中国风力发电设备制造业的风雨历程世界风力发电网信息中心——访清华大学王承煦教授世界风力发电网报道:就中国风力发电设备制造业的发展,记者专题采访了清华大学王承煦教授。

记者:改革开放 30周年,我国风力发电设备制造业取得了巨大成绩。

您认为 20世纪 80年代是我国风电设备制造业发展的第一个阶段,请您概述一下这个阶段的发展历程和特征。

王承煦:这个阶段是我国风力发电设备制造业探索发展的阶段,其特征是以设计、制造微小型离网式风力发电机为主; 同时, 也开始研制可以用于并网运行的中小型风力发电机。

微小型离网式风力发电机是指单机容量 50 W到 10 kW的风力发电机,其可以单机运行,供农村或牧区一家一户使用,也可以和光伏发电并联互补使用,即我们所谓的风光系统,其益处是可以少用蓄电池;容量达到 10~100 kW 的小型风力发电机还可以和柴油发电机并用,以达到节省柴油或解决柴油供应不足的问题,其主要应用于海岛。

十一届三中全会后, 通过对国外的考察, 领导层和科学技术界认识到风力发电确实可以作为一种有利用价值的发电方式,在电网覆盖不到的地区推广应用。

这样,我国微小型离网式风力发电机迎来了大发展。

我国组织高校、科研院所、设备制造厂联合攻关、自主设计、制造微小型离网式风力发电机。

同时,政府鼓励应用微小型离网式风力发电机, 特别是在内蒙古地区牧民购买一台就可以获得一定数额的补贴。

内蒙古地区陆续形成了几个能批量生产微小型风力发电机的制造厂。

这样从产品设计、试制到批量生产, 微小型离网式风力发电机在内蒙古地区很快就得以推广。

与此同时, 微小型离网式风力发电机也在全国其他地区发展,比如西北地区、华东地区等。

这样, 我国微小型离网式风力发电机就蓬勃发展起来了, 所制造的微小型离网式风力发电机逐渐由 200 W 、 300 W 、 1000 W 发展到 100 kW. 到目前为止,我国微小型离网式风力发电机在制造工艺和技术水平上都非常成熟, 可以实现年产约 5万台, 产量居世界第一,而且出口到日本、欧洲、东南亚等地。

微小型离网式风力发电机的大量发展为我国带来了明显的社会效益和经济效益:第一,可以直接改善偏远且不适合建立大型电网地区的居民生活条件;第二,随着微小型风力发电机设备技术的改进和配套设施的逐渐完善,例如永磁式发电机、整流逆变器、充放电控制器等,微小型离网式风力发电机设备制造厂创造了大量的就业岗位等。

1979年, 我国开始自主研发可以并网运行的试验型机组, 但仍然属于中小型, 包括水平轴和立轴两种风力发电机,比如容量为 20 kW、 40万 kW 、 50 kW、55 kW的水平轴风力发电机和 2 kW、 4 kW的立轴风力发电机。

当时有两条研制路线:一是国内自主研制,比如,当时我国组织试制出了容量为 20 kW、 40 kW、 50 kW、 100 kW的水平轴风力发电机。

其次是我国和国外联合开发制造,比如,和联邦德国联合研制出了 30kW 达里厄型水平轴风力发电机,这是我国在风力发电机研制方面第一个和国外合作的项目。

1986年, 我国从丹麦维斯塔公司引进了 3台 55 kW 变桨距风力发电机, 并在山东荣成建立了我国第一个小型风电场。

当时, 世界上存在两种风力发电机组, 即美洲国家开发的两叶片式风轮驱动的同步发电机,欧洲国家开发的三叶片式风轮驱动的异步发电机。

水电部从美国、丹麦等国家考察后,经过诸多讨论,决定研制三叶片变桨距风轮驱动的 200 kW异步发电机。

这台机组由水电部杭州机械设计所设计,福建若干单位配套制造。

这台样机从立项到方案讨论、设计、制造,到 1991生产出样机安装在福建省平潭风电场并网运行,并进行鉴定,共用时 8年。

这台机组除参考部分国外图纸外,完全是自主设计、制造,取得了不少经验。

但该台机组的控制系统未采用微机控制系统,而在当时世界上已普遍采用微机控制系统。

所以,一台风力发电机研制时间过长,技术就容易落后。

另外,虽然当时试制出了可以并网用的风力发电机,但并没有考虑到要大力发展风电场。

记者:您亲历了我国风力发电设备制造业的发展历史。

那么,请您回顾一下改革开放之前我国风电设备制造业的发展情况。

王承煦:20世纪 60年代,前苏联切断我国燃油供应和 20世纪 70年代两次石油危机使我国认识到发展风力发电等非化石二次能源的重要性, 同时, 我国无电地区对电力需求迫切,特别是风能资源丰富的无电或缺电牧区、海岛等适合发展风电。

回顾人类利用风能的历史, 我国是最早利用风能的国家之一, 如我国很早就利用风能提水灌溉。

新中国成立后,我国也曾在多个地区进行过风力发电试点工作。

1975年, 清华大学和内蒙古草原研究所合作, 在内蒙古商都地区选择当地牧机生产企业共同试制了 50 W 、 100 W 的离网式微型风力发电机,其他地区也有研制小型风力发电设备的。

这个阶段所生产的风力发电设备都属于小容量的,而且没有形成生产力。

记者:1991年 ~2000年,我国政策开始倾向于制造大中型风力发电机,并重视建设风力发电场。

请您分析该该第二阶段,我国风力发电设备制造业的发展情况及其进步。

王承煦:20世纪 90年代初,基于可持续发展和环境保护的要求,我国开始发展大中型风力发电机(容量为 100 kW~1000 kW 之间的为中型风电机组, 1000 kW 以上为大型风电机组。

1991年, 我国通过民间渠道的沟通方式, 实现了到德国考察风电设备制造业。

经考察后,我国决定购买德国单机容量为 250kW 失速异步型风电机组,这当时是我国引进的单机最大发电容量机组, 1992年, 几十台该机型风电机组被应用到东北、内蒙、海南三个地区, 我国风电场建设由此也获得了发展。

德国的举动引起丹麦维斯塔等国际风电设备制造公司对中国市场的关注, 它们开始通过各种方式陆续进入我国风电设备市场。

但由于我国是能源利用大国,且由于引进的风电机组价格昂贵,不可能完全依靠进口风电机组来建设发电厂, 必须要实现我国自主研制大中型风力发电机, 来解决我国风电场建设问题。

国家发改委制定出“九五乘风计划”,希望建立合资公司来解决我国风电设备落后问题。

基于此计划建立了两个合资公司:西安航空发动机公司与德国诺得克斯(NORDEDX 公司签订合资协议,生产 600 kW大型风力发电机组;中国一拖集团有限公司与西班牙国家电力公司美德 (MADE 再生能源公司成立“一拖一美德 (洛阳风电设备有限公司”, 生产 660 kW大型风力发电机组。

当时明确上述两个公司生产制造定桨距失速型风力发电机,容量选定在 600 kW 级。

虽然通过建立合资公司,成功制造出了容量为 600 kW 的风力发电机,但是由于国外风电设备技术发展很快,单机容量 750 kW、 900 kW甚至 MW 级风力发电机都已进入市场,致使所产风力发电机几乎没有批量生产进入市场的机会。

但也培养了一批风电设备制造人才。

同时期, 国家经贸委制定了“双加工程”和“国债风电项目”,以求实现 600 kW 失速型风电机组的国产化。

当时,在国外失速型风力发电机处于优势地位,但变桨距风力发电机也在发展,甚至还出现了无齿轮箱风电机组。

从 20世纪 90年代后期起,国际风电设备市场每隔 2~3年左右时间,技术就更新一次,且单机容量越来越大。

所以,一刀切的单一的机型认同不利于我国风电制造业的发展。

20世纪末, 新疆金风科技股份有限公司(以下简称金风科技和浙江运达风力发电工程有限公司(以下简称浙江运达通过引进德国 500 kW失速风力发电机,自主研制出 600 kW失速型风力发电机。

科技部在“九五”风力发电重点攻关项目中大力支持了金风科技、浙江运达 600kW 失速型风力发电机的完善化和产业化生产项目。

记者:进入二十一世纪,特别是《可再生能源法》的颁布实施,使我国风电设备制造业驶入了快车道。

请您简析此阶段我国风电设备制造业的发展状况。

王承煦:进入二十一世纪之后, 在科学发展观的指导下以及“十一五”节能减排目标的制定, 尤其是可再生能源法的推出和国家发改委颁布了风电场特许权政策, 促进了我国风电事业大发展,由此,风电设备制造业也进入了快速发展期,大量国有企业、民营企业都开始进入该领域。

据不完全统计,目前国内进入风电整机制造市场的企业已达到 40多家。

2001年, 科技部将研制兆瓦级以上双馈型风力发电机和失速型风力发电机列入国家 863计划,并将此任务交予金风科技、浙江运达、国电龙源电力集团公司和沈阳工业大学等, 此后金风科技公司提出将研制 MW 级失速型风力发电机转为研制MW 级直驱型 (无齿轮传动永磁低速风力发电机,此举得到科技部大力支持。

在该计划下, 2005年,金风科技试制出我国第一台 MW 级风力发电机 --1.2 MW 直驱永磁风力发电机, 2005年,沈阳工业大学自主研制出 1 MW双馈风力发电机。

在这个阶段,国家规定风电项目设备国产化率要达到 70%以上,这给国内装备企业提供了巨大发展和市场空间。

许多国内企业通过购买许可证方式, 希望尽快实现能够制造兆瓦级以上风力发电机。

华锐风电科技有限公司(以下简称华锐风电、东方汽轮机厂等通过购买德国富兰德(Fuhrlander 公司和 Repower 公司的许可证生产1.5 MW变浆变速双馈风力发电机。

上海电气集团和北京北重汽轮电机有限责任公司购进英国 EU 公司(原德国 Dewind 公司 1.25 MW 和 2.0 MW 风电机组的生产许可证分别试制出 1.25 MW 和 2.0 MW变浆变速双馈风力发电机。

湖南南车集团与湘电集团有限公司分别从奥地利 Windtec 公司及日本原宏产公司取得 1.65MW 变浆变速双馈风电机组及 2.0 MW 直驱永磁风电机组生产许可证。

此外还有一种合作模式,即通过联合设计来制造 2.0 MW级风力发电机, 比如德国 Aerodyn 公司分别与上海电气集团和中国船舶重工集团公司联合设计制造 2.0 MW 级变浆变速双馈型风力发电机;金风科技与德国 Vensys 公司联合设计研制出 1.5 MW级直驱型风力发电机,并安装于北京官厅。

此外,浙江运达通过自主研发试制出 1.5 MW变浆变速双馈风力发电机。

目前,金风科技、华锐风电、东方汽轮机厂等具备了较强的技术开发能力, 同时在市场占有、关键零部件供应链方面也已具备了较强的竞争优势。

在风电零配件制造领域,国内企业在关键零部件的配套方面已经具备了一定的实力。

叶片方面:目前国内企业对风电机组中叶片的研制技术已经基本掌握,能批量生产 1.5 MW 以下各系列化叶片。

具有代表性的企业有中航惠腾风电设备有限公司、连云港中复连众复合材料集团有限公司、上海玻璃钢研究院等。