
中国工程院院士、上海交大电信学院教授 饶芳权(右一)
2008年4月8日
在2001年中国工程院组织了一批专家评选“20世纪我国重大工程技术成就”,结果评出了25项,其中两弹一星名列榜首,电气化排为第六,采煤工程位居25。在1999年美国国家工程院组织评选“20世纪最伟大的工程成就”,结果评出20项,电气化位居榜首。据阿姆斯特朗的说法,在20世纪,在改善我们地球居民的生活中起到最大作用的是名列榜首的电气化技术。20世纪假若没有电,就不可能取得20项最伟大的工程技术成就。
两种评选结果,见仁见智,各有自己的出发点,很难强求一致,我是更倾向于后一种观点。尤其看到今年春天南方雪灾的情况,局部自然灾害就影响了亿万人民的生活,使得国家最高领导人都要亲临煤运和抢修电路前线,使我更加坚信能源和电力工程的头等重要性。所以我认为江泽民同志的论文《对中国能源问题的思考》是抓到了我国建设和谐社会的根本。作者在大量最新准确数据基础上深入分析了世界能源基本状况和发展趋势,并且结合我国具体国情,从经济安全和国家安全、资源、生产、消费以及对环境和经济社会发展影响等多方面进行了充分论证,然后高屋建瓴,指明要走中国特色的新型能源发展道路,并提出“节约高效、多元发展、清洁环保、科技先行、国际合作”的20字方针可以作为我国今后在能源建设方面的指南,确保我国建设小康社会的持续发展。
江泽民同志的论文内容非常丰富,不仅提出了一系列政策性意见,而且对许多具体的技术问题上也提出了非常中肯的意见,值得我们在今后的工作中认真领会。下面结合风电,谈谈我的一点体会。
论文中“可再生能源”这一节中提出“风力资源丰富,利用技术也基本成熟,可以作为当前规模开发的一个重点,形成实际供应能力。”
我国也是风力资源丰富的国家,开发潜力巨大,风能必将成为未来能源结构中一个重要的组成部分。现有风能资源储量是根据全国900多个陆地上气象站离地10米高度资料进行估算的。经初步估算,全国陆地离地10米高度层上风能资源总储量约32.26亿千瓦,可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿千瓦。另外,近海可开发和利用的风能储量有7.5亿千瓦,共计约10亿千瓦。但由于风电资源丰富的地区除东南沿海一带之外,主要集中在西部和西北部地区,所以我国风电发展水平比国外有较大的差距。直到最近,随着我国广大地区电力短缺情况的突现,风力发电的呼声才逐渐高起来。
中国风电场建设规模逐步扩大。2004年全国内地新增风电机组250台,装机容量19.7万千瓦。与2003年新增装机容量9.8万千瓦相比,2004年新增装机增长率为101%。2004年全国内地共有43个风场,累计装机1292台,容量达到76.4万千瓦。与2003年累计装机容量56.7万千瓦相比,增长率为34.7%。
在政府制定《可再生能源法》的推动下,一系列鼓励发展风电的政策的出台,似乎一夜之间到处都传来兴建大风场的消息,大家都急着要做大风电这块蛋糕,一些过去专做大型发电设备的厂家也跃跃欲试。如何抓住这个好时机,采取正确的策略,加大科技投入,赶上国外的先进水平,用国产的高水平机组装备我国的广大风场,是值得我们深思的问题。
必须引起注意的是在我国,风电市场主要为外国厂家所占有,2004年总装机份额中,国外产品占82%,国内产品仅占18%。
我国自制的风电机组,大多是单机功率在600千瓦或以下,在某些厂家的努力下,也做出了一些1MW左右的机组,但这些也主要是通过引进、仿制的途径做出来的,自己的技术含量不高,虽然一些高校也对风电技术进行了研究并取得一些成果,但却未能在真机上得到应用。目前某些地方建设风电场实际是全面引进,连“以市场换技术”也做不到。如果这种情况不改变,发改委制定“打包招标”的办法如何能实现降低造价的目的呢?
我曾经和一些企业家探讨过风电机组的问题,感到有两个认识问题必须解决:
1、电站业主只强调自己早日发电早日得利,根本不考虑如何在电站建设过程中采取措施扶植国内企业,也不考虑投入运行后将来如何得到厂家的技术支持。
2、某些制造厂热衷于和外商合作合资,想买图纸来照图生产或委托外商设计,拿来就充作自己的自主创新,对自主创新自己进行研发不感兴趣,还把这种做法叫做“站在巨人的肩膀上”。
这两种现象如不能及时改变,我国风电建设能否健康发展就很使人担忧。
下面提出几点建议:
1、有实力的大企业要投入风电机组的研发
我认为我国的发电设备制造业已达到相当高的水平,风电机组虽然有自己的技术特点,但并不是高不可攀。国内有实力的制造厂只要认识了发展风电的重要性,下决心投入足够的力量,相信很快就能有所突破。希望不要沉醉于当前发电设备生意兴隆的状况。
2、要注意总结过去引进风电机组的经验
过去我们引进的风电机组大都是传统的风机经过齿轮箱驱动高速感应发电机(或双馈感应发电机),虽然这种型式有其优越性,例如可以选用标准的绕线式感应电机,机组的重量较轻,所需电力电子控制设备的功率较小,但其最大的缺点就是齿轮箱容易损坏,所以国外厂家已在寻求其他更合适的型式,但据悉目前国内继续大量引进的还是这种类型,希望能引起大家的警觉。
3、开拓思路,寻求最适合我国国情的风电机组方案
根据统计,世界上80%的风电机组都是齿轮增速型感应发电机组,我国引进或自制的绝大多数也是这种类型。这种机型除了齿轮箱易损坏外,还有噪声大效率低等缺点,所以国外在研制2MW或以上的机组时就考虑采用同步风电机组。
最近在国外很热门的风电机组方案是直驱永磁式,国内有些学者着眼于永磁式转子结构简单、没有励磁损耗,很赞赏这种方案。但必须看到,永磁式同步发电机还有不少缺点,除了磁钢加工和组装困难,成本较高外,在运行一段时间后有失磁的可能。尤其对转速只有20-30转/分的电机,每台就有200个左右磁极,这些磁极如何安装,怎么充磁,都有问题,而且永磁电机的定子和转子不能分离,对于极低速的大直径电机在运输方面也要采取特殊措施。
所以,采用电励磁同步发电机可能是更合理的方案。但是对于同步发电机,为了能安装励磁线圈,必须保证有一个合适的极距。对于20-30转/分的电机,同样功率时其转子直径将比永磁式的更大。
虽然在设计上是可能做到的,但由于单机功率只有2-5MW,电机的形状将非常扁平,在电机设计上显得很不合理。
为了解决上述问题,有可能采用两种变通办法,即,电机频率改为25赫兹,或采用低比速的增速齿轮箱。
以上方案,外国厂家都在进行探索,而且都做出了产品,但效果如何,只能经过长期运行考验才能判定。我们不能等待别人试成了再去引进,必须用我们自己的双手去进行探索。
4、加强产学研三结合,用稳健的步伐把国内科研成果应用到生产中去
近年来许多研究单位都在研究风电技术,有关部门也投入了相当的资金,也取得了相当的成果(可能其中也有重复的),但还是停留在实验室阶段。为了取信于电站用户,建议将各项成果分别做出样机,在得到用户支持的条件下,将国产样机局部性地替代引进设备,通过运行考验再提供国产整机。采取这样的步骤既不影响电站运行,又能使国产设备得到考验。
在论文“风电”一节中江泽民同志指出:在风电产业起步阶段,需要政策扶持和市场培育,对企业和科研单位技术创新进行支持,包括提高MW级以上风电机组总体设计能力,解决轴承、变流器和控制系统等关键部件设计制造难题。经过努力,建立起一个较为完备并具有国际竞争力的风电产业体系,使我国风电发展进入世界前列。
我们的祖先历史上在风能利用上能走在世界前列,如果我们能按照江泽民同志指出的方向去努力,在风电建设方面我们也能早日有个跨越式的发展,做出使世人瞩目的成就。