“变桨网状拉线风电轮”项目可行性报告_风电项目可行性报告

“变桨网状拉线风电轮”项目可行性报告由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“风电项目可行性报告”。

“变桨网状拉线风轮”

重大新能源专利项目可行性研究报告

试看天下谁能敌?!

摘要：“变桨网状拉线风轮”主要特征为：有轮毂、轮圈、几十个叶片和使它们固定为一体的拉线，拉线从叶片内部纵向穿过，叶片为型材,并由在风轮上的杠连杆机构变桨。这是非常理想的发电风轮，已经国家级国内外查新和专利授权。基本完成78米直径、2兆瓦的大型“变桨网状拉线风轮”主要工程图设计，“五脏俱全”结构原理样机已成功问世，设计理论和功能特点已大体得到验证（见照片, 3.4米直径）。主流的大型三叶片发电风轮存在额定转速小而“漏风” 严重（例如，2兆瓦三叶片风轮额定转速小于20转/秒）、风能利用系数CP的均值低、成本高等缺陷。大中型变桨拉线风轮相应比较三叶片发电风轮，其主要优特点有：1 风能利用系数CP均值增倍，达0.5,风电量增加40%,降低了安装大中型风轮的风能密度条件。主要原因是叶片面积、分布、叶片截面形状和桨距角等容易通过优选法达到非常理想的状态，无论风速大小,通过风轮的不作用于叶片的风很少；其断面形状设计可取能获得最多风能的最优相对厚度，风控自动变桨后效果更明显。2 易表面不锈钢化、安全可靠性好、抗台风能力强、使用寿命长。原因是：①叶片是型材，容易用不锈钢薄板简单包裹表面；拉线和轮圈表面也容易不锈钢化，全表面不锈钢化后，大大增加其强度,寿命可长达40年以上；②拉线轮能承受的均载径向力最大的轮子。③实度、桨距角可通过叶片调节器快速低成本大幅度调节。等等。3 转动惯量增至九倍，上网风电质量稳定，天然具备“低电压穿越能力”。节省30万元/1.5兆瓦台的相关技术改造费用。因为转动惯量增至约九倍。4 更加环保：对鸟类伤害少、噪声可能较小。5 降低了安装大中型风轮的风场运输条件，节省了巨额运输费用。6 多数零件型材化，制造成本减半，甚至于减至三分之一。仅变桨成本2兆瓦机可能约2万元，而三叶片风轮的相应变桨成本现约50万元。

生产商效益:以2兆瓦拉线风轮一个为例,总成本（含税杂费）50万元(主要为不锈钢时90万元),质优售价应≥相应的含变桨装臵三叶片风轮现价170万元，利润≥120万元(主要为不锈钢时80万元), 利润率≥71%(主要为不锈钢时47%)。发电企业新增效益：①省约30万元/台的“低电压穿越能力”技改费。②按发电量增40%计,年新增发电效益400元/KW装机容量。

投资200万元就可与风电厂合作实施2兆瓦“拉线风轮取代三叶风轮发电示范工程”和申请美欧等经济大国专利。小样机已成功，大型机也一定能成功，示范工程成功后，若有约50%国内风轮市场份额，则年总利润约20亿元，相应的，公司年专利转让费和股红约1亿元以上。

“全球可利用的风能比可开发利用的水能总量要大10倍”。我国《新兴能源产业发展规划》明确，今后十年风电投资约1.5万亿元。开发推广拉线风轮取代三叶轮发电，对全球的风电和提水产业将影响巨大而深远。项目是可行的,南通锴炼风电设备公司认为是风电革命，已表合作意向。欢迎多家投资商和风电公司来共同合作，并敬请政府和有关部门投资、搭桥。

关键词： 新能源 风轮 风电 低成本 风能资源 建议 1 项目背景

“全球的风能约为2.74X109MW，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍”。“风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。风力发电没有常规能源（煤电、油电、核电）会造成环境污染的问题。风力发电的经济性日益提高，发电成本较低，低于油电和核电，如果计及煤电的环境保护及交通运输等投资，风电成本也低于煤电。风力发电场建设工期短，单台机组安装方便。投资规模灵活，易操作。

“当前，我国的风力发电难题主要是工程造价高和上网电价高”。本项目的主要目的就是大幅度提高风能利用系数CP，大幅度降低风轮造价，提高安全系数，成倍增加使用寿命。

目前，三叶风轮是主流发电风轮。虽然已经有全套三叶风电设备成熟的产品和市场，但是存在着下列重大缺陷:①太多的通过大中型机的风不作用于叶片，致使起动特性差、风动能利用系数CP（风轮得到的转动能与通过风轮的风动能之比）的均值较低，在3米/秒以下风速时的CP值基本为零，5米/秒风速时的CP值仅约0.25，约7米/秒风速时的CP值才达到0.4；②其叶片是一种复杂的悬臂梁，大中型叶片生产难度和质量控制难度大而成本价格高，例如750KW的三个叶片价格（不含运杂费）约70万元,每千瓦价0.093万元,而几十千瓦的风轮每千瓦价更高——这可能是我国几十千瓦的中型风电较少的重要原因；③ 大型叶片粗、长、重而运输困难，致使许多风场不能使用上；④ 大型叶片的质检难度大，人们对它的安全感差，客户难以做到很放心地购买，而影响产品的推广应用。项目的自有核心技术

该风轮是一种风动能接收转换装臵(发明专利申请号201010563083.7, 201110296609.4,实用新型专利号201020629727.3等),包括有：轮毂、轮圈、叶片和使轮毂和轮圈固定为一体的拉线。叶片安装在拉线上,拉线从叶片内部纵向穿过，叶片是外包不锈钢薄板翼状断面铝合金或塑料型材,由在风轮上的杠连杆机构变桨。由于是安装了叶片的单位重量的直径和承载力最大的轮子“拉线轮”，而且其外观呈网状,所以可称之为“变桨网状拉线风轮”,简称“拉线风轮”。项目已通过广西科技情报所国家级国内外查新，已获实用新型专利权及发明专利申请初审合格,“五脏俱全”结构原理样机已成功问世，设计理论和功能特点已大体得到验证（见照片及演示文稿, 3.4米直径），78米直径（2兆瓦）的拉线风轮已基本完成主要工程图设计。项目的先进性

大中型变桨拉线风轮比较目前主流的比较先进的三叶片发电风轮，有下列六方面主要优特点：

3.1 风能利用系数CP均值增倍，达0.5,风电量增加40%,降低了安装大中型风轮的风能密度条件。

对于三叶风轮，一般来说，在3米/秒以下风速时的CP值为零，5米/秒风速时的CP值仅约0.25，约7米/秒风速时的CP值才达到0.4； CP均值约0.25，仅达CP的极限理论值0.593(贝茨极限)的42%。主要原因是太多的通过风轮的风不作用于叶片；而且,作为一种悬臂梁,其断面形状设计为了首先能承受很大的足够弯应力，不得不取风阻大的、只能获得较少风能的大相对厚度（叶片单位弦长的厚度）。在额定功率时，其尖速比λ一般在6左右时CP峰值可达0.45，这时，叶尖速度约80米/秒，相应的风速约13米/秒，而风场平均风速一般约6米/秒，显然，其CP达0.45的机会是很少的。

对于变桨拉线风轮样机(见照片及演示文稿)，与相应三叶风轮比较，转矩约增至4倍以上，转动阻力却只增加约一倍，不到1.5米/秒风速即可启动，并且启动后CP值即达0.5以上，CP均值约0.5，达CP的极限理论值0.593的84%。主要原因是叶片面积、分布、叶片截面形状和桨距角等容易通过优选法达到非常理想的状态，无论风速大小,通过风轮的不作用于叶片的风很少；其断面形状设计可取能获得最多风能的最优相对厚度，风控自动变桨后效果更明显。具体表现在其样机：①叶片多（24个）而细，叶片平面总面积为1.8平方米,风轮实度（叶片在风轮轴向的投影面积与风轮掠扫面积之比）为0.2,为相应三叶风轮实度的2倍，风轮转矩增加一倍；叶片面积的大部靠近轮周，风轮转矩又增加一倍；变桨对实度变化的影响比三叶轮大得多。将这三种效果叠加后，风轮转矩约增大至4倍以上；②拉线从叶片内纵向穿过，叶片支撑在已拉直的钢绳拉线上，叶片宽度仅0.055米(2兆瓦机叶片宽初步设计为0.35米,叶片数80)这样，叶片承受的纵、横向弯曲应力都很小，因而从头到尾都很薄（仅比拉线厚一点），其相对厚度大约是悬臂梁三叶片相应的平均相对厚度的三分之一；又由于桨距角为0°～28°是大多数情况，虽然与三叶轮比，叶片平面总面积大一倍，但在风轮转动方向，叶片的投影总面积并没有相应成比例增加，大约只增加三分之一，转动总阻力增加不大。考虑到叶片面积分布和叶片截面形状的不同，总的叠加权衡下来，风轮转矩约增大至4倍以上，转动总阻力约增加一倍，CP均值约增加一倍达0.5，发电量相应增加约40%。这样，变桨拉线风轮额定风速就可以低一些，一般可比相应三叶风轮的额定风速降约一个风力等级，如2兆瓦机额定风速可从13米/秒左右降至11米/秒。

现有风能利用书籍中所描述的多叶片风轮都不是变桨拉线风轮，这种多叶片风轮与三叶轮比较，其叶片都是悬臂梁，其平面总面积、风轮转动方向上叶片投影总面积和转动总阻力是大致成比例相应增加的，显而易见，不可将书中所标示的其力矩特性、功率特性等性能曲线简单套用于变桨拉线风轮。

3.2 易表面不锈钢化、安全可靠性好、抗台风能力强、使用寿命长。三叶轮的叶片是一种在工作时所受的内应力很大的复杂悬臂梁；大中型三叶片生产难度和质量控制难度大，被台风吹断裂的现象时有发生；在风砂的冲击下叶片表面损伤大；由于其形状复杂，难以用不锈钢薄板包裹表面，表面大多是用玻璃钢或碳纤维制成，质量好的寿命一般仅20年。

变桨拉线风轮安全可靠性好、抗台风能力强、使用寿命长的原因是：①叶片是型材，容易用不锈钢薄板简单包裹表面；拉线和轮圈表面也容易不锈钢化，全表面不锈钢化后，风砂的冲击下叶片表面损伤小，大大增加其强度,寿命可长达40年以上；拉线风轮报废残值高,客户容易检查质量而放心购买。（据网上资料，美国纽约的克莱斯勒大厦地处沿海受污染的环境，但它表面的不锈钢历经80载却依然熠熠生辉。）②在相同轮径、相同轮毂厚度条件下，拉线轮是单位质量能承受的均载径向力最大的轮子。③实度、桨距角可通过叶片调节器快速低成本大幅度调节——叶片旁有杠连杆机构等桨距角自动调节器。风轮的“实度”（叶片及其支撑物的投影面积与风轮面积之比）小，比较三叶片轮，虽然叶片面积大幅度增加，其实度在台风下自动变桨后为0.1以下，所受风压并没有相应增大。④现设计的轮圈、钢绳、轮毂、叶片等受力件强度安全系数1.38以上,刚度足够，风轮承载力高而不容易损坏，稳定性较好。⑤由于叶片是支撑在从其内部穿过的拉直的钢绳上,叶片宽度小,强台风下其纵、横向弯曲应力都不大。

从变桨拉线风轮样机照片可看到，3.4米外径的轮圈是用一般的20毫米镀锌水管制成的，该风轮样机的质量(不包含塔架和发电机)为30千克，钢绳拉线直径4毫米（本应按计算用3毫米的，但因配件制造难度大等原因，而用4毫米的代替）。虽然叶片内钢绳拉直调节后，该轮圈的不平度为50毫米，不圆度为10毫米，风轮运转后，由于离心力的作用，该轮圈不平度将随转速的增加而变小，负面影响不大，是可以接受的低成本偏差。该风轮样机的质量(不包含塔架和发电机)仅30千克。经估算，变桨后其实度降到0.08,可以短时间承受85米/秒史上最大风速。

3.3 转动惯量增至九倍，上网风电质量稳定，天然具备“低电压穿越能力”。据报道，近年，由于许多三叶风电机不具备“低电压穿越能力”，不少风电场发生了“脱网”事件，造成了严重的经济损失，因而要进行相应的技术改造。其费用为30万元/1.5兆瓦装机容量。不具备“低电压穿越能力”三叶风电机，在电网故障电压瞬间降低的情况下，外观的表现是其风轮转速相应突然变快。鉴于此，有专家提出了“利用快速变桨来减小输入机械转矩, 限制转速上升”的设想，从而达到具备“低电压穿越能力”。然而，由于叶片质量大，变桨过于突然将产生的巨大惯性冲击而造成风机损坏，使该设想难以成为现实。

而变桨拉线风轮转动平稳，上网风电质量好, 天然具备“低电压穿越能力”，节省30万元/1.5兆瓦台的相关技术改造费用。因为：半个拉线风轮重心至轮中心距离是相应的半个三叶风轮重心至轮中心距离的三倍左右，风轮质量相同而转动惯量却增至约九倍。

3.4 更加环保：对鸟类伤害少、噪声可能较小。

因大型三叶风轮转速一般15至20转/分，鸟类以为从相邻叶尖之间很大空间很大飞过没有问题，所以才被打中。大拉线风轮叶片为80个左右，相邻叶尖间距小，叶片均在轮圈内，鸟儿就很少从二叶片和轮圈之间这样小的空间飞过。由于三叶风轮在额定风速（约13米/秒）时叶尖速度一般为80米/秒以上，叶片又有点像风琴发音片这样只固定一端的东西，所以噪声大。拉线风轮是转距较大、转速稍慢（相应大型机额定风速约11米/秒，少了2米/秒），叶片从到尾是固定在拉线上，噪声可能较小。

3.5 降低了安装大中型风轮的风场运输条件，节省了巨额运输费用。大中型风轮可在一般风场当地组装，其断面管状大轮圈可在风场当地由简单的专用设备架设分段焊接而成，无需像三叶片轮那样要大型车辆和相应道路来运输。好的风场，多在道路较差的边远地方和山区，这一优点更加使风能资源容易得到较好地开发利用，意义重大。

3.6 多数零件型材化，制造成本减半，甚至于减至三分之一。

大中型三叶片是一种受内应力巨大的复杂悬臂梁，制造用的大中型模具等设备费用巨大，难以自动化或半自动化生产及质量检测，所以制造成本高昂，而且质量稳定性较差。例如近年750KW的三个叶片价格（不含变桨装臵和运杂费）约70万元,每千瓦价0.093万元；另外，由于大型叶片粗、长、重而运输困难，还要加上高昂的运输费用；还有，为提高效率和增强抗台风能力，现代三叶风轮增加了昂贵的变桨装臵，2兆瓦变桨装臵现价达50万元/套，2兆瓦变桨三叶轮现总价达170万元/台，成本约150万元/台。三叶风轮制造成本太高已是业内的共识。

由于在相同轮径、相同轮毂厚度条件下，拉线轮是单位质量能承受的均载径向力最大的轮子，而且，变桨拉线风轮叶片、轮圈、拉线和变桨杠连杆等绝大多数零件是型材，可自动化或半自动化生产，制造用的模具等设备费用少，所以其制造成本低。例如,叶片是铝合金或塑料通用挤出机高速低成本生产的断面翼型中空型材,可快速在拉线上装卸叶片。为了使叶片迎风角、宽度等参数能随风轮半径变大而变化, 型材叶片可用“叶片连接套”分多段阶梯式地安装在拉线上。以完成初步设计的2兆瓦变桨拉线风轮一个为例,其连轮毂和变桨装臵的总质量约30吨，与相应的三叶风轮总质量差不多，而成本仅约50万元，约为2兆瓦变桨玻璃钢三叶风轮成本的三分之一；若叶片、轮圈、变桨杠连杆等重要零件表面和拉线为不锈钢时，2兆瓦变桨拉线风轮成本约为90万元，约为变桨玻璃钢三叶风轮成本的60%。另外，运输运费大减,又减少了制造成本。项目的直接经济效益分析(与三叶风轮比较,未含国外)4．1 拉线风轮生产商效益

现基本完成78米直径(2兆瓦)拉线风轮初步设计。以2兆瓦变桨拉线风轮为例：直径78米轮圈用外径351毫米、壁厚8毫米钢管制成, 重16397千克,若是普通钢管费用为13万元；钢绳直径20毫米、总长2944米，总重4563千克,若是普通钢绳为5.5万元；拉线上的0.25米宽叶片中空复合料型材: 共2800×1.5千克/米＝4200千克,费用9万元：轮毂总重7.05吨,约5.6万元，变桨装臵约13万元；税杂等其它费用15.9万元 ,总费用50万元。因较优质,其售价应≥相应的含变桨装臵三叶片现价170万元（其中仅变桨装臵就50万元以上），则利润≥120万元, 利润率≥71%，利润/风轮的功率≥120万元/2000KW＝600元/KW。若轮圈是不锈钢复合管, 钢绳是不锈钢，叶片用0.3毫米不锈钢薄板包裹，则这三者费用分别相应增加至20万元、20万元和25万元，总成本（含税杂费）相应增至90万元，利润≥80万元, 利润率≥47%，利润/风轮的功率≥80万元/2000KW＝400元/KW。

由上比较分析可知, 变桨拉线风轮比三叶风轮成本减半。“据业内权威人士预测，到2020年，中国的风电装机容量将达到2亿～3亿千瓦”。若其中有0.5亿千瓦是拉线风轮容量,则全国拉线风轮叶片生产商的总利润为0.5亿千瓦×0.04～0.06万元/KW＝200～300亿元。相应的，公司年专利转让费和股红约1亿元以上。

4．2 拉线风轮发电企业的新增效益 ① 省下约30万元/1.5兆瓦台的“低电压穿越能力”技改费用。② 年新增发电效益333元/每KW装机容量。据中国风力发电网报道，天津津能大神堂风电场26兆瓦容量年供电5200万度,即200万度/兆瓦，若该风电场改用拉线风轮，按发电量增40%计,则每兆瓦拉线风轮机年增发电200万度×40%＝80万度,计为40万元，即年新增效益400元/每KW装机容量。项目实施方案

下一步，实施“拉线风轮取代三叶风轮发电示范工程”：与风电公司合作将一台其原有的2兆瓦左右的三叶风轮发电机改装为拉线风轮发电机，即用拉线风轮取代换下原机组的三叶风轮。若不计该风电公司已有的发电机、塔架等非风轮部分的投资，该拉线风轮及安装费用和申请美欧日印等经济大国专利权等约需投资200万元～500万元。凭本人四十多年的理论学习和几十架机器设计制造的成功经验，特别由于该结构原理样机（见照片）的成功，可以推断，大型拉线风轮一定能造成功。示范工程成功后，即可推广应用。风能资源和项目国内市场前景

“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。”

“绿色和平组织和欧洲风能协会提出了《风力12》报告，报告中指出到2020年，世界风力发电将达到世界电力总需求量的12%，我国电力发展“十一五”发展纲要中也指出，中国的风力发电将占世界风力发电总量的14%。风力发电与火力发电和水力发电比较，具有单机容量小、可分散建设等优点。……风力发电的优势和经济性、实用性等优点也必将显现出来。”

“随着酝酿一年多的《新兴能源产业发展规划》正式发布，我国2011年～2020年的能源发展规划将浮出水面。除核电和水电外，可再生能源投资将达到2万亿～3万亿元，其中风电约占1.5万亿元,到“十二五”末期，我国风电装机将达到9000万～1亿千瓦，到2020年中国风电装机将达到1.5亿千瓦。据业内权威人士预测，到2020年，中国的风电装机容量将远超过目前初步规划的1.5亿千瓦，达到2亿～3亿千瓦。”由于本项目的上述先进性，估计拉线网状风轮将占上述市场的较大份额。“2008年5月,国内从事风电叶片的厂家数目仅为30个,而仅仅两年后,这一数字迅速增加了3倍,达120余家”，“风电设备企业已达80家”，拉线网状风轮的出现，风电行业可能重新洗牌。结论和建议 综上所述可见，项目是可行的，而且对风电和提水行业将产生现实和深远的巨大影响。小样机试制前，南通锴炼风电设备公司就预言是风电革命,并已表合作意向。欢迎多家投资商和风电公司来共同合作，方式不限,联合向科技管理部门申报立项，并敬请政府和有关部门投资、牵线搭桥。

南宁市赛先生科技开发有限公司

陆中源 高级工程师

2011年12月2日

（原广西轻工业厅职工技协秘书长、退休高工,地址:530023南宁市建政路49号广西经委轻工离退办,电话***，电邮：***@126.com）