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微风发电机系统项目简介

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-09-19  浏览次数:1776
核心提示:兆瓦级垂直轴微风高效发电机组项目简介上海毓德新能源有限公司注册在全国唯一的海洋资源开发区中国自贸区上海临港海洋高新技术产

兆瓦级垂直轴微风高效发电机组项目简介

上海毓德新能源有限公司注册在全国唯一的海洋资源开发区中国自贸区上海临港海洋高新技术产业化基地科技园区。上海毓德新能源微风发电机技术团队运用新思维方式,从2008年开始攻关微风发电技术,至2013年底,创造性的研发了微风启动水平轴空芯发电机技术,可以将微风、软风、乱风转化为可利用的电力能源,在此基础上又继续开发了垂直轴单机、多机空芯结构发电机及发电机组技术,拥有5项微风高效空芯发电机水平轴及垂直轴发明及实用新型专利技术,该核心技术已处于国际领先水平,被列为2012年军民两用技术汇编民技军用项目类。

微风空芯发电机技术打破了100多年来风力发电机铁芯结构理论禁锢,实现了分布式小型民用风机可以升级为兆瓦级工业化发电,为中国东部沿海经济发达地区的用电紧张提供了一条解决途径,为世界分布式风电机技术提供了发展方向,为在全球普及清洁的风力发电及更加充分利用微风乱风的风能提供了技术支持。目前正在完善开发了微风发电系统中的风光互补控制器技术、数据信号无线传发智能电脑管理平台技术,产品正在商业转化中。

1.核心技术及团队主要人员

1.1、核心技术组成:

微风空芯高效发电机核心技术包括:

单机单层水平轴、垂直轴微风发电技术;

单机多层水平轴、垂直轴微风发电技术;

多机单层水平轴、垂直轴微风发电机组技术;

多机多层水平轴、垂直轴微风发电机组技术;

风光互补控制器技术;

风机专用控制器技术等

 1.1.1 项目的技术创新点简介

叶片结构理论创新;

大口径、外转子永磁直驱式风力发电机技术创新;

转子空心结构和定子线圈无芯结构技术创新;

微风发电技术工艺创新。

从软风启动,软风发电到低噪声、无磁阻的特色;从叶片、叶型的改进到永磁直驱式大口径的延伸;从加强筋设计到强风安全发电的发展……,这种把复杂问题简单化,但简单化不以降低效率为代价,实现了本项目“四个没有”,“四个多”的独特特征,即没有传动机构、没有对风机构,没有刹车装置、没有噪声和叶片多、绕组多、磁铁多,发电多。它凸显出简约与效率的辩证统一,蕴含着理论认识和实践经验的超越与创新。

1.1.2 微风发电机产品特点:

软风启动,软风、微风、乱风发电,结构简单,自动增风,抗强风,电压高、电流大、高效率,重量轻,长寿命,免维护,具“五防”(防锈、防腐蚀、防潮、防水、防风沙)

1.1.3 微风发电机的突出优势

发电机空芯直驱结构简单,不发热;

叶片可根据地区季节长短宽窄随意更换;

发电功率大小可在本机上调整;

模具化生产可一模多用,制造成本低;

同等风速下发电多,电压高;

磁铁极对数多,线圈排列方式新颖,效率高;

能将微风乱风的风能转化成可用的电能;

能多个单机串组成大功率电机组,占地面积小,可灵活的见缝插针安装使用;

可实现小型民用风机兆瓦级发电技术的突破。

1.1.4 微风发电机的知识产权情况

新能源微风高效空芯发电机:已获得实用新型专利证书《微风启动无芯高效发电机》及在实审阶段的发明专利(此技术已被列为2012上海军民两用技术项目汇编民技军用项目篇);风机专用控制器技术。

微风启动无芯风力发电机;发明专利申请号:2011100079244.x;申请日2011年3月31日。

微风启动无芯风力发电机;实用新型专利号:201120090074.0;申请日2011年3月31日;授权日通知2011年7月5日。

一种垂直轴微风启动高效空芯风力发电机及发电机组,专利号:ZL201320695922.X,授权日通知2014年5月21日。

一种风力发电机,发明专利申请号:201310544328.5;申请日2013年11月7日。

一种垂直轴高效空芯兆瓦级风力发电机及发电机组,发明专利申请号:201310544329.x;申请日2013年11月7日。

1.1.5本产品风力发电机技术参数与国内知名企业产品对比

 

 

青岛泽宇1KW

上海微风车WFC-1000

启动风速(m/s)

2.5

0.5-0.8

切入风速(m/s)

3

2.0

额定风速(m/s)

8

6

额定电压(V)

48

48-500

额定功率(W)

1000

1000

最大功率(W)

1500

2000

叶轮直径(M)

2.8-3.2

2.0

风叶数量(pcs)

3

8

安全风速(m/s)

50

50

整机重量(KG)

64

13

发电机型

铁芯发电机

无芯发电机

大风保护措施

 

泄荷发电及电磁制动

额定负载温度(℃)

 

85℃

工作温度(℃)

 

-20℃至100℃

1.2、专家团队主要人员:

毕献奎(上海市毓德新能源有限公司法人、垂直轴微风高效空芯发电机发明人、新疆农业职业技术学院客座教授、企业管理学士、项目总负责人)。

朱金华(教授,项目总工程师)

张明(微风发电项目技术团队总负责人)

胡鹏程(项目控制器系统管理平台总工程师)

史世权(电气高级技师,风力发电机研制人)

朱红卫(机械高级工程师)

盛晶石(模具高级工程师)

王艺淳(项目助理)

2、本方案模式赢利点分析:

2.1、微风发电机:例:安装300台套50千瓦的小型风力发电机组,每天可发电20小时,每小时保守估算发电1.5万度,每天发电30万度,每度电0.7元,每年可发电量10800万度,卖电收益可达7560万元。

2.2 10千瓦柴油发电机与10千瓦风力发电机20年使用期限对比分析:

 

设备费

耗油量

耗油费

人工费

维护费

合计

共发电

度电成本

节省费 用

柴油机组

2.36万元

37.15吨

28.50万元

96万元

48万元

174.86万元

144万度

1.21元

 

风电机组

10万元

10万元

140万度

0.07元

164.86万元

注:风电机组的设备费中含安装费。

2.3酒店发电烧热水为例:

热水耗电量1400kw,总用电量2170kw,可配备风电机500kw,200千瓦风机30万×5=150万元,热水罐,热水表,5万元,安装费5万元,配备蓄电池组100kw,50万元,合计210万元,用电方式,白天用电晚上烧水。烧水时间10小时,可烧热水45度(5000度÷30度×600公斤)100吨,省电5000元/天,一年省电180万元。每天用电14小时,每天可发电7万度(实际用电1.1万度),可省电费1.1万元,(另 节余5.5万度电另图他用),一年省电费近400万元,合计年节省580万元电费。

  

兆瓦级垂直轴微风高效风力发电机组项目报告

 

项目名称:

垂直轴微风高效风力发电机及兆瓦级风力发电机组

项目负责人:

毕献奎(法人总经理,教授,发明人)

项目团队成员:

朱金华(教授,项目总工程师)

张明(航天电子公司总工艺师,微风发电项目技术团队总负责人)

胡鹏程(航天电子公司总工程师,路灯项目控制器总工程师)

史世权(电气高级技师,风力发电机研制人)

朱红卫(机械高级工程师)

盛晶石(模具高级工程师)

王艺淳(项目助理)

项目负责单位(盖章):

上海毓德新能源有限公司

二0一四年五月五日

 

项目的背景   

根据对国内外新能源,特别风力发电技术、市场发展的分析表明,在国际,由于地震引起人们对放射性泄漏的担忧,从而更倾向于天然绿色能源的发展如风电、等其他可再生能源的开发。其中,欧盟已于日本震后发表公报表示计划今后20年投资4000亿欧元,以实施风电工业发展计划。

在国内,2011年夏天以来,东部缺电严重。预计,2012年最大电力缺口达到5000万千瓦,2013年若情况得不到改观,最大电力缺口将超过7000万千瓦。但西部地区的风力发电却有盈余。跨区域输电能力不足,造成了“东部缺电,西部窝电”……。

在十一五期间的快速增长之后,行业和政府都已意识到,发展将进入转型和理性发展时期,在政策层面将不再一味发展大型基地,分散式开发和海上将成为下一步热点。

我国幅员辽阔,风能资源丰富,据《中国风能资源评价报告》测算,我国可开发的陆地风能资源大约为2.5亿千瓦,可利用的海洋风能资源大约为7.5亿千瓦,共计约10亿千瓦。

据国家能源局测算,到2015年,我国装机将达到1亿千瓦,年发电量超过2千亿度,节约标煤约8000万吨左右,在整个能源中所占的比重将由2010年的0.5%增加到2%左右。

根据今年发布的《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中已明确指出,我国将建设6个陆上及2个沿海及海上风电项目,新建装机7000万千瓦以上,其中,海上风电达到500万千瓦,而分布式风电装机将达3000万千瓦以上。

根据专家的分析,当前丰富的陆上风电场基本上被划分完毕,继续开发的空间有限;海上风电则处于起步阶段,风险高、投资大。目前海上风电成本约为陆地风电的两倍,上海东海大桥风电场的成本为每千瓦23000元,而陆上风电成本为7000-8000元。基于这些因素,陆上低速风电场为风电产业开辟了一个全新的市场。同时,低风速市场的开拓,意味着低风速电机设备的需求将会大幅增加,风电设备的市场容量亦将随之扩大。

据调查,我国适宜开发低风速和高海拔风电基地的区域约占全国风电资源区域面积一半以上。其中,低风速及海上风电资源区域多集中于福建、河北、江浙沿海、山东等地,也正是我国电力负荷比较大的地区。而此前由于政策和用地等方面的原因,对风电的开发和利用很少。市场开发力度不够。

所谓低风速地区,其指年平均风速在6米/秒到8米/秒之间,风机年可利用小时数在2000-4000小时以上的地区。据了解,目前全国范围内可利用的低风速资源面积约占全国风能资源区的60%以上,且均接近电网负荷的受限地区。

集中式发电的远距离、高电压是传统电网的特点,投资比较大,风险大,还占用大量土地。在西方国家,环保主义者认为,高压线路造成视觉污染、浪费土地等,新建高压线路十分困难。因此,全世界现在形成了一种新趋势:多使用绿色高效的能源,将能源点建在负荷中心,在一些小范围内为机关、小区、单位供电,很灵活也很节能。绿色高效的能源包括风能、太阳能、冷热电联供等十多种。

基于上述分析,鉴于本项目的垂直轴微风高效风力发电机及兆瓦级发电机组,根据风速与风力的对应关系包括了适用于2-5级风力(风速在1.6到10.7米/秒)区间的低风速区。因此,完全符合国家关于风能产业分布式开发的发展政策导向和微风高效风力发电机市场的需求。

如果考虑如下的因素和评价:何谓新能源?严格定义应当是:低价、可再生、清洁的能源。“低价”、“可再生”、“清洁”这三要素缺一不可。而现有的水力发电、太阳能发电和风力发电,其实都不完全符合上述三要素。虽然水力发电成本相对较低,但存在投资高、建设周期长,泥沙淤积、山体塌陷对河流局部地质环境影响大,还有溃坝风险等,并未真正达到生态环保和安全可靠的要求。至于太阳能发电,虽然对使用方来说是清洁能源,但对硅晶片生产制造方来说,却存在着严重污染和巨大能耗;实质是污染和能耗地点的转移,综合衡量不能算是清洁能源。只有风力发电,确实称得上是可再生清洁能源,但目前的风力发电还处在成本高、投资高、启动风速高,效率低、并网难(对电网影响大波动大)的困境。

中国可再生能源学会专业委员会秘书长秦海岩向和讯网表示,从现在定价来看成本比常规煤电高,这是市场不完善,定价机制有问题造成的。如果把事故,污染,算进煤电成本,我觉得风电比煤电要便宜得多。

综上所述,显而易见,本申请项目的兆瓦级垂直轴微风高效风力发电机组,其具有经济效益、生态效益、社会效益“三箭齐发”的显著效果。

 

项目内容及技术分析:

1、项目的主要内容

1.1研究和发现低风速区(1.6-10.7米/秒)、极低风速区(0.5-6米/秒)的风力、风速特点及其规律,研究风力发电机技术,主要包括风力机的理论基础与发展,发电机技术基础及其分析比较等。

1.2在上述研究基础上,重点解决适宜于低风速区、极低风速区特点的直驱技术、增风技术(增大风速)并与之有效相当匹配(而不是最佳匹配)的风力发电机组的改进。

1.3提高风能的利用率,增加发电量,降低风力发电机组成本。

2、主要技术基础原理

2.1风能的发电量是与风力大小、风力作用时间、发电机功率及其配套系统等有关。

2.2发电机功率是与风速、叶片、转子磁场与定子线圈切割速度等有关。

2.3叶片是截取风能的关键部分,叶片是与其实度比(叶片面积与叶片扫风面积之比)、翼型形状、安装角度、重量(对风的反应灵敏度)、材质(重量和防腐蚀)等有关。

2.4转子磁场是与其磁通密度,尺寸,数量,排列布置,间隔等有关。

2.5定子线圈是与其布置,匝数,导线截面积,线圈连接方式等有关。

2.6根据直驱式风力发电机更适用于在风速较低运行时,发电效率较高且对电网冲击较小的技术特性,以及直驱发电机功率公式P=KD2Lnqz其中:

转子直径:D;长度:L;线速度:n;常数:K

联系上述2.2-2.5的相关条件,根据感应的大小计算公式:

E=BLVsinA(切割磁感线运动)

E=BLV中的V和L不可以和磁感线平行,但可以不和磁感线垂直;其中:为磁通密度:B单位(高斯);为V或L与磁感线的夹角:sinA;有效长度:L单位(米)

以及相关电机转速与频率的计算公式n=60f/p式中:

电机的转速:N单位(转/分);每分钟:60单位(秒);电源频率:f单位(赫芝);电机旋转磁场的极对数:P

根据我国规定标准电源频率为f=50周/秒,所以旋转磁场的转速的大小只与磁极对数有关。磁极对数多,旋转磁场的转速就低。

如:

极对数P=1时,旋转磁场的转速n=3000;

极对数P=2时,旋转磁场的转速n=1500;

极对数P=3时,旋转磁场的转速n=1000;

极对数P=4时,旋转磁场的转速n=750;

极对数P=5时,旋转磁场的转速n=600。

…………

当极对数P=50时,旋转磁场的转速低到每分钟60转

由此可以类推,在低风速区转速条件下的发电机的极对数。

3、项目的技术创新点论述

3.1叶片结构理论创新:提高微风发电的主要出路在于改变叶片结构

3.1.1关于理论认识的创新。

根据对空气动力学相关理论及风力发电机技术发展的实践分析,在国内目前已经有不少的理论研究学者和实践者对现有风力发电机叶片设计的理论基础提出质疑。

首先认为,空气动力学理论,是用以对流体中高速运动的物体,进行结构受力分析。其实,飞机螺旋桨与风车桨叶有着本质的区别,因为飞机螺旋桨是主动高速旋转,而风车桨叶是被动低速旋转,两者根本就是不同的概念,不应该采用相同的设计理念。因此根据空气动力学螺旋桨理论设计的叶片,特别在低风区的风力机应用中,由于主动与被动关系的颠倒造成风力机叶片理论基础的错误。

其次,普遍理论认为三叶片的效率最佳,其实有误;认为多叶片转速低风能利用率低,这也是不对的。出现上述认识的错误,是现有的三叶片风力发电机所连接的发电机与叶片转速不能很好匹配的缘故,极对数低,它只有在高转速时才有高效率,低转速时,效率低下。

再次,在实践中,发现三叶片由于在高风速时,叶尖速比(叶片尖部扫风速度与风速之比)高,伴随产生刺耳的噪声;同时,叶片是典型的悬臂梁结构,叶片根部承受巨大的应力,在强风中易折断,存在安全隐患,因而水平轴风力发电机的叶片根部都很粗壮,这就大大增加叶片的重量,尤其对于大功率风力发电机来说,叶片越长,转速反而越低,力矩增大,更增加了叶片根部的应力。如果断裂,笨重叶片会甩飞到很远的地方,易伤到人和物,不安全,这就是现有结构的小风力发电机不能广泛应用于民用的根本原因。

因此,那种出于加快风车转速,提高发电效率的目的,采取了减少桨叶数量、加大桨叶长度、缩小桨叶面积的办法,竭力降低桨叶的阻力,增大桨叶的尖速比。增速后的风车,虽然达到了增加发电量的目的,却付出了降低微风性能和风时利用率的巨大代价。

垂直轴微风高效空芯发电的风电机组的最基本要求是:低风速满载,高风速改变叶片角度强风运行或者卸载。

3.1.2 垂直轴微风高效空芯发电机的技术原理:

3.1.2.1、技术原理

该技术采用空气洞力学原理,针对垂直轴旋转的风洞模拟,叶片选用了涡轮叶片形状,在风轮旋转时,它不会受到因变形而改变效率等;它用垂直弧形的8个叶片组成,由插槽在外轮毂上固定的风轮,由风轮带动稀土永磁发电机发电送往控制器进行控制,输配负载所用的电能。

该技术原理根据空气片条理论,实际计算可选取垂直风机旋转轴的切面进行计算模型,按叶片实际尺寸,每个叶片的旋转轴心距离为N米;用CFD技术进行模拟气动系数计算,计算原理采用离散数字方法求解翼形断面的气动力,用网格方法对雷诺数流动涡量分布比较形成高雷诺数下对Navier-Stokes方程进行数字模拟计算的原理结果。

采用稀土永磁材料发电的原理,配套与空气洞力学原理的风轮,采用直驱式结构进行旋转发电。

专利技术:一种垂直轴微风启动高效空芯风力发电机及发电机组(专利号:ZL201320695922.X)

3.1.2.2、功率特性

根据涡轮叶片风力发电机的原理,风轮的转速上升速度提高较快(力矩上升速度快),它的发电功率上升速度也相应变快,发电曲线变得饱满。在同样功率下,垂直轴风力发电机的额定风速较现有水平轴风力发电机要小,并且它在低风速运转时发电量也较大。

3.1.2.3、结构

由于此种设计结构采用了特殊空气洞力学原理、根部插槽的连接方式以及直驱式结构的原理,使得风轮的受力主要集中于轮毂上,因此抗风能力较强;此种设计的特性还体现在对周围环境的影响上,运转时无噪音以及电磁干扰小等特点使得新型垂直轴风力发电机优越性非常明显。

3.1.2.4、垂直轴微风高效空芯发电的风电机组与传统的水平轴风力发电机相比,有以下显著的技术特点:

3.1.2.4.1.安全可靠

   3.1.2.4.2.低噪音

  3.1.2.4.3.抗风能力强

  3.1.2.4.4.所占空间小

  3.1.2.4.5.发电效率高

  3.1.2.4.6.风能利用率高

   3.1.2.4.7.具有广告效应

  3.1.2.4.8.控制性能好

3.1.3关于实践认识的创新。

叶片是截取风能的关键部分,叶片效率要高,必须:一是轻(叶片重量轻,易启动);二是薄(叶片前进时阻力小,转速高);三是宽(截住风量大,交换能量大,转速快,抗强风);四是多(叶片多,软风易启动软风发电,虽然叶尖速比低,但力矩大,安全,噪音小,小风时漏风少)。材质可采用轻薄的尼龙材料制作,不会产生因挤压尼龙制作时出现的裂纹和局部过厚、重量重等问题,工艺可以采用尼龙局部加强的措施工艺而成。

3.2大口径、外转子永磁直驱式风力发电机技术创新:永磁直驱式大口径风力发电机结构的提出

风电机组应以最低的制造成本、最低的使用成本、最长的使用寿命为追求的目标。

但传统的水平轴风力发电机组,千篇一律几乎均采用三叶片或者与使用齿轮箱相结合的结构基本模式。由于齿轮箱是易损件,特别大功率风机高速齿轮箱磨损厉害,在几十米高风力机塔顶环境下维护保养都较困难。为了改变上述缺失和不足,取而代之的是直驱式风电机组,即不用增速器(齿轮箱)的多极低转速发电机与风力机直接连接的传动结构。

近些年,直驱式风力发电机已从小型风力发电机向大型风力发电机应用发展,国内具有自主知识产权的2MW永磁直驱风力发电机已研制成功,据报道目前国外最大的风力发电机组已达7MW。

直驱式风电机组的优点是:免去齿轮箱,没有了制造成本高、使用寿命短的弊端。具有机组寿命长,体积小,运行成本低,噪声低及低风速发电效率高等特点。但因为也是3叶片老式悬臂梁结构,电机密封等老工艺技术设计,也就还存在着以下问题:(1)直驱式风电机组需要60极以上永磁铁,极数越多,发电机的外径越大,体积也越大。(2)增加了发电机的制造成本。比如60极2000千瓦的永磁发电机,在频率50赫兹时的同步转速是100转/分,当与风机直接连接时运行在风机转速23.5转/分时,其电压频率为11.75赫兹,发电机在低频率情况下运行。如所周知,发电机的功率、电压是与发电机频率成正比的线性关系。要达到运行50赫兹的功率,只能是:a.增加每相串联导体数以提高电压;b.增加导体截面积以增加电流。

近年,高磁永磁体技术发展很快,特别是稀土永磁材料钕铁硼在直驱式发电机中得到广泛应用。采用永磁体技术的直驱式发电机具有结构简单、效率高。风力机采用直驱式发电机,它有类似水轮发电机低速多极发电机的原理构造,这就要求在结构上更轻巧。

本项目提出的垂直轴微风高效空芯结构风力发电机,基于上述永磁直驱式发电机技术的基础上,提出的一种大口径、中空,外转子永磁直驱式风力发电机,转子在定子外侧,由多个稀土磁铁与外磁軛构成,其发电绕组在内定子上,绕组与普通三相交流发电机不同,采用无铁芯结构线圈;外转子与风轮轮毂安装成一体,一同旋转的新型结构。

采用永磁直驱式大口径发电机结构解决了在风电机发展中,人们担心直驱方式省掉了变速装置,造成发电机转子转速降低。发电机转子转速的降低,也就意味着发电效率的降低……,因发电机的发电效率是由线圈切割磁力线的速度决定的关系;相反,采用外转子结构,通过增大叶轮的线速度,增强磁通密度,增加磁铁极对数(高风速可以工作到几百到千赫兹)以及采用定子无芯结构,无磁阻易启动,无涡流损失,增加线圈匝数,提高发电功率,发电机发的电用全功率变频器并网。

为了实现发电机要与叶片截取的风能有效匹配。要使风力发电机工作在风速更稳定的高空风场。这就需要尽量降低发电机的重量。如采用定子线圈无铁芯结构,就可以大大降低重量。但如果无铁芯,线圈感应电动势就低,因此必须要用强磁(比如稀土类强磁),另外切割磁力线的线速要高,在没有增速齿轮的情况下,只能像直驱风力发电机那样大大增加其口径(这种无芯电机与铁芯电机相比,转子惯性力矩小,因而反应灵敏性好。同时,由于没有齿槽,因而振动和噪音小,控制性好)。

特别是叶片截取的风能无需传递到叶根和转轴,只需直接传递到发电机外转子轮圈上即可,虽然力矩小了,但其线速度高。磁铁采用多极,少则几十,多则几百、上千不等。线圈无铁芯结构,单位时间内,磁铁、线圈相互切割的个数和速度多且快。没有磁阻力,软风就能启动,软风就可以发电。由于线速度高,发电机效率高,线圈内阻小,产生电压高,电流大,频率高,线圈可采用单相,3相到6相不等。这样,线圈产生的噪声极低。整机工作转速低,安全性高。用它制造的风力发电机将是世界上最轻量级别的,性价比高。五千瓦风力发电机全部重量约30kg左右(视制造材料条件而异)。                         

3.3转子空心结构和定子线圈无芯结构技术创新:采用整体镂空与三角形加强结构,减少风的阻力,减轻重量,提高安全性

基于上述,采用转子空芯结构和定子线圈无芯结构综合提高风能的利用率,同时采用叶片弧形30度、顺风向结构、支撑杆斜片下风向辅助对风增速、取消尾舵等的措施实现了转子空心结构和定子线圈无芯结构的技术创新

3.4垂直轴微风发电技术工艺创新:

本项目在目前已有的原型机的基础上,特别在结合风力发电机组的结构、制作工艺方面,以及从更加科学性、合理性方面上,提出进一步的改进措施和实施手段,使之更完善化,为社会提供具有符合市场的需求、一流性价比的产品,保证风机的发电时间最长,风能的利用价值最大化。

兆瓦级风电机组的设计思路采取制作单机统一模具,多个单机叠加在一起串联组合成发电机组的形式实现兆瓦级发电技术,可以大幅度降低千瓦造价成本。

本项目的制作工艺流程简述如下:

外转子标准制作工艺→定子标准制作工艺→叶片标准制作工艺→磁铁制作工艺→线圈制作工艺→组装工艺→成品包装

充分利用低风速的风能。虽然低风速的风能的能量少一些,但可以“积少成多”,“以小胜大”。在一般陆地三、四级风的速风时间最长条件下,利用这个风速长时间发电,提高风能利用率。一句话,发展新能源,提高风力资源利用价值的最大化,促进分散式风力发电模式的发展才是硬道理!

综上所述,从软风启动,软风发电到低噪声、无磁阻的特色;从叶片、叶型的改进到永磁直驱式大口径的延伸;从加强筋设计到强风安全发电的发展……,这种把复杂问题简单化,但简单化不以降低效率为代价,实现了本项目“四个没有”,“四个多”的独特特征,即没有传动机构、没有对风机构,没有刹车装置、没有噪声和叶片多、绕组多、磁铁多,发电多。它凸显出简约与效率的辩证统一,蕴含着理论认识和实践经验的超越与创新。

4、项目的主要技术性能指标与同类先进技术指标的比较

4.1风力发电机产品特点:

软风启动,软风、微风、乱风发电,结构简单,自动增风,抗强风,电压高、电流大、高效率,重量轻,长寿命,免维护,具“五防”(防锈、防腐蚀、防潮、防水、防风沙)

4.2风力发电机技术参数(未定参考)

启动风速0.5-0.8(m/s)

切入风速2.0(m/s)

额定风速6(m/s)

额定电压48-500V

额定功率1000(W)

最大功率2000(W)

风叶轮直径2.0(m)

风叶数量8(pcs)

安全风速50(m/s)

整机重量13(kg)

大风保护泄荷(不停机)发电及电磁制动

电机最高温升额定负载85℃

工作温度-20℃至100℃

本产品风力发电机技术参数与国内知名企业产品对比

 

 

青岛泽宇1KW

上海毓德YD-1000

启动风速(m/s)

2.5

0.5-0.8

切入风速(m/s

3

2.0

额定风速(m/s

8

6

额定电压(V

48

48-500

额定功率(W

1000

1000

最大功率(W

1500

2000

叶轮直径(M

2.8-3.2

2.0

风叶数量(pcs

3

8

安全风速(m/s

50

50

整机重量(KG

64

13

发电机型

铁芯发电机

无芯发电机

大风保护措施

 

泄荷发电及电磁制动

额定负载温度

 

85

工作温度

 

-20至100℃

4.3本项目技术的主要指标情况及技术特征

●软风启动,微风发电,减轻重量,提高效率,降低成本;

●多叶片、宽叶片,△型外转子结构克服应力破坏;

●直驱式、大口径发电机;

●增加发电量:增加叶轮的线速度,增加磁铁数,线圈数;

●定子空芯结构;

●综合提高风能的利用率;

●取消尾舵……。

4.3.1原有三桨式叶片的缺点

目前世界上使用最多的是三桨式叶片和涡轮式叶片,而其中三桨式叶片应用为最多。桨式叶片的缺点很多,主要有以下五个方面:

4.3.1.1.实度比低。(叶片面积总和不足旋转面积的8%)。

4.3.1.2.体积过大。重量重。

4.3.1.3.长叶片在风力的作用下做切割风向的运动,转速受限。

4.3.1.4.受风向的限制,即使有风向自动调节装置,反应滞后。

4.3.1.5.叶片的制作受材料限制,且体积庞大。

4.3.2 新型叶片的特点

经过多年的探索与实践,与传统的叶片(桨式叶片及涡轮叶片)相比,新叶片有以下几个特点:

4.3.2.1.全风向(无需风向调节装置、)

4.3.2.2. 实度比大(叶片的阻风面积占旋转面积的60%以上)

4.3.2.3.叶片长与转矩最大化,同比桨式叶片的转矩大幅提高

4.3.2.4.的制作不受材料的限制(金属非金属均可)

4.3.2.5利用率高(较桨式叶片提高五倍以上)。

三叶片

多叶片

受风向的限制,即使有风向自动调节装置,反应滞后。

全风向(无需风向调节装置、)

实度比低。(叶片面积总和不足旋转面积的8%)。

实度比大(叶片的阻风面积占旋转面积的60%以上)

长叶片在风力的作用下做切割风向的运动,转速受限。

叶片长与转矩最大化,同比桨式叶片的转矩大幅提高

叶片的制作受材料限制,且体积庞大。

的制作不受材料的限制(金属非金属均可)

明显存在漏风,重量重。

利用率高(较桨式叶片提高五倍以上)

 

这款叶片,实现了真正意义上的全风向,无风阻,叶片同长转矩最大化的特点。该风电机组的重量大幅减少、机组高度在3—50米之间、且可串联10—200台并机使用。从实验结果可推断:30米高度可带动MW级风力发电机;极大地高效地利用风能;此风机组也可应用于大功率发电机中,且占地面积小、集中度高、便于管理与维护。

此多叶片结构发电机与现有的国内外所有的3叶片结构发电机及市面上垂直轴发电机结构都不同,从实验结果上看,效果极佳,若此多叶片风机一旦被应用必将使风力发电市场迎来革命性的改变

4.3.3本项目技术与其他风机的主要区别及优势

4.3.3.1增大电机直径,提高了安全性:△型,为减少风的阻力,中间采用空心轮毂带有叶片兼支撑的翼型叶片,与叶片连接融为一体;降低了叶片根部的应力,提高了安全性。

4.3.3.2无噪音、磁铁多、线圈多,高电压、高功率、高效率:一般的风力发电机,为了增加磁场交链密度,线圈都是绕在铁芯上,跟磁铁产生吸力,即便是优化磁路,一般都要在3米每秒的风速才能启动,另外铁芯会产生振动,以及磁滞涡流损失,因此总体效率不高。

本项目技术与普通发电机不同,采用定子不使用铁芯的无芯构造。这样便可降低齿形力矩(Cogging Torque),减少噪音及振动。气隙小启动转矩低,0.8米的风速就可启动风机转动,适用于软风发电,微风持续发电,高功率、高效率。在低速旋转时也可产生高电压的原因是利用稀土类磁石形成了多极构造。充分利用多极磁铁单位时间内切割线圈次数多,产生电压高;同时,采用了转子在定子外侧旋转的外转子结构。该结构的电气性接触较少,从而能够提高耐用性。

4.3.3.3接触性部件少,寿命长:由于风力发电机工作在风吹日晒雨淋的恶劣环境下,接触性部件越少越好,寿命越长。这种微风启动的发动机接触性部件少,只有2个轴承。

4.3.3.4无铁芯、阻力小,软风启动:无铁芯,无磁阻力,无振动,软风易启动,微风发电,可有效利用软微风、小风时数多状况下的风能。

4.3.3.5体积小、散热快:本项目设备有着极其出色的体积功率比,发热量低,温升小,量轻散热效果好。

4.3.3.6无变速箱,无尾舵,重量轻:本项目技术不需要变速箱,无尾舵调节装置等,减轻了风力发电机的整体重量。

综上所述,本项目技术具有:微风发电,低碳环保,单一模具,重量轻,低成本,高效率等突出优势。

4.4技术创新,领导世界民用风力发电机新潮流

一种超大口径无芯无阻风力发电机(或软风启动无芯风力发电机)属于电力再生能源装置,其巧妙地把发电机和叶片完美地融为一体,无论在软风,微风,小风,中风,强风中,都能最大效率地把风能转换成电能。转速从一分钟10转到1000转都能高效工作。

本项目微风发电、景观好,采用高电压蓄电池串接输出,桥式电路输出交流。考虑5-7天无风条件下的供电系统。1千瓦风电机重量13公斤(带叶片);每秒2米风速情况下可持续发电。

采用优质高强度尼龙材料(精密加工部件)整机重量极轻。广泛适用于-40℃-80℃气温、高湿度、风砂及盐雾等多种环境,具备极高的可靠性。

4.5国外同类技术企业

据报道,日本Sky Electronics(总部:高知县洼川町)日前开发成功了风力发电机“SKY-G600”,将从2006年2月中旬开始照单生产(BTO)。额定输出功率在300rpm时为5千瓦,能够产生大约为老机型“SKY-G450”2.5倍的电力。重量95公斤。价格为120万日元(不含税,近15万人民币)。

普通发电机为了加大与线圈交链(linkage)的磁密度,通常采用在铁芯上缠绕线圈的方法。而包括G600在内的“SKY发电机”系列则采用了转子及定子均不使用铁芯的无芯构造。这样,便可降低齿形力矩(Cogging Torque)、减少噪音及振动。原来的无芯发电机在额定输出功率上从未超过1千瓦,不过由于《京都议定书》已经开始实施等原因,高功率发电机的需求越来越大,因此开发了这款的发电机。

国内还没查询到有相同技术产品的企业。(类似的上海敏动电机厂,中日合资,1000W单个电机出厂价8000元(不生产叶片),做成全套产品成本要大于12000元,材料成本高。目前该公司只有300W、1000W两种型号电机,无法生产大功率的无芯电机)

上海致远绿色能源有限公司生产的三叶片1000W风电机,风机出厂价12800元/台,整套设备23000元/台套,包括斜拉杆、控制器、逆变器,不包括蓄电池。

泰安阳光动力电机有限公司三叶片1000W整套风机报价10000元(据调查分析,实际功率在500W左右)。

4.6风光电整体解决方案

一种解决与电网非并网方式的风光电与电网连接的模式:由电网输入在大电表后,与风光电源均以直流方式并联(两路电源并联)给用户供电,如果风光电大于电网供电则大电表用电少,反之,风光电不足,则大电表用电大,以此给电网计算用电多少。在电路上在用户输入端加一个IGBT桥模块切换逆变开关用于电源质量不好时,切换到电网直接供电。

4.7 微风电力解决的主要问题

4.7.1极大地缓解东南部经济发达地区的电力紧张局面。我国的经济发达地区主要集中在东南部沿海地带,海边的风力常年均在5米/秒以上,大型风电机无法安装,普通民用风机的启动风速都在3米/秒以上,有效风能转化风速在5-8米/以上,不能很好地利用这部分风能。本项目技术能因地制宜的在工厂厂区和沿海无利用价值的地段,见缝插针的安装微风发电机,就地解决工厂的用电问题。

4.7.2 在海边、海岛安装微风发电机设备,可以提高能源利用水平,解决能源、资源供应紧张局面。比如海水淡化是以后人工提取淡水的一个主要途径,以往所用的电力即成本偏高又与工业电力、民用电力争电,采用微风电力就可以解决这个矛盾,它可以做到24小时不间断的提供生活淡水资源。

4.7.3 开发利用荒岛资源。影响荒岛开发利用的最大阻力就是电力和淡水供应问题,本高效微风发电机就很好的解决了这个问题,发电成本低,发电量大,安装简单,几乎是免维护,为荒岛开发利用及居住提供便利的必备条件。

4.7.4 彻底实现边防哨卡、边远农村、寺院等的照明和生产资料加工问题。

4.7.5 解决大气污染PM2.5的问题。风力发电是清洁能源的循环利用,不会产生任何污染,造福环境,造福一方百姓。

4.8微风发电风机的市场前景   

截止2007年 ,中国风电市场电机组的平均价格约5300元/kw(注:此是2008年的数据资料,受09-11年稀土等原材料大幅涨价原因,风电机的价格在2万元/kw左右),风电机组市场容量约50亿元。按对中国风电市场新增装机的估计,假设2010至2020年风机价格分别下降30%和50%,中国风机市场容量分别为180亿元和800亿元,这是一个巨大而且诱人的朝阳产业。考虑到中国强大的装备制造基础和较低的人力成本,中国风机制造业前景不可限量。

“2011北京国际风能大会暨展览会”上,国家发改委能源研究所发布了《中国风电发展路线图2050》(以下简称《路线图》),《路线图》指出:从2011年到2050年,风电带来的累计投资将达12万亿。

《路线图》描绘了未来风电发展三个阶段的战略目标:

  第一个阶段,从2011年到2020年,风电发展以陆上风电为主、近海(潮间带)风电示范为辅,每年风电新增装机达到1500万千瓦,累计装机达到2亿千瓦,风电占电力总装机的10%,风电电量满足5%的电力需求。

  第二个阶段,从2021-2030年,在不考虑跨省区输电成本的前提下,风电的成本低于煤电,风电的发展重点是陆海并重,每年新增装机在2000万左右,累计装机达到4亿千瓦,在全国发电中的比例达到8.4%,在电源结构中的比例扩大到15%左右。

  第三个阶段,从2031年-2050年,实现东中西部路上风电和海上风电的全面发展,每年年新增装机越3000万千瓦,占全国新增装机的一半左右,风电装机总量达10亿千瓦,在电源结构中占26%,风电成为中国主力电源之一。

  根据发改委能源研究所副所长王仲颖介绍,根据上述战略布局,到2050年风电开发当年投资可到4276亿元,累计投资可达12万亿。

  王仲颖表示,在风电补贴政策方面,风电需要的上网电价补贴将在未来十年内先逐渐上升,再逐渐下降,在2015年前后达到峰值,未来十年需要累积补贴2100多亿元;2020年前后陆上风电上网电价将达到与脱硫燃煤标杆电价持平的水平;2020之后,风电补贴将主要投向海上风电。

国家能源局新能源与可再生能源司副司长梁志鹏表示,由于风能资源分布在三北地区,未来风电发展的最大难题还是并网和消纳问题,这就要求电力市场建设和电力体制改革必须加速。

微风发电作为一种新的低碳环保可再生清洁能源,越来越被市场所看好,本项目技术是一种超大口径无芯无阻风力发电机(或微风启动无芯风力发电机)属于电力再生能源装置,其巧妙地把发电机和叶片完美地融为一体,软风即可启动,无论在微风,小风,中风,强风中,都能最大效率地把风能转换成电能。转速从一分钟10转到1000转都能连续高效工作,为社会带来源源不断的清洁能源。其主要用途如下所述:

高速公路可用它做夜晚的路标灯;山区的孩子可以在日光灯下晚自习;城市小高层楼顶也可用风力电机,这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力机,不但可以防止停电,而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区,风力机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力方面为山区人民服务,使人们看电视及照明用电与城市同步,也能使自己劳动致富。

可广泛用于草原、牧民、湖泊、渔场、偏远高速路、隧道、路灯、广告牌、指示牌、公园观赏、野外通迅站、边防哨所及居民并网用电等等。

在风力资源丰富的三北地区,沿海城市,湖泊,草原,云南多风地区。可使用超大口径无芯无阻风力发电机,可省去昂贵的太阳能电池板,大大降低成本,真正使低碳环保的产品能物美价廉,广泛的推广开来,为减少碳排放和空气污染,奉献力量。

5、项目知识产权情况

微风启动无芯风力发电机;发明专利申请号:2011100079244.x;申请日2011年3月31日。

微风启动无芯风力发电机;实用新型专利号:201120090074.0;申请日2011年3月31日;授权日通知2011年7月5日。

一种垂直轴微风启动高效空芯风力发电机及发电机组,专利号:ZL201320695922.X,授权日通知2014年5月21日。

一种风力发电机,发明专利申请号:201310544328.5;申请日2013年11月7日。

一种垂直轴高效空芯兆瓦级风力发电机及发电机组,发明专利申请号:201310544329.x;申请日2013年11月7日。

6、技术成熟性和项目可靠性论述

从2008年-2010年开始,直到2012年7月,第一代水平轴风机从原理性研究到原型机的模型机的制作,试运行。并有十几台模型机给个别用户试用。其中,一台于2010年在北京经风洞试验,除存在转子结构牢固性不够外,其他均通过试验合格。2012年8月开始,研发团队又根据市场上渐趋流行的垂直轴风机的趋势,结合本技术的优势,一鼓作气研发了第二代垂直轴发电机及机组技术,第三代兆瓦级垂直轴发电机机及机组技术,第四代、第五代发电机技术等,并确定组织第三代兆瓦级发电机及机组的规模化生产,第四代、第五代发电机技术暂作为公司的技术储备,待条件成熟时再生产上市。同时期又完善了配套的风光互补控制器技术及无线传输电脑智能化平台管理系统。2013年11月,申报了2项发明专利和一项实用新型专利,2014年5月份,第二代垂直轴风力发电机的实用新型专利获得授权。2014年6月,第三代风电机模具制作完成,并生产出了小批量的样机。

6.1微风发电机的突出优势

6.1.1 发电机空芯直驱结构简单,不发热;

6.1.2 叶片可根据地区季节长短宽窄随意更换;

6.1.3 发电功率大小可在本机上调整;

6.1.4 模具化生产可一模多用,制造成本低;

6.1.5 同等风速下发电多,电压高;

6.1.6 磁铁极对数多,线圈排列方式新颖,效率高;

6.1.7 能将微风乱风的风能转化成可用的电能;

6.1.8 能多个单机串组成大功率电机组,占地面积小,可灵活的见缝插针安装使用。

6.1.9 可实现小型民用风机兆瓦级发电的突破

6.2投资可行性分析

6.2.1 风机原材料来源广泛,成本低廉;

6.2.2 风机设备生产周期短;

6.2.3 产品销售渠道多、应用广;

6.2.4 风机技术已经成熟;

6.2.5 新能源项目能获得政府的政策和资金大力支持;

6.2.6 风能可以拿到政府的专项资金帮助,减少了自有资金的投入数量;

6.2.7 得到的新能源可以获得政府的财政补贴;

6.2.8 碳交易收益;

6.2.9 一次投入长远受益;

6.2.10 彻底消除环境污染,具有重大的经济效益和社会效益。

6.3预期经济效益和社会效益:

6.3.1经济效益:

5000瓦风机单机成本10000元(含控制器),批发价30000元,零售价50000元。按批发价30000元/台计算,利润率为67%,前三年经济效益分析如下表:

 

 

2015年

2016年

2017年

生产量(台)

2000

10000

20000

生产成本(万元)

2000

10000

20000

销售收入(万元)

6000

60000

120000

利润(万元)

4000

50000

100000

批量生产后,生产成本会下降50%,预计利润会相应增加。

此分析为增加成本方式的保守估算,产品直接安装企业应用,不需要推广期试用期,并还可在国内外同时销售应用,故实际的生产量和销售量会更大些,利润会更多。

在生产5000W风电机的同时,还能调整磁铁与线圈的数量或串联单机的数量生产300w,500w,1000W,10K的W单机或50 KW,100 KW,至1000 KW的成套风电机组,预计的经济效益会大幅度增加。

6.3.2社会效益:

我国幅员辽阔,海岸线长,风能资源比较丰富。据国家气象局估算,中国10m高度层的风能资源总储量为32.26亿kW,其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿kW。

东南沿海及其附近岛屿是风能资源丰富地区,有效风能密度大于或等于200W/ m2的等值线平行于海岸线;沿海岛屿有效风能密度在300W/ m2以上,全年中风速大于或等于3m/s的时数约为7000~8000h,大于或等于6m/s的时数为4000h。

新疆北部、内蒙古、甘肃北部也是中国风能资源丰富地区,有效风能密度为200~300W/ m2,全年中风速大于或等于3m/s的时数为5000h以上,全年中风速大于或等于6m/s的时数为3000h以上。

黑龙江、吉林东部、河北北部及辽东半岛的风能资源也较好,有效风能密度在200W/m2以上,全年中风速大于和等于3m/s的时数为5000h,全年中风速大于和等于6m/s的时数为3000h。

青藏高原北部有效风能密度在150~200W/ m2之间,全年风速大于和等于3m/s的时数为4000~5000h,全年风速大于和等于6m/s的时数为3000h;但青藏高原海拔高、空气密度小,所以有效风能密度也较低。

云南、贵州、四川、甘肃、陕西南部、河南、湖南西部、福建、广东、广西的山区及新疆塔里木盆地和西藏的雅鲁藏布江,为风能资源贫乏地区,有效风能密度在50W/ m2以下,全年中风速大于和等于3m/s的时数在2000h以下,全年中风速大于和等于6m/s的时数在150h以下,风能潜力很低。

一般说来,3级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发,风速大于每秒4米才适宜于发电。

本项目技术能将目前市场上的3m/s风速的风力发电机初始启动风速提高到0.8m/s,风速2m/s时就可以发电,显著充分地利用软风(0.3-1.5米)、轻风(1.6-3.3米)、乱风的风能,将不可能利用的风能变成了可能, 具有巨大的开发利用价值。对比经济效益如下:

风能的利用提高了几倍:原有的风机启动风速为3米,本项目技术风机启动风速为0.8米 ,发电风速为2米,采用增风装置可人为将风速增大2-3倍以上。全国多数地区都是2级风速居多。以北京地区2008年平均风速(测量高度10米)3级以上的风力合计1348小时,2级风约为4000小时(此为3米以上风速),加上2米的风速会比3级风利用风能多3-6倍。

本项目微风风力发电机的有效发电时间实际应在7000多小时,风力大时效率更高。

风能利用的最佳高度是40-110米,距离地面60米高度的风速是10米高度的3倍多。可见小型微风风力发电机安装在城市塔楼的楼顶,发电效率会成倍提高。

根据输入电量小于配电网容量的百分之五,不会对配电网构成冲击,不必安装其他设备。

对比相同地区,风速在2米、3米的状况下,各项经济指标非常明显。

★按每年可利用小时数为8000小时计,一台4千瓦的小型风力发电机年发电量约3.2万度。比3米风速多发出一倍以上的电量,多创产值近万元。

如果北京市安装1万台,每年可发电量3.2亿度,等于新建一座大中型发电厂,相当于节约24万吨原煤,减排30万吨二氧化碳,以及其他大量的废气和粉尘。3.2亿度电价值1.6亿元以上,1万台套小型微风风力发电机组约2亿元(一台套4千瓦的小型风力发电机组,其价格约2万元),1.3年时间可以收回投资。

★按每年可利用小时数为5000小时计,一台4千瓦的小型风力发电机年发电量约2万度。如果北京市安装1万台,每年可发电量2亿度,等于新建一座中型发电厂,相当于节约15万吨原煤,减排20万吨二氧化碳,以及其他大量的废气和粉尘。2亿度电价值1亿元以上,1万台小型风力发电机约4亿元(一台4千瓦的小型风力发电机,其价格约4万元),3-5年可以回收投资。

 

 

利用小时数

年发电量

节约煤

减排CO2

电单价

产值

风机单价

投资额

回收年限

风速3米

5000小时

2亿度

15万吨

20万吨

0.5元

1亿元

4万元

4亿元

4年

风速2米

8000小时

3.2亿度

24万吨

30万吨

0.5元

1.6亿元

2万元

2亿元

1.3年

 

上海有40多万盏的路灯,每年的路灯耗电量达3.2亿度,如在路灯上安装1万台微风发电机,则将解决全年的道路照明用电,可节省资金1.7亿元。

如在全国的路灯上安装微风发电机,估算可节省100亿元。

如在草原、牧民、湖泊、渔场、偏远高速路、隧道、路灯、广告牌、指示牌、公园观赏、野外通迅站、边防哨所及居民并网用电等等,其经济效益在几百亿元。

按装机容量计算:通常小型风力发电机是大型风力发电机成本的五分之一,小型风力发电机的装机费用约为5万千瓦/1亿元,大型风力发电机约为1万千瓦/1亿元。

而本项目的微风发电风机的设备成本要低于通常的小型机发电设备成本的1/3以下,重量很轻,1000w风机只有13公斤,零部件生产做到全部国产化,发电持续且电压高,安装选址方便,可以直接与配电网并网连接。

以安装1000千瓦的风电场对比来说明微风发电机分布式风场的优势:

现在的大型并网风力发电项目。都是兆(1000千瓦)瓦级别的风力发电机。单机发电机重量都是60吨以上,加上80米高左右的塔,三根叶片35米以上,总重量达到300吨以上。由于是有铁芯的发电机。启动风速都要3.5米左右。额定的功率风速都是设计的高,约14-15米每秒。这样的风速全年平均时数少。在微风时候是不能启动。中风速时候由于3叶片适度比小(叶片面积与叶片扫过的风面积比)。转速低。漏风多。转速15-20-25-30转每分钟。风速超过25米就要停机。所以大型的3叶片风力发电机都是安装在风力资源丰富的地区。现有的10兆瓦风电场约100台左右风力发电机,占地30平方公里,投资约10亿。约10元一瓦。由于在偏远的地方和海岛,电网离高负荷用电地区远,需要架设长途电网。需要大量的电线和高压塔。由于风力发电机发的电是随风速大小在变换。对并网电网的影响大,所以控制在一定的范围,由于单机功率大,一旦损坏一个,也影响整体发电,维修需要特殊的机器,比如大型塔吊,大型3叶片发电机有转动电刷装置,有磨损,易损坏,寿命短,维护成本高。用电低谷的晚间的时候,风速大,为避免对电网影响,电力公司限制风电场的发电机不能全额发电,让昂贵的风机停一部分不工作,浪费丰富的高风速资源。这就是集中并网的一个严重的弊端。现在越来越多专家提出分布式并网。风力资源丰富的地区越来越少了。差不多都上了大型3叶片风力发电机。用电高负荷的地区风力资源都一般,安装大型的高风速的风力发电机效率低下。

    垂直轴微风风力发电机系统,采用无铁芯,无磁阻力。定子线圈没有转动电刷装置,寿命长。0.8米软风启动。2米微风就可以风电输出电能。由于是多叶片(8个以上),适度比高于3叶片。在转速低的并网情况下,效率也高。1000千瓦的3叶片风力发电机,叶片长约35米,采用垂直轴兆瓦级微风高效发电机组直径1米,高度约30米就可以达到一样的功率,占地面积仅仅是2-3平方米。由于发电机是空芯结构,特殊△支撑结构,轻又抗风。在25米强风一样工作,不需调节叶片迎风角度。重量是有铁芯的风力发电机的六十分之一,成本也低二十分之一。塔架矮重量也低。设计10千瓦-100千瓦的垂直轴风力发电机组,重量轻,便于安装和维护,组成微风发电系统,可以像栽树一样一排排一行行的竖立在山坡或不与农田争地的闲置土地。适合广大的风力资源不丰富的地区,采用分步式并网,不需要另外架设专用长距离电线。省却了一部分高压电线铁塔投资。就地并网在用电高负荷的地区高压或者低压线路上。没有大型3叶片发电机的大型升压降压变压器系统。占的比例小,不影响电网引起波动。单机功率小,损坏也不影响其他发电机并网发电。安装高度低,维修都方便。就近在城市的郊区,沿海,滩涂,小山坡,湖泊,河边,大桥上,高速公路,路边旁边及闲置的地方发电就地并网,农村城镇,旅游区,矿山等等有微风,中小风的地区,广泛的在全国分布式并网发电。不需要在离电网很远的地区安装发电。降低成本。即使东边有风西边无,都不影响,有风就发电就地并网。真正的环保节能产品系统。  

6.3.3简略预计利用风能资源产生的经济效益分析和社会效益分析:

6.3.3.1、一台2千瓦风力发电机,额定发电功率2000瓦,月发电时间450小时,月发电量900度,居民用电0.61元/度,商业用电1.00元/度,并网卖电0.70/度,节约费用为居民549.00元,商业900.00元,并网获利630元。

6.3.3.2、一万台2千瓦风力发电机月可节约电费,居民549万元,商业900万元,并网获利630万元;年可节约电费,居民6588万元,商业10800万元,并网获利7560万元。

6.3.3.3、城市路灯照明:据资料显示,目前我国用于照明的年用电量超过3000亿度,约占全国总发电量的13%,而城市照明的年用电量约占全国总发电量的7%~8%。  

上海城市照明平均在3.2亿千瓦时,民用一般占1/5,工业占4/5。上海市路灯总数40多万盏,每盏路灯的平均功率为250瓦,(上海市路灯管理中心提供)合1亿瓦,10万度/时,平均每天8小时用电,日用电80万度,月用电2560万度,年用电30720万度,耗电费17568万元。

6.3.3.4 10千瓦柴油发电机与10千瓦风力发电机20年使用期限对比分析:

 

 

设备费

耗油量

耗油费

人工费

维护费

合计

共发电

度电成本

节省费 用

柴油机组

2.36万元

37.15吨

28.50万元

96万元

48万元

174.86万元

144万度

1.21元

 

风电机组

10万元

10万元

140万度

0.07元

164.86万元

注:风电机组的设备费中含安装费。

7成果转化产后产生的经济和社会效益估算,具体计算该方法、依据。

风电能源是一种清洁的可再生能源,中国风能储量很大、分布面广,仅陆地上的可利用风能储量就有约2.53亿千瓦,近海可利用风能还有7.5亿千瓦。成果转化后,本项目可在利用3米风速风能的基础上发掘风能的潜能,在软风(2米风速)风力上再提升几倍的风能利用,重点确定以下几个营销方案,大致分析如下:

7.1海岸线风光互补供电方案:中国有海岸线长度为1.8万公里;的面积达500平方米以上的岛屿为6536个,总面积72800多平方公里,岛屿岸线长14217.8公里。其中有人居住的岛屿为450个。中国渔船接近30万艘。中国的各大河流湖泊的河岸线还无法统计出具体数据。

7.1.1东南沿海及其岛屿,为我国最大风能资源区。

这一区域,有效风能密度大于、等于200W/m2 的等值线平行于海岸线,沿海岛屿的风能密度在300W/m以上,有效风力出现时间百分率达80-90%,大于、等于3m/s的风速全年出现时间约7000-8000h,大于、等于6m/s的风速也有4000h左右。在福建的台山、平潭和浙江的南麓、大陈等沿海岛屿上风能却很大。其中台山等能密度为534.4W/m2 ,有效风力出现时间百分率90%,大于、等于3m/s的风速全年累积7905h。换言之,平均每天大于等于3m/s的风速有21.3h,是我国平地上有记录的风能资源最大的地方之一。

以上是基于3米风速的情况下统计的数据,实际上,在上述地区几乎每时每刻都存在软风以上的风能,按照本项目技术是可以做到全年都能发电的,有效风力出现时间为95-100%。如果在上述地区建立分散式风能发电,将会产生巨大的电能和经济、社会效益。

例:安装100万台套4千瓦的小型风力发电机组,每年可发电量320亿度,等于新建100座中型发电厂,相当于节约2400万吨原煤,减排3000万吨二氧化碳,以及其他大量的废气和粉尘。320亿度电价值160亿元以上,100万台套小型微风风力发电机组约200亿元(一台套4千瓦的小型风力发电机组,其价格约2万元),1.3年时间可以收回投资。假如采取多台风机联网+并网方式,则能节省30%的投资,一年即可收回全部投资。

以下数据不再做预计效益分析。

7.1.2内蒙古和甘肃北部为我国次大风能资源区

这一地区终年在西风带控制下,而且又是冷空气入侵首当其冲的地方,风能密度为200-300W/m2 ,有效风力出现时间百分率为70%,大于、等于3m/s的风速全年有5000h以上,大于、等于6m/s的风速在2000h以上,从北向南逐渐减少,但不象东南沿海梯度那么大。风能资源最大的虎勒盖地区,大于、等于3m/s和大于、等于6m/s的风速的累积时数,分别可达7659h和4095h。这一地区的风能密度,虽较东南沿海为小,但其分布范围较广,是我国连成一片的最大风能资源区。

7.1.3黑龙江和吉林东部以及辽宁半岛沿海,风能也较大

风能密度在300W/m以上,大于、等于3m/s和6m/s的风速全年累积时数分别为5000-7000h和3000h。

7.1.4青藏高原、三北地区和沿海为风能较大区

这一地区(除上述范围),风能密度为150-200W/m2 ,大于、等于3m/s的风速全年累积4000-5000h,大于、等于6m/s的风速全年累积为3000h以上。青藏高原大于、等于3m/s的风速全年累积时数可达6500h。

从三北北部到沿海,几乎连成一片,包围着我国大陆。大陆上的风能可利用区,也基本上同这一地区的界限相一致。

7.1.5云贵川,甘肃、陕西南部,河南、湖南西部,福建、广东、广西的山区,以及塔里木盆地,为我国最小风能区

风能密度为50W/m2 ,可利用的有效风力出现时间百分率仅为70%,大于、等于3m/s的风速全年累积时数在2000h以下,大于、等于6m/s的风速在150h以下。所以,这一地区除高山顶和峡谷等特殊地形外,风能潜力很低,无利用价值。

7.1.6在4和5地区以外的广大地区,为风能季节利用区

有的在冬季、春季可以利用,有的在夏、秋季可以利用。这一地区,风能密度在50-100W/m2 之间,可利用风力为30-40%,大于、等于3m/s的风速全年累积在2000-4000h,大于、等于6m/s的风速在1000h左右。

7.2高速路信号灯风光互补供电方案:我国现有高速路10万公里,几乎每个路口和弯道处都要设置警示牌、信号指示灯。资料显示,全国公路网中95%的高速公路、61%的一级公路、42%的二级公路都是集资建设,每条公路上都设有收费站,自然分段收费,收费站上设置信号灯或照明设施(国家建设的高速公路也要设置信号指示灯)。信号灯的供电电源目前有采用太阳能供电方式,但是在长时间阴天的情况下就不能很好的使用,如果改用风电太阳能结合供电方案,利用高速路上过往车辆产生的风力和自然风力作为补充电源,将大量节省铺设电力设施投资;

7.3城市照明路灯风光互补供电方案:中国现有城乡路灯总数,大约在2亿盏,并以每年20%的速度增长,假如这2亿盏400瓦或250瓦高压钠灯全部改成150瓦或100瓦风光互补LED路灯,并且每盏路灯每天工作12小时,在1年内将节约1500亿度电。

三峡水电站在2010年的发电总量为840亿度电。把全国2亿盏路灯全部改为后,所节省的电量相当于1.8个三峡水电站2010年的全年发电量。

一套400瓦的常规路灯一年耗电超过1000度,相当于消耗标准煤400多公斤。若换成1000套照明效果相当的150瓦风光互补路灯,一年可间接节电上百万度,节约标准煤达400多吨。

目前,全球的环境在日益恶化,各国都在发展清洁能源。而我国30多年的经济高速发展,电力供应一直跟不上,同时,大量的火力发电厂也造成环境的污染。我国有丰富的风能及太阳能资源,路灯作为户外装置,两者的结合做成风光互补路灯,无疑给国家的节能减排提供了一个很好的解决方案。“十二五”期间,节能环保行业将占据经济建设中的重要角色,风光互补路灯在城市道路照明行业中的发展前景十分看好。

7.4城市楼房过道公共照明风光互补供电方案:楼顶的高度都超过10米,风能利用的最佳高度是40-110米,距离地面60米高度的风速是10米高度的3倍多。可见小型微风风力发电机安装在城市塔楼的楼顶,发电效率会成倍提高,完全可以满足楼道照明和公共场所的照明用电需求。

据介绍,上海乃至全国大中型城市的高层建筑、沿海地区50米高处平均风速可达每秒6.7米,年有效风力累计时间7300小时以上,风能资源比较丰富。

7.5边远山村风光互补供电方案:2012年7月国家公布还有500万人口至今没有使用电,如果采用风电太阳能结合系统供电方案的话,可改善这部分人口的生活状况和质量,为国家政府解决负担,从而提高全民族的生活水平。

7.6小企业风光互补供电方案:可以减轻国家电力紧张的压力,利用清洁能源符合环保的要求和趋势。

7.7分散式风能发电基地:分散式开发是指不通过变电站,直接将风电升压后接入农网和低压电压,不会影响电网的电压。

相比大规模集中开发,分散式开发可以降低成本,分散电网的事故风险并缓解消纳瓶颈,适合电网结构好、土地面积有限的地区。

据调查,我国适用于开发低风速和高海拔风电基地的区域占全国风电资源区域面积的一半以上,其中低风速及海上风电资源区域多集中于福建、河北、江浙沿海、山东等地,正是我国电力负荷比较大的地区,而此前由于政策和用地等方面的原因,对风电的开发和利用很少。

基地就近用电区的布局方式,将有助于解决我国风电使用方面一直存在的运输和并网难题,考虑到这些省市对电力的需求量和经济状况,低风速电场在未来的市场潜力也将十分巨大。

8投资概算:

8.1项目投资资金

需要资金5000万元,用于年产1000台5KW风机,1000台风电控制器的生产。

资金用途如下:

购买土地50亩,2500万元

建筑厂房10000平米,700万元

各种原材料储备流动资金700万元

组装配套工具设备费150万元

风电控制器厂350万元

职工工资50人240万元

管理费用100万元

实验室、检测费等150万元

办公车辆2台、运输车辆2台40万元

不可预见费用70万元

9 合作方式

9.1可以采取股权出让方式

股权出让方式:拟出让股权30%,获取5000万元投资。如投资人想抽回投资,经双方协商后,需满5年期后由企业回购股份。

9.2 质押方式:如在合作的5年期限内,投资方没有收回全部投资额,企业则可以将全部厂房及土地无条件交给投资方所有

10 营销推广方案

第一种方式以中小企业(居家)安装高效风电供电供热系统,采用合同能源管理的方式经营,卖电分成获取盈利收益。

第二种方式是销售高效风电系统,获取销售收入。

10.1我公司采取的主要营销方案即为客户提供“风电能企业(居民)用电热水供应方案”,免费安装微风发电系统。根据风能转化电能不稳定的特点,储蓄电不如储蓄热水,我们开发了风电蓄电和蓄热水的清洁能源系统,尽最大能力为客户(居民和企业)提供用电和生活取暖热水。

经济效益分析如下:一套10千瓦的风电系统,保守估计24小时能发出120度电,能产生5吨左右的50-70度的热水,可以为1000平米的房屋面积提供取暖用热水和为30人10口之家的生活用热水(平均每人200斤/天)。

10.2一台10千瓦的风电机价格10万元,每天节省120度电,即80元;5吨热水保守节煤300KG/天,折合人民币200元以上;其他设施基本上没有更换,月节约人民币近万元,10个月即可收回投资。

11 盈利模式

鉴于2013年3月1日国家颁发了国家电网《关于分布式电源并网服务意见》正式施行,我们调整了经营模式,第一,不以直接销售风电机产品为主,而是借鉴合同能源管理方式的优点,为电力紧张的企业就地解决电力不够用的问题,免费安装风电设备,企业按照国家牌价或低于牌价购买电量,所获得的利润几家分成;第二,建立林上林下经济新能源生态园(另详见方案),为社会提供给更多的新能源和资源产品。

11.1本方案模式赢利点分析:

11.1、安装300台套50千瓦的小型风力发电机组,每天可发电20小时,每小时保守估算发电1.5万度,每天发电30万度,每度电0.7元,每年可发电量10800万度,卖电收益可达7560万元。

 

11.2 10千瓦柴油发电机与10千瓦风力发电机20年使用期限对比分析:

 

设备费

耗油量

耗油费

人工费

维护费

合计

共发电

度电成本

节省费 用

柴油机组

2.36万元

37.15吨

28.50万元

96万元

48万元

174.86万元

144万度

1.21元

 

风电机组

10万元

10万元

140万度

0.07元

164.86万元

注:风电机组的设备费中含安装费。

11.3 小型发电机组投资回收周期分析:

年用电量

(10小时/天)

单价

年合计

金额 元

10年合计

金额 元

3KW风电机年发电量

折合金额

风电机价格

家庭500度

0.67

335.00

3350.00

 

 

不必安装

别墅4000度

 

2680.00

26800.00

10800度

7236元

3万元

热水、取暖5000度

 

3350.00

33500.00

 

 

 

别墅 合计

 

6030元

6.03万元

 

 

5年回本

寺院5000度

 

3350元

3.35万元

 

 

 

小企业

 

 

 

 

 

 

说明:a、这里没有计算安装的线缆和用工费,风电机包括安装费。

      b、家庭风电机储能系统包括调压稳压器、整流器、控制开关等附属设备没有计算在内。

c、最经济的方案是几家合用一台风电机组,各家分摊费用会更低。

11.4 成套发电机组发电效益分析:

风机功率(瓦)

年发电量   (10小时/天)

电价 (元/度)

年收益(元)

300

1080度

0.50

540.00

500

1800度

0.50

900.00

1000

3600度

0.50

1800.00

2000

7200度

0.50

3600.00

5000

1.8万度

0.50

9000.00

10千瓦

3.6万度

0.50

18000.00

20千瓦

7.2万度

0.50

36000.00

 

11.5各型号发电机组的年多发电收益表:(微风、乱风,5米/秒以下风能转化电能)

风机功率(瓦)

年多发电量  

电价 (元/度)

年收益(万元)

10千瓦

15783.6度

0.50

0.79

20千瓦

31567.2度

0.50

1.58

50千瓦

78918度

0.50

3.95

100千瓦

157836度

0.50

7.89

150千瓦

236754度

0.50

11.84

200千瓦

315672度

0.50

15.78

 

11.6酒店发电烧热水为例:

热水耗电量1400kw,总用电量2170kw,可配备风电机500kw,200千瓦风机30万×5=150万元,热水罐,热水表,5万元,安装费5万元,配备蓄电池组100kw,50万元,合计210万元,用电方式,白天用电晚上烧水。烧水时间10小时,可烧热水45度(5000度÷30度×600公斤)100吨,省电5000元/天,一年省电180万元。每天用电14小时,每天可发电7万度(实际用电1.1万度),可省电费1.1万元,(另 节余5.5万度电另图他用),一年省电费近400万元,合计年节省580万元电费。

 

我们利用产品技术上的绝对优势,在风电机产品市场上一定会战胜对手,为解决当前市场的电力紧张问题出一份力,为社会提供清洁能源,也为居民、企业、环境创造更多更大的财富和效益,加快实现中国梦!

 

 

 

上海毓德新能源有限公司

联系人:毕献奎

联系电话:18019317125    传真:021-55077116

联系地址:上海市宝山区华灵路1225弄723号

邮政编码:200436

 

 
 
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