80年代風電產業政府間合作的歷史回顧
施鵬飛系中國可再生能源學會風能專業委員會原副理事長,長期從事風電產業發展方面的工作。
1965年畢業于北京機械學院機械系,1981年至1983年作為訪問學者出國留學,在荷蘭能源研究中心參加了300千瓦風力發電機組性能測試和10千瓦風力機組概念設計。
1984年至1995年,借調中國風能技術開發中心任對外聯絡部主任,負責執行國家科委的政府間風能合作項目,其間還承擔了聯合國亞太經社理事會地區風能工作組秘書處的工作。
他親身經歷了中國風能起步階段的許多政府間合作項目。
在上世紀八十年代,風電是世界能源界的一個新技術,而中國并沒有掌握這個技術。
當時,中國做大風電并網的技術沒有成功,完全沒有產業化。并網型風電機組在當時是沒有產業化的技術,只有一些處于科研實驗階段的項目。
但在國外,丹麥等歐洲國家風力發電已經有一定的規模,而且是比較成熟的商業化的機組,他們也愿意把和中國的合作作為一個科技合作的項目。
于是,因為技術和資金等方面的原因,政府間的合作項目便應運而生,也成為了我國風電產業發展起步的關鍵。
艱難起步
在政府間合作項目方面,從80年代開始由國家科委執行的主要有三個:福建平潭島合作項目、山東煙臺崆峒島合作項目和浙江大陳島合作項目。
平潭島的風電合作項目從1986年7月開始,10月投入運行。項目包括Windmaster公司4臺200KW的定槳距失速調節型風電機組,是由比利時政府贈送的。200KW的機組在當時是最大的,項目由福建省科委執行,選址就在平潭島。
為什么選在平潭島?
平潭島在當時已經有一個風力發電實驗站,曾有過一個咱們自己研制的55KW的實驗機組,它用的是直升機退役的葉片,運行時損壞。再加上平潭島的風也比較好,所以就選在了那里。
選址確定后,比利時就派安裝的專家過來指導。比較有意思的是,在當時,我們在平潭島沒有安裝200KW機組的大吊車。200KW的機組大概有40米高,葉片直徑可能是30米左右,一般塔高和葉片直徑是差不多的。但中國人有中國人的土辦法,咱們找來了當地的安裝隊。中間一根大桿子,你的風力機組的機艙有多高我的桿子就有多高,反正能把你吊上去。然后有四根繩子,四個絞盤機,在地上四個角上。也就是說,在當時,是人工吊裝或者是半機械式吊裝。
裝起來并沒有馬上運行,要等海底電纜,因為這是并網型的機組。安裝完是在8月份,真正并網是在10月份左右。
在這期間,國內的許多單位去參觀學習,中國政府承擔這些配套的資金,國外的資金像買設備、派專家或者中國專家到比利時去學習由外國政府來承擔。
其中,江西直升飛機研究所(602)所的孫如林,他是個工程師。當時給他一個名額,到比利時去培訓,大概有一年多,回來在保定的惠騰葉片廠當總工,那是中國最早的一個葉片廠。
在當時中國沒有錢的情況下,我們自己的資金去買設備規模不大可能,但是政府間就可以利用外國政府的贈款得到設備,就有一個實習的機會。
另外,合作項目也有人員培訓的項目,比買設備作用更大一些,因為你有了人就有了今后的發展。同樣,通過這些項目,外國也加強了和中國的聯系,他們想:“以后中國要想在風力發電上發展,肯定首先想到我。”
丹麥在這一點上最明顯,中國去丹麥的人非常多,丹麥政府當時也有一些援助的項目。丹麥本國是個很小的市場,他很依賴海外市場的開拓,海外市場的開拓你不能一上來就做買賣。得先打通關系,先贈送你一些設備,培訓人員。你的人熟悉后,我對你也熟悉了,互相建立這種聯系,對未來發展是有利的。
丹麥脫穎而出
中國最早引進的就是丹麥的風電機組。
1986年4月,航空部和山東省計委撥款建設我國第一個風電場,成功在山東榮成并網發電。選用的風機是當時比較成熟的丹麥的商品機型,3臺Vestas的55KW定槳距失速調節型機組,第一年運行發電33萬千瓦時,利用小時數為2000小時。
丹麥國土是一個半島,東西兩邊都有海,整個的風能資源都比較好。丹麥的土地私有,農民自己有地,不用征地,裝個風力發電機也不需要批。農民業余搞風力發電,自己焊個架子,葉片可能都是木頭的,發電機、齒輪箱和一些電氣設備湊起來也能發出電來。
丹麥就是這樣,一步一步,從小到大,大到后來就有了丹麥最著名的Vestas。Vestas最開始是搞農用車的,拖拉機屁股后面那個拖車。還有像Bonus,他們是做噴灌設備的,現在被西門子收購了。此外還有像NEG Micon、NordexBalke-DurrGmbh等十幾家公司,但是最后并的就只剩下Vestas這一家了。
為什么從80年代到90年代上半期,市場上基本上都是丹麥的技術,因為他的風機是失速調節型的。風力發電機要并網,發電機的頻率必須要和網的頻率接近,開始的路子像水電、火電都有一個調速器,但是風電卻不同,因為風時刻在變化著。
我們試圖用風輪變槳距的方法,就是隨著風大或風小改變風輪的空氣動力性能,從而改變后面的功率,但是怎么也調不過來。風輪有慣性、發電機也有慣性,風變大的時候,你想往下調,等你調下來后,風又變小了。
這個技術太復雜,一個是機構容易出毛病,第二怎么也趕不上,所以這種變槳距變轉速的技術當時就過不了關。
而丹麥有一種叫做定槳距,就是說葉片是固定的,不用電,沒有油缸、齒輪。而且他計算好了風大到一定程度后,葉片會失速。
領導到風電場考察有時會說,現在沒風怎么還轉呢?實際上是電網在驅動風輪轉呢。風大了,電網拖著電機阻止轉速增加,風輪的功率開始下降,空氣動力上講叫做失速,葉片的升力掉下來了。通過失速,就把電機的功率控制住,就是所謂的失速調節型。
所以大概從70年代中到90年代中,大概整整20年,市場上都是丹麥的這個技術。
后來利用電力電子的技術,開發出變速恒頻的技術,風輪的速度高了或低了,電機頻率也隨之變高或變低了,我通過變頻器保證和電網的頻率一致,在一定范圍內變轉速。后來變槳距的技術可靠性也提高了,所以就替代了失速型技術,也就是說它變成為了一個歷史階段。
為什么丹麥風電可以成為產業?
美國的技術能力比丹麥要強的多,而且動手也比丹麥早,政府投資也多的多,但是就是沒有搞出在市場上生存下來的機組。
美國是能源部出錢研制風力發電機組,小的機組美國能源部看不上,一開始就是兆瓦級的,美國認為自己實力強,不夠兆瓦的不夠分量。他們是這樣一種思維方式。
美國當時找的都是有實力的單位,最典型的是找的波音公司來做的,當然還有其他的公司,波音公司當時做的大概就已經是2.5兆瓦的機組了,一做就做了5臺。
但是他偏偏沒有想到,這5臺機子安裝運行沒多久主軸就發生裂紋了,連我們也覺得不可思議。按理說作為波音公司,對于這種疲勞強度什么的應該非常熟悉的,但是他應該是小看了風力發電這個技術。
風力發電表面看起來比飛機簡單的多,但是它在實際運行中的載荷要比飛機復雜的多。另外,他一開始就做大了,沒有一個從小到大、不斷地發現問題解決問題的過程。
國內也曾引進過美國的機組,美國提供的機組是Zond 500kW,安裝在廣東南澳、內蒙輝騰錫勒和遼寧仙人島,但技術不成熟,均未正常運行。
達坂商業化嘗試
1985年11月7日至12月23日,新疆維吾爾自治區與水利電力部組織了風力發電考察團,由自治區副主席黃寶璋帶隊,到法國、荷蘭、丹麥和英國進行風電發展情況的考察。考察團訪問了四國風力發電有關的政府部門、科研機構、制造企業和試驗場站等單位。
新疆在自治區人民政府和水電部的支持下,引進丹麥生產的20、30千瓦風電機組,在阿拉山口邊防連等地進行試驗。同時還購進了丹麥Wincon公司55千瓦獨立運行風電機組與100千瓦并網風電機組各一臺,建立了柴窩鋪湖風電實驗站。該站1986年5月開始建設,7月完成房建,10月完成風機基礎建設,12月25日機組安裝完畢。
同樣在1986年的7月,新疆水利水電研究所(水電)得知可以使用丹麥政府貸款建設風電場,于是立即展開工作。10月,中國外經貿部和丹麥外交部經濟開發署同意新疆達坂城風電場項目使用丹麥35年期無息貸款進行建設。到年底,兩國政府正式批準項目列入合作計劃,由丹麥政府提供160萬美元贈款與160萬美元無息貸款的設備援助,中方負責土建、并網等配套設施的建設,在達坂城建設風電場。
為適應丹麥政府贈款建設達坂城風電場項目的需要,水利廳在1988年4月成立了新疆風能公司。上半年,風能公司組織了達坂城項目的機組設備招標。有四家丹麥公司參與投標,最終由Bonus公司中標,共采購13臺150KW失速型風電機組和一臺75噸吊車。
這是中國第一個,我稱之為商業化的或是嚴格講半商業化運作的風電場。它是由我們自己投資運營的項目,而且連續運行20多年,示范意義非常大。
這個水利廳系統的風電場叫做達坂城風電一場,后來電力局系統開發的風場叫做風電二場。二場是買的人家的機組,大概是在1992年左右,單機容量已經到600KW。
這兩個場是不同部門開發的,武鋼留在風電一場,由他們后來從開發商走到制造商方向上去。所以金風的基因是開發商,他從開發商進入制造以后,就非常了解開發商對機組的要求和需求,不像其他純做設備的,在風電場的運行上經驗少。
金風進入制造領域不是從Bonus的150KW開始的,而是從德國Jacobs600KW機組開始,這種機型通過低息貸款方式引進的。Jacobs有一個好處,因為他公司小,我們在哪里改進改進,人家也不會太在意。如果和Vestas的話,人家不理你,根本不行。
因為這也是符合商業規律的,是競爭對手的關系而不是合作的關系。Jacobs公司在技術交流上非常方便,因為我把我技術運行上的東西告訴你了,比較容易溝通,沒有像競爭對手那樣的競爭關系。
所以他走的路子是局部替換部件,把國產的換上去,當時金風找的是重齒(重慶齒輪),因為是業主的原因,所以可以這么搞。這是他的一個優勢。這樣逐漸增加國產部件的比例,慢慢的發現問題,不斷地改進,就是這樣做的Jacobs的600KW的風機。
所以說金風最早的產品也是這個定槳距失速調節型的風機。后來是REpower的許可證生產的,和運達同時引進了REpower公司750KW的風機,作為1.5MW直驅之前是批量比較大的機型。許可證就是賣圖紙給你,自己去生產,怎么設計不告訴你,企業間技術轉讓的行為。
總的來說,對今后商業性影響大的肯定是達坂城項目,因為有第一批運行機組。運達通過大陳島的項目,后來把國內的200KW和250KW機組自己都研發出來,也能運行出來。這兩個對后來并網型風電機組的制造起到了很大的推動作用,起碼是讓中國人熟悉了這些技術,還通過這些設備把技術消化吸收。
責任編輯:仁德財
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