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中国政府为了推动并网风电的商业化发展,2003年9月国家发改委明确提出我国风电发展的规划目标:2005年全国风电装机容量达到100万千瓦,2010年全国风电装机容量达到400万千瓦,2015年全国风电装机容量达到1000万千瓦,2020年全国风电装机容量达到2000万千瓦,占全国总装机容量的2%左右。这就意味着在今后5年时间内,每年平均装机容量需达到近60万千瓦,2010到2015年,需达到近120万千瓦,2015到2020年,需达到近200万千瓦。可以预计,中国即将成为世界风电发展最令人瞩目的国家之一。
中国风力发电产业的发展实际是从小型风力发电机组开始,并由小及大的。我国小型风力发电的技术比较成熟,能够自行研发容量从100W到10kW的风力发电机组,累计保有量已经居于世界第一位。离网型风电经过20多年的发展,为农村电气化做出巨大贡献。主要产品品种有100W、150W、200W、300W、500W、600W、1kW、2kW、5kW、10kW风电机组等。同时,中国企业通过合资、合作等形式引进了国外公司的离网型风电机组技术。如内蒙华德新技术公司与德国WENUS公司合作,生产出5kW风电机组,并成功地在新疆、内蒙古、广东等地安装了20多台(套),该机组或风力/柴油/蓄电池独立供电系统、风力提水系统及电视差转台风力供电系统,很好地解决了当地人民群众的生活和生产用电。内蒙古天力风力机械厂引进法国AEROWATT公司的一个系列7个品种的风力发电机组,其中51kW机组全部国产化。内蒙古商都牧机厂与瑞典斯维阿勃(SVIAB)公司合作生产了SVLAB065—24型风力发电机组。湖南湘潭电机厂和美国BERGEY公司成立了合资公司,生产600W、1kW风电机组。
1.1.3 技术分析
哈工大是一所国家重点知名学府,已有近百年历史。她拥有机电工程、能源动力、空间飞行器、电机控制等相关学科的研究条件和理论基础,完全有能力和有条件研制出大功率垂直轴风力发电机组。本课题组经过前期的深入研究,已确定了活动叶垂直轴风力发电机的设计方案,通过理论分析、计算机仿真和模拟实验验证等工作,取得了风机研发的关键技术和重要数据,本研究的活动叶式垂直轴风力发电机具有很好的可行性。
产品风车叶片采用垂直轴半活动半固定升阻复合型的风力发电结构,实现风力机在启动过程中或低风速时,以阻力型机制运转,当风速较大或者风轮转速升高到一定值时,以升力型机制运转。对于每个叶片,在旋转到不同相位时,具有不同的运行机制,在迎风边,活动叶片依次处于闭合-打开-闭合状态,因而叶片的运行机制也相应地呈升力-阻力-升力的周期性变化,在阻风边,活动叶片则一直处于闭合状态,此时主要以升力型和减小风阻为主要特征;风车同时采用H型垂直轴风车结构, 在迎风面充分利用阻力和升力复合做功,可以最大限度的捕获风能、在图1的背风面从3到5的位置之间,还可利用叶片的阻力做功,也可有效利用风能,而在5到7位置之间,叶片的顺风摆动,可最大限度地减小风阻,使风能利用率大大增加;采用独特的顺桨卸荷机构,使风机具有优良的抗强风和抗台风的能力,特别是该机构在风速减弱时,叶片具有自动恢复工作位置的功能,使其发电效率更高,更易于维护;项目产品与水平轴风力机相比,风能利用率提高5%以上,可达45%。本项目采用升阻复合结构,风速4-4.5m/s即可以启动,风速适应范围广,可以实现兆瓦级的大功率设计目标。
1.1.4 项目建设的有利条件及必要性
(1)政策条件
哥本哈根世界气候大会确定了减少碳排放、实现节能减排的战略方针,中国政府也郑重承了中国的减排目标。发展新能源是要实现这一目标的重要措施。a、国家计委关于建设项目评价的规定、要求。b、国家关于节能减排项目的产业政策。
(2)相关技术优势
不仅具有启动风速低(4--4.5m/s可以启动)、风能利用率高(可望达到或超过45%)、可靠性高、风速适应范围广、噪音低等特性,而且可以实现兆瓦级的大功率设计目标,既可在风速较低的城镇地区使用,也可在风速较高的旷野、高山和沿海使用,具有非常广阔的开发和应用前景,将产生巨大的经济效益和社会效益。目前已申请2项专利。
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