的能源费用约300～500元，按应用一台300瓦风力发电机投资5000元计算，收回成本需要10～15 年的时间。但是用户所获得的间接经济效益却是因人而异，无法计算的。

2.环境效益风能是一种可再生、无污染的新能源，也称“绿色能源”，与用煤炭、石化发电相比，它没有温室气体二氧化碳(CO2)的排放，也没有二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)和烟尘的排放，不会给大气环境造成污染。农牧湖区应用小型风力发电系统和风光互补发电系统，对保护生态环境非常有利。

3.社会效益使用小型风力发电机的社会效益是非常显著的。第一，解决了缺电地区农牧渔民的照明用电问题，他们可以看电视、VCD，使用400瓦风光互补发电系统或500瓦风力发电机的家庭还可以用上冰箱、洗衣机，大大改善了他们的物质和文化生活，有效地促进了当地的精神文明建设。第二，缺电地区农牧渔民可以用来给手机充电，大大方便了他们与外界沟通与交流，有利于获取更多的市场和致富信息。第三，缺电地区农牧渔民孩子们的学习条件可以得到极大改善，和城里的孩子一样也能看电视、操作电脑，进行电化教学，教学质量不断提高，缩小了无电地区学校与城镇学校之间的差距。

(四)小型风光互补系统

小型风光互补供电系统是由小型风力发电机组、太阳能光伏电池组、蓄电池、控制――逆变器等组成(见图2)。根据不同地区的风能、太阳能资源及不同的用电需求，用户可配置不同的供电模式。小型风光互补供电系统的控制～逆变器上设置了风力机和太阳能光电板两个输入接口，风力发电机和太阳能光伏电池发出的电，通过充电控制器向蓄电池组充电，然后将从蓄电池出来的直流电通过逆变器转换为适合通用电器的220伏、80赫兹交流电。小型风光互补供电系统的优点是可以同时利用当地的风力资源和太阳能资源，起到多能互补的作用。

目前，小型风光互补供电系统中风电与光电的匹配比例一般为3:1左右。例如：300瓦的风力发电机可以配用l00瓦的光电板；500瓦的风力发电机可以配用150～200瓦的光电板；1千瓦的风力发电机可配用300～350瓦的光电板。洪湖地区32户渔民应用了400瓦的风光互补发电系统，供电更加充足，取得了成功的经验。