如何破解風(fēng)力發(fā)電的短板問(wèn)題

風(fēng)力發(fā)電屬于清潔能源，目前在全世界都已普及。我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)是風(fēng)力發(fā)電的大國(guó)，其裝機(jī)容量，陸海布局等都已經(jīng)名列世界前茅。

甘肅是全國(guó)陸上風(fēng)電的主要基地之一，河西走廊更有著“陸上三峽”的美譽(yù)。目前，風(fēng)力發(fā)電在技術(shù)上已經(jīng)趨于成熟，但是，它卻有一個(gè)最大的短板，那就是它的“聞風(fēng)而動(dòng)”，正所謂“有風(fēng)它就轉(zhuǎn)，無(wú)風(fēng)它就?！?，什么時(shí)候能發(fā)電？什么時(shí)候不能發(fā)電？什么時(shí)候多發(fā)電？什么時(shí)候少發(fā)電？都處于一種不確定狀態(tài)。這就使得電網(wǎng)公司十分為難而頭疼，為此有人甚至稱風(fēng)電為“垃圾電”。即使目前許多地區(qū)搞了風(fēng)電與光伏發(fā)電的互補(bǔ)，也還是不能完全彌補(bǔ)這種短板，并且光伏發(fā)電也是受限制的。據(jù)報(bào)導(dǎo)，目前全世界每年都有風(fēng)電和光電的“棄電”現(xiàn)象存在，我國(guó)尤其嚴(yán)重。

當(dāng)下和今后，我國(guó)要做到碳達(dá)峰、碳中和，并要滿足不斷增長(zhǎng)的能源需求，就必須最大限度地發(fā)展清潔能源，這其中風(fēng)力發(fā)電就是一個(gè)不可忽視的重要領(lǐng)域。我國(guó)面積大，風(fēng)場(chǎng)廣闊，要讓風(fēng)力發(fā)電成為真正靠得住的清潔能源，就必須解決風(fēng)電的短板問(wèn)題。

那么如何破解這個(gè)難題呢？其實(shí)早在2006年，甘肅的車安寧和鄭殿喜就提出了創(chuàng)造性的設(shè)想，并以“儲(chǔ)氣式氣動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組”的名稱申請(qǐng)到了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的實(shí)用新型專利。（專利號(hào)：ZL 200620159538.8，證書(shū)號(hào)：980622）

儲(chǔ)氣式氣動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)原理并不復(fù)雜，技術(shù)路徑也相對(duì)簡(jiǎn)單。具體設(shè)計(jì)是：

1.在現(xiàn)有的巨大風(fēng)塔頂部取消笨重的發(fā)電機(jī)組，代之以一個(gè)氣泵裝置。當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)氣泵工作并通過(guò)一個(gè)輸氣管向地面輸送壓縮空氣。（氣泵進(jìn)氣口需設(shè)置一個(gè)沙塵過(guò)濾罩）

2.在地面設(shè)置一組雙向串聯(lián)的大型壓縮空氣儲(chǔ)氣罐（臥式或立式都可以），接受風(fēng)塔輸氣管輸送的壓縮空氣。 

3.儲(chǔ)氣罐可以是N個(gè)，編號(hào)為1、2、3、4……它們之間以單向閥門a串聯(lián)，當(dāng)儲(chǔ)氣罐1被充滿壓縮空氣并達(dá)到一定壓力數(shù)值時(shí)，從排氣孔釋放出壓縮空氣，并帶動(dòng)與之對(duì)接的發(fā)電機(jī)發(fā)電。

4.風(fēng)大時(shí)，壓縮空氣多余。當(dāng)儲(chǔ)氣罐1 的壓力達(dá)到一定峰值時(shí)，儲(chǔ)氣罐1便通過(guò)單向閥門a向儲(chǔ)氣罐2輸送壓縮空氣，以此類推。在串聯(lián)的多個(gè)儲(chǔ)氣罐的最后一節(jié)，設(shè)有安全排氣閥，以備釋放多余的氣體壓力。

5.當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)小或無(wú)風(fēng)狀態(tài)時(shí)，儲(chǔ)氣罐1 的壓力不足，儲(chǔ)氣罐2便通過(guò)單向閥門b向儲(chǔ)氣罐1倒輸壓縮空氣，以滿足儲(chǔ)氣罐1的發(fā)電所需壓力。當(dāng)儲(chǔ)氣罐2 的壓力下降時(shí)，則由儲(chǔ)氣罐3通過(guò)單向閥門b向儲(chǔ)氣罐2倒輸壓縮空氣，以此類推。

6.由以上工作機(jī)制實(shí)現(xiàn)相對(duì)時(shí)間內(nèi)的不間斷發(fā)電。因?yàn)榧词鼓硞€(gè)時(shí)間段沒(méi)有風(fēng)或風(fēng)力不足，儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓縮空氣也可以維持幾個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)電。當(dāng)然，串聯(lián)的儲(chǔ)氣罐數(shù)量越多（儲(chǔ)氣罐不可能造的很大，除了成本因素之外，還有壓縮空間比及安全問(wèn)題），其維持不間斷發(fā)電的時(shí)間也就越長(zhǎng)。這可以根據(jù)具體風(fēng)場(chǎng)的來(lái)風(fēng)資料來(lái)設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣罐的大小和數(shù)量。

7.在設(shè)計(jì)時(shí)，不一定是一座風(fēng)塔帶一組儲(chǔ)氣罐，而是可以多座風(fēng)塔共同對(duì)接一組儲(chǔ)氣罐和發(fā)電機(jī)，這樣不僅能夠保證發(fā)電的持續(xù)性，也可以大大降低建設(shè)成本。同時(shí)，不同距離分布的風(fēng)塔其受風(fēng)大小、受風(fēng)時(shí)間都有差異，這樣也可以起到一種“互補(bǔ)”作用。

以上設(shè)計(jì)與現(xiàn)今流行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，也許對(duì)于風(fēng)力旋轉(zhuǎn)葉輪的動(dòng)能利用率不如后者，但是卻大大減輕了巨型風(fēng)塔的頂部承重，其相應(yīng)的安裝和維護(hù)成本也會(huì)降低。由于可實(shí)現(xiàn)不間斷的發(fā)電，電網(wǎng)公司也更愿意接納這種清潔能源。同時(shí)，在夜間用電低谷時(shí)，也可以多儲(chǔ)存壓縮空氣，少發(fā)電。綜合來(lái)看，儲(chǔ)氣式氣動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組優(yōu)勢(shì)明顯，投資成本相對(duì)較低。目前國(guó)內(nèi)已有利用用電低谷儲(chǔ)能的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，可見(jiàn)沒(méi)有技術(shù)障礙。

在設(shè)計(jì)中，也可以把風(fēng)塔本身設(shè)計(jì)為一個(gè)直立的巨型密封儲(chǔ)氣罐，其內(nèi)部的攀登梯也不影響使用，因?yàn)槭褂脙?nèi)部攀登梯都是在風(fēng)塔停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行的。另外，也可以在地面以下修建儲(chǔ)氣設(shè)施，比如埋放大型水泥管道作為儲(chǔ)氣罐等。

這個(gè)實(shí)用新型專利的保護(hù)期為10年，在當(dāng)時(shí)由于找不到廠家來(lái)做，同時(shí)也受到各種條件的制約，無(wú)法轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。專利的擁有者在繳納了幾年的專利保護(hù)年費(fèi)后，就不得不放棄了。如今，重提這個(gè)設(shè)計(jì)，許多技術(shù)門檻已經(jīng)不再制約，有意向的企業(yè)、研究所和投資者可以無(wú)需繳納專利費(fèi)而去大膽嘗試，并在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新。

但愿這個(gè)設(shè)計(jì)思路可以突破風(fēng)力發(fā)電的短板，從而使風(fēng)電成為清潔能源的主力軍。

作者：車安寧  甘肅省人民政府原參事

          鄭殿喜  蘭州一通中寰工程技術(shù)公司董事長(zhǎng)