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一種低成本千瓦級風(fēng)力發(fā)電機的經(jīng)濟效益分析

2011/4/20 13:27:51

在當(dāng)前能源緊缺的環(huán)境下，風(fēng)能利用是受國內(nèi)外廣泛重視的新能源項目之一，其最大的優(yōu)點是在目前的多種新能源利用中相對制造成本價格是最低的，目前的成本大約是每瓦十元左右（按07年5月原材料價格計算）。

現(xiàn)在的流行方式是大型風(fēng)力發(fā)電機組大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)成為投資開發(fā)的主要形式，然而投資巨大，動輒幾十個億、幾百個億的投入額度，令普通的中小投資者望而生畏。

那么中小投資者就沒有希望插手“風(fēng)能利用”了嗎？答案是否定的！本人在積累20余年的風(fēng)能利用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種《低成本千瓦級風(fēng)力發(fā)電機》就是專門針對中功率（幾到幾百千瓦功率范圍）范圍的風(fēng)能利用的好項目，可以使投資幾萬到幾百萬的中、小投資者插手風(fēng)能利用，并且可以快速的獲得長久而穩(wěn)定的優(yōu)厚回報，下面進行簡單介紹：

通過我的創(chuàng)新的發(fā)明技術(shù)（詳細的技術(shù)特點分析見《低成本風(fēng)力發(fā)電機技術(shù)特點分析》一文，此處略）在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上，大幅度的降低了制造成本，制造成本是現(xiàn)有成本的1/4-1/5，所以這是一種廣大用戶包括農(nóng)村的農(nóng)民，都有可能買得起、用的起的較大功率的機型，在使用中也能夠獲得較大的實際收益。

這種低成本的風(fēng)力機，能夠解決農(nóng)村的炊事、取暖、增氧、農(nóng)產(chǎn)品加工和農(nóng)村交通、農(nóng)業(yè)動力問題，將能夠極大的解決目前農(nóng)村能源方面的一系列難題。

比如：在炊事、取暖方面可以利用電磁爐方式來做飯、燒開水，即不見明火又沒有任何有害氣體的產(chǎn)生，方式是利用蓄電瓶儲存不穩(wěn)定的風(fēng)電（4只電瓶充滿可以使用1周時間），通過逆變器(2-3千瓦正弦波逆變器)變成220V的穩(wěn)定的交流電，使用普通的220V電磁爐即可，另外這種逆變器產(chǎn)生的電能可以輸送到300-500米遠，帶5瓦節(jié)能燈2千瓦可帶400個，3千瓦可帶600個，完全可以滿足一個中等村莊的全部照明。

取暖可以采用風(fēng)力機直接帶動“風(fēng)鍋爐”即“風(fēng)能制熱”方式提供大量的熱源供冬季取暖使用，制冷也是直接的從輸出軸輸出動力，帶動制冷機工作，在夏季為用戶提供大量的冷源。

我們根據(jù)長期的觀察，摸索出葉片的數(shù)量與風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速（葉尖速度）是反比的關(guān)系，即風(fēng)輪上葉片數(shù)量越多則轉(zhuǎn)速越低，也就是周速比越低，所以葉片數(shù)量多的風(fēng)力機并不能增大功率，反而使風(fēng)能利用系數(shù)大大的降低，即浪費了材料又減低了效率，所以我們的這種單漿葉的形式是從多年的實際經(jīng)驗中摸索出來的，達到了即降低成本又提高了效率，實測“周速比”接近1：16，風(fēng)能利用系數(shù)接近0.6，是目前的其它多漿葉風(fēng)力機根本無法相比的，更有利的是單槳葉形式在進行靜平衡和動平衡選配時，完全不考慮多葉片的配平衡問題，多槳葉機組的多個葉片，不但要求每只葉片的重量一樣是平衡的，還要求重心平衡，更要求葉片在產(chǎn)生升力時的每只葉片的升力一致，否則在運行中必然產(chǎn)生震動、抖動，嚴重時能夠使整個塔架晃動，所以不選配葉片要使風(fēng)力機能夠正常工作是不可能的，而在制造葉片時由于工藝關(guān)系，每只葉片不可能做到上述要求的完全一致，所以在制造、組裝一臺風(fēng)力機時必須在多只葉片中進行選配，使3只葉片盡可能滿足靜平衡和動平衡的要求，這也是大型風(fēng)力機制造成本居高不下的原因。

而我們的這種“單槳葉”形式完全不必考慮葉片的選配問題，無論是重一點，或者是輕一點的葉片都能夠使用，只是在風(fēng)輪的對應(yīng)端的平衡阻尼器上減一點或者是增加一點配重而已，很容易就達到了“靜平衡”“和”動平衡“的要求，使風(fēng)輪能夠平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動，不但安全，壽命又長，也就是提高了效率又大幅度降低了制造成本和制造難度。

(D)；發(fā)電機下置的優(yōu)點：綜觀現(xiàn)有的各種型號的風(fēng)力發(fā)電機，一般都是將發(fā)電機安裝在塔架的頂部，其實這種方式有許多弊病，一是塔架的強度要求很高，成本很大；二是發(fā)電機的維修保養(yǎng)在高空很困難；三是必須采用防護功能特別好的發(fā)電機以對抗惡劣的自然氣候，否則很容易出故障；四是如果遇上超強風(fēng)速造成塔架倒架時必然損失很大，無法短期內(nèi)修復(fù)，而我們獨創(chuàng)的“發(fā)電機下置方式”完全克服了上述傳統(tǒng)機型的弊病，比如：

一是塔架的強度不需要設(shè)計很高，只要能夠負荷一個主軸承和一個單漿葉風(fēng)輪轂總成，即可滿足需要，材料使用量少的多，強度也不需要做的太高，因此大幅度降低了成本；

二是發(fā)電機和其它被帶動機械設(shè)備系統(tǒng)的維修、保養(yǎng)很容易，就在地面進行；

三是可以采用最便宜的農(nóng)用發(fā)電機（或者是普通發(fā)電機），并不需要特別的防護型高檔發(fā)電機，僅僅是采用農(nóng)用發(fā)電機就能夠減少很大的投入（這兩種發(fā)電機的價格相差10倍以上）；

四是在抽水、制冰、魚塘增氧、粉碎機械使用等轉(zhuǎn)速要求不高的場合可以直接使用上述機械傳動方式，直接由風(fēng)力機拖動需要使用的機械，選擇的原則是根據(jù)用戶的使用需要配以不同的皮帶輪組或者是動力軸方式，達到被拖動的機械正常工作而定，這樣的方式就更是大幅度的降低了成本，這種方式比傳統(tǒng)的使用風(fēng)力發(fā)電機的成本低10倍以上。

五是即便遇上超強風(fēng)（如臺風(fēng)）時刮倒塔架，也僅僅是損壞一個葉片的風(fēng)輪轂和后橋總成（汽車后橋的強度是有目共睹的，往往損壞不大能夠繼續(xù)使用），尤其是50千瓦以上的大型發(fā)電機，在我們的這種風(fēng)力機上使用時更能夠體會到發(fā)電機下置的安全、方便和容易維修管理的特色。

總之，這種風(fēng)力機是集中了作者的20余年的風(fēng)力機推廣、使用、管理、維修的經(jīng)驗，參考現(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電機的特點和我國的風(fēng)能資源很好的地區(qū)的農(nóng)、牧、漁民的實際情況，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新的新技術(shù)，大幅度的降低了成本，又提高了質(zhì)量，可以使多種、多方面的用戶使用風(fēng)力機，從取之不盡、用之不竭的風(fēng)能中產(chǎn)生巨大而良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保、生態(tài)效益，普及、推廣將具有巨大的經(jīng)濟效益和巨大的環(huán)保效益。

作者：浙江日昇科技有限公司技術(shù)開發(fā)部高級工程師鄭爾歷

作者簡介：

鄭爾歷：高級機電工程師，原甘肅省風(fēng)能技術(shù)開發(fā)公司副經(jīng)理，原安西縣科委副主任；安西縣能源辦公室主任；安西縣風(fēng)能技術(shù)開發(fā)服務(wù)中心主任；現(xiàn)任浙江日昇科技有限公司技術(shù)開發(fā)部高級工程師。

如果在海邊也可以將海水制成冰塊供應(yīng)漁船使用，同時也進行了海水淡化（海水制冰時大部分淡水結(jié)成冰塊，小部分變成高濃度鹽水，略微干燥即成為海鹽）。

我這種風(fēng)力發(fā)電機由于功率較大（范圍在5-600千瓦），所以直接投入市場也會產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益，方式概述如下：

1、當(dāng)然最理想的方式就是“并入大電網(wǎng)”每度電上網(wǎng)電價在0.55-0.61元人民幣左右，拿50千瓦（風(fēng)大時可以達到120千瓦）機組來說，購買一臺約15-20萬元（08年6月份原材料價格計算，并網(wǎng)型），立起并網(wǎng)后，在正常狀態(tài)下，每小時向電網(wǎng)輸入50度電（風(fēng)大時可以達到120千瓦），上網(wǎng)電價按0.5元計算就是25元，每天發(fā)電10小時就是250-600元，每年3650小時一年就是91250-219000元，而不再花費任何燃料費用，只要有風(fēng)，就有源源不斷的收入產(chǎn)生，風(fēng)力發(fā)電機的設(shè)計使用壽命是20-30年（詳細技術(shù)問題如壽命可看《一種低成本千瓦級風(fēng)力發(fā)電機技術(shù)特點分析》一文），期間只是花費一些葉片和磨損件的更換，投入產(chǎn)出比在1：4－－1：6左右。

如果當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源好，每天有15-20小時發(fā)電（如在甘肅省的瓜洲縣每年有4948小時的有效風(fēng)能利用時間，在山東省的青島市每年有7115小時的有效利用時間），那么1年就能夠收回成本甚至更短時間，投入產(chǎn)出比在1：6—1：8左右。

如果一次性投入30-50臺風(fēng)力發(fā)電機，就是一個小型的風(fēng)電場，每臺機組按10萬元計算，投入300-500萬元，20年時間可以獲得1500-3000的收入，而那時發(fā)電機組的塔架、回轉(zhuǎn)體、傳動軸、發(fā)電機等主要部件都是完好無損的。

電力能源是人類長期必須使用的能源，在可預(yù)見的時間內(nèi)（幾百年內(nèi)）不會因為“供大于求”的問題而使投資者遭受很大的損失，并且這種“綠色環(huán)保”能源的開發(fā)還能夠避免二氧化碳的產(chǎn)生，這是有利于全球的發(fā)電方式，將會獲得全民的大力支持和社會好評。

2、建立低成本、低投資的“風(fēng)力充電站”：

在農(nóng)村交通方面也可以大力開發(fā)新的“充電站”行業(yè)，現(xiàn)在農(nóng)村已經(jīng)擁有大量的摩托車，解決農(nóng)村的交通問題，但由于燒油的摩托車使用傳統(tǒng)的化石能源生產(chǎn)的汽油，不但產(chǎn)生大量的有害氣體，并且油價也越來越高，近期（08年6月）世界市場原油價格已經(jīng)達到134美元，有預(yù)計說不遠的將來將突破200美元，將來如果繼續(xù)使用汽油、柴油，肯定是用不起也不可能長期使用下去的。

在城市已經(jīng)有電動助力車、電動摩托車大量的涌現(xiàn)（包括大功率的電動摩托車陸續(xù)面世）“以電代油”解決了摩托車的能源問題，其實在農(nóng)村利用風(fēng)能更有優(yōu)勢，我們可以設(shè)想，在公路、集市等交通方便的地方立起這種低成本風(fēng)力發(fā)電機，建立蓄電池更換站和充電站，利用我的這種風(fēng)力機產(chǎn)生的大量的廉價的風(fēng)電隨時充好一批蓄電池，供應(yīng)需要的摩托車更換，這比加油還快，換下的蓄電瓶再拿去充好，以備下一次更換，或者是有時間的話就地補充電能（蓄電瓶可以對蓄電瓶充電），據(jù)筆者調(diào)查，在農(nóng)村也有大量的電動摩托車在使用，這樣將有一個十分有前途的“風(fēng)力充電”行業(yè)產(chǎn)生，可以長期的解決農(nóng)村的交通用能源問題。

購買一臺10-30千瓦風(fēng)力發(fā)電機僅需要8萬元左右，每天將產(chǎn)生100-300度電，可以給30-50個摩托車電瓶充電，每個摩托車電瓶收入5元，每天就有150-250元收入，每年有54750-91250元收入，兩年就可以收回成本，而不再需要其它任何燃料，只要有風(fēng)就有源源不斷的電力產(chǎn)生，也就是有源源不斷的收入，最多支付管理人員的工資和很少的維修費用（維修也僅是給葉片涂漆、更換發(fā)電機碳刷、給軸承上些油等花費很少的費用和工作），真正是取之不盡、用之不竭的財源，捷足先登者肯定會賺得盆滿缽滿，并且可以永遠賺下去。

3、取代燃油時代的新農(nóng)村風(fēng)電

再進一步設(shè)想，如果能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)拖拉機等大型農(nóng)機具都將現(xiàn)有的燒油的“發(fā)動機”方式更換成電瓶車的“燒電”方式（比如電瓶裝載機的形式），我們姑且叫“電動拖拉機”吧，由于我們的這種風(fēng)力發(fā)電機的功率都在幾十到幾百千瓦，本身產(chǎn)生的電量就很大，可以大量的對大型號、大容量的動力機械使用的蓄電瓶進行充電，保證滿足需要，這種方式使用30-100千瓦的風(fēng)力發(fā)電機機型就特別合適。

在拖拉機上將原先裝發(fā)動機的地方更換成大型“蓄電池組”并裝上“大功率電動機”，這樣并不需要很高深的技術(shù)條件就解決了農(nóng)業(yè)方面的長期的拖拉機用油量大的難題，由于拖拉機一般不會去很遠的地方工作，就近使用，就近補充電能或者更換蓄電池都不存在太大的難題，我相信在經(jīng)濟效益杠桿的推動下，使用特別廉價的風(fēng)電（尤其是我的這種制造成本特別低的風(fēng)力發(fā)電機）提供大量的風(fēng)電能源，徹底解決農(nóng)村的大型機械用能問題，這并非是幻想，而是特別實在的一種可實現(xiàn)的技術(shù)方式，同時也告別了“化石能源”時代。

4、解決整個村莊的風(fēng)電模式：

可以在一個村莊（假設(shè)為100戶）豎立2-3臺30-50千瓦風(fēng)力發(fā)電機，向每戶輸送不穩(wěn)定的風(fēng)電（由于風(fēng)能不可控制，所以直接發(fā)出的電能其電壓、周波都是不穩(wěn)定的），每戶在家中安裝一個變壓充電器，為自己家裝備的蓄電瓶充電，再通過自己準備的逆變器變成穩(wěn)定的交流電，供自己使用，這種模式根據(jù)每個家庭的經(jīng)濟情況，可以裝備一個蓄電瓶，只供照明看電視用；裝備2只蓄電瓶，功率就大一些，可以帶動電冰箱和洗衣機；如果裝備4只蓄電瓶存儲5度電左右，再經(jīng)過3千瓦左右的逆變器輸出3千瓦功率的電流，就可以實現(xiàn)利用電磁爐做飯的方式，既沒有明火，也不冒煙，做飯快速方便比城里的天然氣都好，還不排出一點二氧化碳，完全是一種真正的綠色能源，只要有風(fēng)永不缺電，投資這個項目也是一個不錯的選擇。

大量的廉價風(fēng)電將產(chǎn)生長期而環(huán)保的經(jīng)濟效益，以這種低成本的功率合適的風(fēng)力發(fā)電機作為一個創(chuàng)新型的投資產(chǎn)業(yè)，將是一個長期而保險的投資選擇，有目光的投資者將通過這種方式，在短期內(nèi)（豎起塔架，裝好設(shè)備僅需要1-2天時間，就可以投入正常運轉(zhuǎn)）就能夠得到收益，并且還有保護環(huán)境，改善生態(tài)的社會效益，何樂不為。

5其它方面的利用也是廣泛的，比如利用海邊的風(fēng)能直接帶動制冰機使用海水制冰，既可以供應(yīng)漁船用冰，同時也將海水進行了淡化（制冰方式淡化海水），在北方的冬季可以帶動“風(fēng)鍋爐”進行制熱，給用戶提供源源不斷的熱能。

我國已經(jīng)在2006年1月1日起施行了《中華人民共和國可再生能源法》，我認為國家在這方面給我們指明了方向，明確了政府大力支持的政策，本人也希望有識之士大膽的投資。

這個類型的“風(fēng)電充電站”“風(fēng)力制冰站”“風(fēng)力供熱站”等行業(yè)，將會獲得極大的經(jīng)濟回報和社會的好評。

毋庸置疑，風(fēng)力發(fā)電機在國內(nèi)的市場上將有幾十億到幾百億的市場需要，在國際市場上有幾百億到上千億的市場需要，特別是我的這種“買得起、用的起”的低成本機型，不但制造容易，維修更是方便，由于是采用了社會擁有量巨大的汽車部件來制造，不但能夠迅速的制造出來及時滿足用戶的需要，更有低成本、高質(zhì)量的配件供應(yīng)，有巨大而長期的經(jīng)濟和環(huán)保意義。

世界上的風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)展，在越來越明確的利用無污染的新能源方面進行“節(jié)能減排”保護地球的大環(huán)境的意識下，已經(jīng)是人們的共識了，已經(jīng)有了長足的發(fā)展，但是如何大幅度的降低其制造成本，一直是各國政府和科技工作者關(guān)注和探索的方向，國外的發(fā)展趨勢是走大型化的方式，在降低成本方面當(dāng)然已經(jīng)取得了巨大的成功，但是大型風(fēng)力機的巨大的投資和需要特定的大片地域做風(fēng)電場，已經(jīng)出現(xiàn)了問題，比如按目前的銷售市場的1瓦10元的價格，2007年5月的鋼材價格計算，1臺2000千瓦（2兆瓦）的風(fēng)力發(fā)電機需要2000萬元左右人民幣的投資，將是一個巨大的沉重負擔(dān)，經(jīng)濟實力弱和資金沒有幾十億的投資集團根本就投資不起，哪怕是有說不盡的好處，買不起才是最根本的硬道理。

另外大型風(fēng)電場只能夠采用“并網(wǎng)”的方式，局限性也很大，更需要占用大片的土地面積，這也是一個很難解決的問題，在地皮太貴的地方，即便有錢也不可能有大塊的土地供這些超大型的機組使用，而我的這種中功率的千瓦級風(fēng)力機可以避免占用大片土地，在房前屋后即可建立使用，也是有很大的比較優(yōu)勢的。

其實降低風(fēng)力發(fā)電機的制造成本的方法并不是“只有華山一條路，以大為美、以大為準”，我認為我的這幾個專利技術(shù)最大的特點就是利用世界上最發(fā)達的“汽車工業(yè)”的“標準部件”來制造最低成本的質(zhì)量又特別好的風(fēng)力發(fā)電機，在中功率風(fēng)力發(fā)電機范圍內(nèi)（5-600千瓦范圍），可以說已經(jīng)找到了突破“風(fēng)力機制造成本高的價格瓶徑”的方法。

5、為什么能夠做到低成本又高質(zhì)量的技術(shù)關(guān)鍵簡介：

(A)：主軸承：它是承擔(dān)整個風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動的最關(guān)鍵的部件，在20年的使用期中（一般風(fēng)機的設(shè)計標準）需要承受風(fēng)霜雨雪、高溫酷暑、沙塵鹽霧等大自然的磨損和破壞，還要承受特大風(fēng)的超大負載（風(fēng)中的力量與風(fēng)速之比是3次方的關(guān)系，即風(fēng)速增大一倍力量增大八倍），按傳統(tǒng)的方法制造一個這樣的主軸承（10千瓦的）需要2萬元左右，而我的這個技術(shù)方案是直接利用“130型汽車的后橋總成”，只要花1500-2000元就可以滿足需要，并且來源廣泛、配件易得。

主軸承是采用汽車后橋總成中的汽車輪轂承重軸承作為整個風(fēng)輪的主軸承的，這種方式解決了主軸承的強度和壽命問題并且來源廣泛配件易得，可以根據(jù)設(shè)計的風(fēng)力機的功率大小采用不同規(guī)格型號的汽車后橋總成，如：1-9千瓦功率的風(fēng)機可以采用微型小客貨車的后橋總成（價格僅800余元），該總成正常承重30-40馬力（22-29千瓦）完全可以承擔(dān)9千瓦以下的風(fēng)力機的需要，大型載重車的后橋總成可正常承重250-800馬力，可以做200-600千瓦風(fēng)力機的主軸承。

(B)：變速器及傳動系統(tǒng)：由于汽車后橋總成本身就帶有“差速器”也就是一種特別的變速器，使用時只要將一端固定不讓其轉(zhuǎn)動，這時動力就從輪轂端的另一端傳遞到傳動軸輸出端，正常汽車的動力是從傳動軸端向輪轂端傳遞，而使用在風(fēng)力機中時則是相反的，同時輪轂端的轉(zhuǎn)速與傳動軸端的轉(zhuǎn)速是不同的，一般的變比是1：3左右，所以在風(fēng)力機中反向使用時正好是一個“增速變速器”，將風(fēng)輪的比較緩慢的轉(zhuǎn)速通過“差速器”逆向工作方式，變成較快的轉(zhuǎn)速以滿足發(fā)電機的需要。

傳動桿的下部還是通過“萬向節(jié)”的方式與下部的另一個汽車后橋總成的一端連接，我們的這種風(fēng)力機是使用兩個汽車后橋總成，即上部一個是回轉(zhuǎn)體上，下部一個是立式安裝在地面上，一則通過第二個后橋總成的“差速器”進行更進一步的增速，達到1：9左右，二則將動力的垂直方式再轉(zhuǎn)換成水平方式，通過軸輸出方式帶動發(fā)電機或者是其它機械裝置，相同的風(fēng)力機使用同一型號的汽車后橋總成，所以在一般的風(fēng)機上很難解決的“增速器”強度不夠容易出故障的難題，在這里就輕而易舉的解決了。

(C)：單漿葉的特點說明：我們的這種風(fēng)力機最顯著的特點之一就是一個葉片加上一個平衡阻尼器的結(jié)構(gòu)形式，雖然看起來不好看，但是卻很好用，這是因為一個葉片可以大幅度的提風(fēng)能利用系數(shù)，水平軸螺旋槳形式的風(fēng)力機決定風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率的核心是“周速比”即風(fēng)輪葉尖速度與風(fēng)速之比，這個比值越大則轉(zhuǎn)換效率越高，其最大值是1：16，一般的風(fēng)力機在實際運轉(zhuǎn)中能夠達到12-13就很不容易了。

作者：浙江日昇科技有限公司技術(shù)開發(fā)部高級工程師鄭爾歷

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