▲作者簡(jiǎn)介
李建林博士，
中國(guó)科學(xué)院電工研究所副研究員，
碩士生導(dǎo)師，
中國(guó)可再生能源風(fēng)能協(xié)會(huì)委員，
全國(guó)風(fēng)力機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員，
中國(guó)電氣大典可再生能源發(fā)電工程編委，
電工技術(shù)學(xué)會(huì)、
動(dòng)力工程學(xué)會(huì)新能源專委會(huì)委員，
ieee會(huì)員。

由于我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、自主創(chuàng)新能力不足、產(chǎn)業(yè)體系不盡完善，這樣的“井噴式”發(fā)展在一定程度上會(huì)加劇風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)。如果我們沒(méi)有清醒的認(rèn)識(shí)和足夠的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，僅僅躺在“增長(zhǎng)率”上盲目樂(lè)觀，必會(huì)影響風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。隨著我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，風(fēng)電制造業(yè)的生產(chǎn)能力急速擴(kuò)張，大批兆瓦級(jí)新型機(jī)組產(chǎn)品匆忙投入規(guī)?；a(chǎn)和野外運(yùn)行，隨之而來(lái)的是產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越突出。有關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)風(fēng)電整機(jī)制造和零部件生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品在試制和運(yùn)行過(guò)程中均出現(xiàn)過(guò)不少質(zhì)量問(wèn)題，這些質(zhì)量問(wèn)題都對(duì)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性造成了“致命的打擊”，大大降低了機(jī)組的可利用率，達(dá)不到95％的要求，加大了風(fēng)電項(xiàng)目的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。況且，我國(guó)風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)投資和產(chǎn)能結(jié)構(gòu)很不平衡，國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)一擁而上集中于整機(jī)研制，而變流器、電控系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件的研制配套投入和產(chǎn)能則明顯不足，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)上下游不協(xié)調(diào)。針對(duì)國(guó)內(nèi)風(fēng)電的現(xiàn)狀和我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展總體戰(zhàn)略部署，風(fēng)電領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備、技術(shù)需求和科技需求概括如下：

風(fēng)能資源詳查及風(fēng)電輸出功率預(yù)測(cè)技術(shù)
我國(guó)有關(guān)部門將進(jìn)行三次風(fēng)能資源普查。2010年前，完成1億千瓦項(xiàng)目的風(fēng)能資源量評(píng)估，評(píng)估的重點(diǎn)區(qū)域?yàn)椋簝?nèi)蒙、張北和河北北部、黑龍江、吉林、甘肅寧夏河西走廊、山東半島、蘇滬沿海、浙江沿海、福建和廣東沿海。在完成全國(guó)1億千瓦風(fēng)能資源評(píng)估后，繪制不同開(kāi)發(fā)區(qū)域的1公里×1公里風(fēng)能資源分布圖，制定1億千瓦項(xiàng)目布局規(guī)劃。近海風(fēng)資源的詳查，更是三峽公司發(fā)展的重點(diǎn)，對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)積累經(jīng)驗(yàn)。另外，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的預(yù)測(cè)更是一項(xiàng)核心技術(shù)，丹麥、荷蘭等國(guó)已經(jīng)在這方面取得了系列成果，精確度也在逐步提高，而我國(guó)在這方面還未進(jìn)行深入研究。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委制訂的《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，到2010年，全國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到1000萬(wàn)千瓦，并在內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、河北和江蘇等風(fēng)能資源豐富地區(qū)，建設(shè)６個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地。目前來(lái)看，這一目標(biāo)可能仍然太低。2008年，我國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到630萬(wàn)千瓦，連續(xù)四年實(shí)現(xiàn)風(fēng)電新增裝機(jī)容量翻番，達(dá)1221萬(wàn)千瓦。盡管風(fēng)電等可再生能源發(fā)展迅猛，但是調(diào)查結(jié)果顯示，目前國(guó)內(nèi)許多電場(chǎng)投產(chǎn)后實(shí)際的年平均發(fā)電量比預(yù)測(cè)值低20%～30%，極少數(shù)電場(chǎng)甚至低達(dá)40%，導(dǎo)致該結(jié)果的一個(gè)重要原因就是風(fēng)能資源的測(cè)量和評(píng)估存在問(wèn)題。研究風(fēng)能精細(xì)評(píng)估和風(fēng)場(chǎng)微觀選址技術(shù)，確立我國(guó)在大型風(fēng)場(chǎng)數(shù)值仿真領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位。
將數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)能資源評(píng)估是一個(gè)行之有效的方法。從基礎(chǔ)理論上講，建立在對(duì)邊界層大氣動(dòng)力和熱力運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)物理描述基礎(chǔ)上的數(shù)值模擬技術(shù)要優(yōu)于僅僅依賴氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)的空間插值方法；從實(shí)際應(yīng)用上來(lái)看，數(shù)值模擬方法可以得到較高分辨率的風(fēng)能資源空間分布。海上風(fēng)資源評(píng)估特點(diǎn)：由于水陸不同下墊面的摩擦作用對(duì)風(fēng)速的影響很大，海(江)岸帶附近風(fēng)速變化劇烈，是風(fēng)能資源水平梯度最大的區(qū)域，但因現(xiàn)有的氣象站點(diǎn)分布有限，尤其是上海海岸帶以及近海海面上氣象觀測(cè)點(diǎn)稀少，僅靠氣象站觀測(cè)資料較難全面反映不同地域風(fēng)能資源的分布差異；海上測(cè)風(fēng)設(shè)備安裝困難、成本高，且難于管理和維護(hù)。灘涂測(cè)風(fēng)，由于基準(zhǔn)面為海水和陸地交替，風(fēng)切變變化很大，更增加了測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的不確定性。為詳細(xì)了解這些區(qū)域的風(fēng)能資源分布情況，以往經(jīng)常采取在所關(guān)心區(qū)域布設(shè)臨時(shí)加密觀測(cè)點(diǎn)的方法，但這種方法需要耗費(fèi)大量的人力物力，同時(shí)還要受到地形條件的限制。由于風(fēng)電建設(shè)的風(fēng)能數(shù)據(jù)不同于氣象意義上的風(fēng)能數(shù)據(jù)，大多數(shù)地區(qū)氣象局提供的風(fēng)能數(shù)據(jù)只能作為風(fēng)電建設(shè)的參考數(shù)據(jù)并不能作為設(shè)計(jì)依據(jù)，為了進(jìn)行風(fēng)電建設(shè)必須重新增加當(dāng)?shù)氐臏y(cè)風(fēng)環(huán)節(jié)，增加了投入，延緩了建設(shè)時(shí)間，美國(guó)和歐洲一些國(guó)家自世紀(jì)年代初就已開(kāi)始對(duì)其海上風(fēng)能資源進(jìn)行評(píng)估。我國(guó)沿海及海上風(fēng)能資源評(píng)估雖已有一定工作基礎(chǔ)，但分析方法比較簡(jiǎn)單，且缺乏系統(tǒng)性和完整性。

具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵零部件——控制系統(tǒng)、變流器、變槳距核心技術(shù)
葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)、變流器、變槳距系統(tǒng)等均為風(fēng)電系統(tǒng)的核心零部件。其中，葉片已有保定惠騰、中復(fù)連眾、上玻院等企業(yè)已經(jīng)具備批量化生產(chǎn)能力；齒輪箱已經(jīng)有重齒、南高齒等企業(yè)，均已能夠產(chǎn)業(yè)化，并且還有部分出口；發(fā)電機(jī)更是有蘭州電機(jī)、永濟(jì)電機(jī)廠等一批生產(chǎn)廠商，基本具備了大規(guī)模生產(chǎn)能力。
而控制系統(tǒng)、變流器、變槳距系統(tǒng)等作為風(fēng)電系統(tǒng)的“大腦”，其技術(shù)更是核心中的“核心”。作為mw級(jí)風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵的核心部件，我國(guó)基本擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化控制系統(tǒng)，并逐步替代了進(jìn)口產(chǎn)品，成本可以大幅度下降。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)化控制系統(tǒng)便于風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行人員的操作與運(yùn)行維護(hù)，降低了維護(hù)成本。從而將有效降低風(fēng)電機(jī)組的整機(jī)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)，在mw級(jí)風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化后，利用我們產(chǎn)品的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，可以大幅度提高國(guó)產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，還可以部分出口。

風(fēng)電與電網(wǎng)建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展技術(shù)
如何協(xié)調(diào)電源、電網(wǎng)、負(fù)荷三者之間的關(guān)系，是保證規(guī)劃好、建設(shè)好和運(yùn)行好一個(gè)電力系統(tǒng)重要環(huán)節(jié)。特別是在電力體制改制后，電廠與電網(wǎng)分屬不同的集團(tuán)公司，電廠與電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)顯得更為重要。為了規(guī)范和加強(qiáng)電廠接入系統(tǒng)的前期工作，國(guó)家電網(wǎng)公司已先后制定了《國(guó)家電網(wǎng)公司電廠接入系統(tǒng)前期工作管理辦法》。
近年來(lái)，國(guó)外電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提出了新的要求，在電網(wǎng)電壓跌落期間要求風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能夠保持和電力系統(tǒng)之間的連接，并且根據(jù)電壓跌落的幅度向電網(wǎng)提供不同的無(wú)功功率。因此，國(guó)外電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此進(jìn)行了規(guī)定，其中德國(guó)的e.on標(biāo)準(zhǔn)是影響最大的標(biāo)準(zhǔn)之一。雖說(shuō)我國(guó)目前還沒(méi)有出臺(tái)類似于德國(guó)e.on標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)范，但隨著風(fēng)力發(fā)電占我國(guó)電力能源比例的不斷增大，可以預(yù)期我國(guó)也會(huì)在不久的將來(lái)制訂出我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

風(fēng)電與其他能源互補(bǔ)與蓄能等技術(shù)
風(fēng)電與其它發(fā)電技術(shù)組成的互補(bǔ)系統(tǒng)，以及風(fēng)電與大規(guī)模蓄能裝置的配套應(yīng)用，也是風(fēng)電應(yīng)用的重要技術(shù)途徑?；パa(bǔ)系統(tǒng)可以并網(wǎng)或離網(wǎng)運(yùn)行，特別在我國(guó)，小型風(fēng)電機(jī)組及與其它能源，如光伏發(fā)電組成的互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在無(wú)電有風(fēng)地區(qū)得到了很好的應(yīng)用。對(duì)于三北地區(qū)風(fēng)能資源豐富、電網(wǎng)較薄弱的地區(qū)，在風(fēng)電場(chǎng)的附近提供互補(bǔ)系統(tǒng)運(yùn)行，可使得風(fēng)電場(chǎng)也能夠成為電網(wǎng)中一個(gè)穩(wěn)定輸出負(fù)荷的電源，并且在一定程度上能夠參與電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行。在這些地區(qū)發(fā)展風(fēng)水、風(fēng)氣互補(bǔ)系統(tǒng)，作為解決風(fēng)能間歇式發(fā)電缺陷的重要技術(shù)措施，也是風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方面。

風(fēng)電的非并網(wǎng)應(yīng)用
歐洲，特別是北歐，分布式發(fā)電是風(fēng)電開(kāi)發(fā)的主要模式，在我國(guó)也有較好的應(yīng)用前景。分布式發(fā)電主要?jiǎng)澐譃榉植际叫⌒惋L(fēng)電場(chǎng)分散上網(wǎng)、風(fēng)電直接為高能耗企業(yè)供電等分布式應(yīng)用，以及風(fēng)電場(chǎng)與相應(yīng)規(guī)模的蓄電裝置組合等模式。在我國(guó)東部和內(nèi)陸土地資源比較緊缺的地區(qū)，沒(méi)有大規(guī)模開(kāi)發(fā)的條件，宜于開(kāi)發(fā)分布式小型風(fēng)電場(chǎng)。風(fēng)電直接應(yīng)用于高能耗的企業(yè)，并與大規(guī)模蓄電（特別是液流蓄電）相結(jié)合以提高供電質(zhì)量和調(diào)峰能力，也是風(fēng)電非并網(wǎng)運(yùn)行的一個(gè)新方向。對(duì)于某些用電負(fù)荷較大，同時(shí)對(duì)電力質(zhì)量要求不高的企業(yè)，如海水淡化、金屬冶煉等，可以大量減少用電成本，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，在我國(guó)某些地區(qū)具有發(fā)展?jié)摿ΑｏL(fēng)電還可和大規(guī)模蓄電裝置配合，組成分布式電站，為分散的村鎮(zhèn)提供生活和生產(chǎn)用電，但目前要解決的主要技術(shù)問(wèn)題是風(fēng)電機(jī)組和蓄電裝置的可靠性。

結(jié)論
為確保我國(guó)風(fēng)電有序、健康發(fā)展，逐步理清我國(guó)風(fēng)電發(fā)展中急需解決、滿足的技術(shù)、科技需求，是保障風(fēng)電發(fā)展的有效途徑。無(wú)論是風(fēng)能資源詳查及風(fēng)電輸出功率預(yù)測(cè)技術(shù)、具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵零部件核心技術(shù)，還是風(fēng)電與電網(wǎng)建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展技術(shù)、風(fēng)電與其他能源互補(bǔ)與蓄能等技術(shù)以及風(fēng)電的非并網(wǎng)應(yīng)用等方面，均應(yīng)引起科研人員以及國(guó)家層面的普遍關(guān)注。