风光无限
——赴 XXX 户用离网风光互补发电系统调研主题报告
引言
风能和太阳能是当今我国以及全球面对化石能源危机、实现可持续发展的重要替代能源，是自然界赐予我们的永不枯竭的可再生能源，也是属于新世纪的未来能源；而对于我国西部地区的一些人，这也是他们唯一的电能来源。风能和光能如何有效地加以利用？在传统能源和替代能源都十分丰饶的 XXX 地区，风能和光能这些新型替代能源有着怎样的地位？当地新能源企业的生存和发展状况如何？新能源的利用给牧民的生活带来了怎样的变化？带着这些问题，追随着风和光的足迹，我们奔赴 XXX 自治区，调研了利用风能和太阳能为无市电地区的牧民解决生活用电问题的风光互补发电系统。我们通过走访自治区科技局和 XXX 工业大学、参观 XXXX 和包头的四家新能源公司、实地考察四子王旗草原上的用户系统，对我国户用离网风光互补发电系统的设计、生产、应用的各个环节进行了调研，再结合我们对国家新能源产业的形势和相关政策的了解，最终汇总为这篇主题报告。
关键词
风光互补 小型风机 离网 并网
一. 选题背景及意义 1.1 全国及 XXX 的新能源发展概况 我国有丰富的风力资源和太阳能资源，可开发风能储量约为 2.33 亿千瓦，而陆地面积每年接收的太阳辐射总量为 3.3×10 3 ～8.4×10 3 MJ/m 2 ，相当于 2.4×10 4 亿吨标准煤的储量,因此有发展风电和光伏产业得天独厚的条件。同时，为了推动能源结构升级，国家在进入 21 世纪后大力发展新能源发电，尤其是风力发电与光伏发电产业。截至 2013 年底，全国风电累计装机容量突破 9000 万千瓦，并网容量达到 7548 万千瓦，居世界第一位，风电也成为我国第三大能源；全国光伏发电累计装机容量 1970 万千瓦，仅次于德国位列全球第二。
XXX 自治区是全国风力资源与太阳能资源最丰富的地区之一，区内风能资源可开发容量超过 1.5 亿千瓦，占全国陆地风能资源储量的 50%以上，居全国第一位，同时又有风能品位高、连续性好、稳定度佳、分布规律理想等优点。风电装机容量达 2774 万千瓦，占全国风电总装机容量 7546.37 万千瓦的 24.5%，居全国第一位。自治区的太阳能资源也很丰富，全区总辐射量 4870-7014MJ/m 2 ，位列全国第二；并网光伏电站 42 座，装机容量达到 140 万千瓦。
与此同时，XXX 新能源发展也遇到了一些问题。比如由于国家电网和蒙西电网的利益纠纷，蒙西地区多余的风电容量无法得到充分利用并发电向东部地区输出，导致部分机组停机、风能被浪费的“弃风”现象。弃风现象目前呈逐年严重趋势。
1.2XXX 发展小型离网户用风光互补系统的客观条件 XXX 地区的地理条件适合离网型户用风光互补发电系统的发展。风能、太阳能资源丰富，同时风小的 7，8，9 月份正是太阳能资源最丰富的时候，两者形成很好的互补关系，从而保证能量较稳定地输出。牧民从游牧转为定居的生活方式，但由于牧民生活的十分分散，用电网连起每一家成本太高，得不偿失。因此，由小型风力发电机、光伏电池结合组成的风光互补系统为解决偏远农牧区用电问题作出了巨大贡献。
1.3 选题的原因 随着煤、石油等传统能源趋向枯竭，环保问题日渐突出，新能源的重要性凸显。国家近年来大力度支持新能源产业发展，作为心系国家的清华人，本支队成员一致认为有必要对新能源产业进行深入调研，以响应国家能源结构升级的号召。同时，因为本支队成员均为大一学生，学科知识储备不够充分，因此圈定相对简单的小型新能源系统为调研方向。此外本支队成员均来自自动化系，对机电系统有着浓厚的探究、学习兴趣，因此选择了小型或户用发电系统为调研课题。XXX 地区风能与太阳能储量丰富，当地有很多新能源企业，便于本支队收集数据和参观学习；并且国家针对 XXX 的情况，出台了很多补贴扶持政策，有利于本支队获取官方资料。综合以上因素，本支队最终选择了 XXX 户用离网风光互补系统作为调研主题。
2.334.771.81.52.770.24012345678可开发风能储量（亿千瓦）
风电装机容量（亿千瓦）
光伏发电装机容量（百万千瓦）内蒙古自治区风力与光伏资源统计图全国其他地区 内蒙古自治区
二. 户用风光互补小型发电系统调研成果 2.1. 技术概况 风光互补发电系统是现在 XXX 自治区使用的最多的户用系统的形式，主流风光互补系统可以保障牧户约 95%时间的用电需求。相比动辄几兆瓦的风场中的大型风机，户用风光互补发电系统的原理技术特点都有很大不同。首先，风光互补系统根据是否把发出电力输送并入电网分为并网型和离网型，两者的总体原理如下图所示。目前我国户用系统绝大多数是离网的，但并网也是小型风电和光电发展的趋势。离网系统一方面通过风机把风能转化为交流电，再经过整流输入蓄电池组；另一方面通过光伏组件把光能转化为直流电能，输入蓄电池组。电能经过整流后从蓄电池组输出，经过逆变转为和市电同频同电压的交流电。离网系统中都有蓄电池组来储存能量，以便风光发电不足以维持家中用电的不时之需。然而，并网小风机多没有蓄电池，但有一个卸荷器以方便对发出的电进行调控。经过一个并网逆变器，发出的电可以直接并入电网。
图-1 风光互补系统组成 从用途来分，风光互补系统可以分为风光互补户用发电系统，风光互补提水系统，风光互补照明系统。在内蒙，最多见也最为重要的是户用发电系统和提水系统。
风光互补系统的光伏组件大同小异，主要是由很多块的光电池通过串并联连接组合而成。而风力发电机按照轴的空间位置分为水平轴风机和垂直轴风机。现阶段由于风电转化效率低、启动风速高、控制困难等原因，我国垂直轴风机数量很少，牧民家中几乎全为水平轴风机。下文介绍的都是水平轴风机的结构。水平轴风机包括叶片，发电机，调速系统，塔筒等主要部分；系统中还有控制器、蓄电池、逆变器等部分。相比大风机，小风机结构简化了很多：省去了齿轮箱，使得小风机转速要快得多；调速机构方面，不同于大风机采取电机驱动叶片变桨距的方式主动调速，大多数小风机采用折尾的方式来调速。下面对于主要部分具体介绍。
2.1.1 叶片 叶片是一套风力发电系统中最引人注目的部分。
它的材质主要有轻木和玻璃钢。对小风机来说，木材可以说是制造叶片最好的材料，因为它不但重量轻、材料本身振动小，同时木材材质更均匀，使得它旋转起来的动平衡更好。然而，木叶片的加工和表面预处理工艺比较复杂。如今，XX 公司正在研究能让叶片保留木材本身色泽花纹的工艺，以符合欧洲等发达地区一些追求生活品质的用户的需求。相比之下，风光互补系统光伏组件蓄电池组 逆变器交流负载直流负载光伏控制器风机风机控制器
玻璃钢叶片更多地用于大型风机，小型风机最近才有利用。它的表面加工相对简单。
叶片数量上，XXX 厂家的风机多是三片叶片，南方有些厂家是五片。总的来说，相同功率的风机叶片越多，转速越低而扭矩越大；叶片越少，转速越高而扭矩越小，因此在实践中我们发现，在需要大扭矩的风力提水设备上，风机叶片片数非常多。
叶片尺寸上，一般风机的功率越大，意味着需要扫风面积越大，即叶片长度就越大，叶轮直径越大。然而，同样功率的不同风机不一定有相同的叶轮直径，这是因为不同风机达到额定功率的额定风速不尽相同。额定风速越大的风机，相同额定功率情况下叶轮直径往往越小，成本也就越低。
叶片形状，即翼型是叶片最为重要的一个要素。叶片的形状的设计首先会影响风机启动风速。曾经风机启动风速在 5m/s 左右。如今，小风机启动风速降低到了 2.5m/s 左右，可以更加高效的利用风能了。
其次，叶片的设计对于风机效率影响很大。根据贝茨的理论，理想风机在无阻力条件下的最大风轮功率系数，即理想状况下把扫风面积内风能转化为其他能量的最高效率为 0.593。而实际上，各厂家的叶片目前效率能达到 40%左右。风机叶片的研发常常是企业和大学合作完成的。研发部门制作微缩的叶片模型，在风洞中通过粒子图像测速法等方法研究模型周围的流场。由于小风机行业的规模较小，目前市面上还没有小型风机翼型设计的现成软件，因此小风机的叶片设计依然很有挑战。
2.1.2 发电机 当今的多数小型风力发电机使用的都是稀土永磁交流发电机。这种发电机效率非常高，可达 95%以上，同时由于省去励磁电机的电刷、绕组、励磁装置，因此重量轻、体积小、质量好，可谓优势明显。只是成本相比励磁发电机要高一些，同时对于电机的控制也复杂一些。
结构上，发电机的主要结构就是转子和定子。大多数发电机的转子在内旋转，定子在外和壳体固连在一起。转子中有轴，轴通过轴承支承于壳体上。转子外侧有均匀分布多个沟槽，每个槽都做成倒角，内部放置永磁体。转子上打了一些孔来减轻重量。定子上绕有铜线圈，线圈切割旋转磁场，产生电流输送出去。转子上磁钢个数就是转子的级数，定子上有齿和槽。一般槽的数量都是级数的非整数倍，这样的“极槽配合”可以降低电机启动力矩，从而降低启动风速。
材料上，天隆公司的转子、定子都是由很多片 0.5mm 的硅钢片压合而成。永磁体为钕铁硼材料的磁钢，这种材料充磁后的剩磁可以保持很久，大约十几年内丢磁不超过 5%。但这种材料在高温下，剧烈震动下会发生永久性退磁，这对于发电机的散热和抗震动有一定要求。
发电机的性能上，影响因素非常多，包括定子转子之间的气隙、发电机的直径，轴向长度等等一般来说，发电机气隙越小，功率越大。而增大发电机直径和轴向长度，都可以增加磁场强度，进而提高发电机的功率。另外，同样额定功率的发电机，其体积越小，则额定转速越高，同时成本也越低。
发电机的性能测试上，各厂家方式大同小异：用一台电动机作为原动机，将待测发电机与原动机相连，并在连接处加扭矩传感器测定输入扭矩，在发电机输出端加合适的负载。通过调整原动机转速和负载来模拟不同工况，进而得出发电机性能曲线。
2.1.3 调速系统
当风机都需要调速。风速很小时，风机需要有尽量大的扫风面积来提高启动风速，并最大限度捕捉风能、利用风能。当风速增大到超过额定风速时，为了保护风机以及逆变控制器，风机需要稳定或降低转速。
小型风机有很多种调速的方式，总的来说可以分为改变旋转体内部阻力的方式和改变扫风面积的方式。改变内部阻力可以通过给旋转体加机械刹车的方式，也可以通过线圈三相短路的方式，但这两种方式都对电机有一定损害，尤其是第二种由于瞬间大电流的产生，很容易损伤线圈。改变扫风面积的方式中，最常用的是变桨距和折尾调速。变桨距就是改变叶片的桨距角来改变扫风面积。这种方式由于结构比较复杂，多需要增加伺服电机和多个轴承，因此多用于大功率的风机，而在百瓦，千瓦级别小风机使用得较少。而折尾调节是最常用的调节方式。正如后面图片所示，小风机的尾部都有一个尾翼，尾翼无时无刻不是正对风的。然而，尾翼和前方机头之间角度可以改变，同时风机在塔筒上的布置也有一个偏置距。当风速较小时，叶轮保持正对风向。而当风速大于额定值时，由于机头收到偏转力矩，叶片会折向尾翼，这时叶轮不再正对来风，迎风面积减小，可以降低转速。当风过大时，叶轮甚至可以完全侧对来风，实现“刹车”。
2.1.4 光伏元件 光伏元件，即太阳能板由若干块光电池串联，并联而成，主要材料为多晶硅。太阳能板的光电转换效率较低，实验室能达到 16%，实际约为 10%。目前一平方米的太阳能板大约可以产生 100 瓦的电能。太阳能板对于工作温度有一定要求，因此板后面设有一些网格槽来引导水流动进行散热。光伏元件曾经成本非常昂贵，但近几年价格下降非常明显，从约 35 元/瓦下降到 5 元/瓦，这对光伏发电的普及意义非凡。
2.1.5 控制系统 控制系统包括逆变器等设备。由于风轮的效率曲线和发电机的效率曲线相差很大，现在多数逆变器都有最大功率跟踪系统，最大程度优化对于系统的控制。目前逆变器的效率可以达到 95%以上。
2.1.6 蓄电池 现在绝大多数小型风光互补设备的储能装置都采用 12V 铅酸蓄电池。这种电池一般寿命在 3-5 年。由于成本相对较低，同时有可以瞬间输出大电流等优良特性，铅酸蓄电池一统天下的局面短期不会被打破。另外，蓄电池的作用不仅仅是储能，还能够对从风机和光电板来的不稳定的电力进行稳压。
2.2 制造生产 2.2.1 永磁体的生产过程 为了保障发电效率，如今户用风机普遍采用永磁体电机。相比曾被广泛采用的励磁电机，永磁电机的效率更高，但永磁体的生产工艺较为复杂，其磁性材料的品质直接决定了
发电机的性能，因而磁性材料的生产是风机制造过程中十分重要的一环。本支队走访了包钢稀土磁性材料公司，并参观了钕铁硼磁性材料的生产流程。
一般来讲，磁性材料的大致生产流程为：原矿石→ 稀土精矿→ 稀土氧化物→ 金属→ 合金薄带→ 毛坯→ 纯金属→ 充磁 而在包钢稀土磁性材料公司的几个厂房中的具体流程为：
第一厂房 ：原矿石 → 熔炼 → 真空速凝薄带 → 氢处理 → 制粉
第二厂房：在氮气保护下通过磁场使粉末排列成顺磁方向，然后进行压制，压制完后再进行退磁处理 第三厂房：压制后的毛坯在氮气保护下烧结成块，烧结完程之后密度从 4.2~4.5g/cm 3 增加到 7.5~7.65g/cm 3 ，抗氧化性大大增强。
由于材料非常活泼，直接接触空气会燃烧爆炸，因此整个生产过程基本是在氮气的保护下进行的。在完成以上流程后，块状的烧结物会被加工成所需形状，进行充磁。在充磁过程中，烧结物被放置在螺线圈中，通过外加强电流，螺线圈产生强磁场，使烧结物的内部形成方向一致的磁场，形成永磁体。
2.2.2 发电机的生产过程
发电机是风机的核心组件，发电机的效能直接决定发电效率。本支队走访了天隆永磁电机制造公司，了解了发电机的生产流程。
图-2
单层硅钢片和堆叠成的定子
制造商将这种 0.5mm 厚的单层硅钢片层层堆叠，然后压制在一起，并用销子固定成一个整体，形成定子和转子的雏形。永磁体被插到转子侧面的槽内，并用粘结剂粘合；线圈则被缠绕在定子的槽内，并用竹制或金属的销子固定。转子会被安置在带有轴承的壳体盖上；在安装壳体时，一般会加热壳体使之膨胀，然后将定子放入壳体，待冷却后壳体和定子就能压合在一起。最后通过总装配生产出完整的发电机。
2.2.3 叶片的生产过程
风轮上的叶片是风机承受风力的部分，叶片的形状和材质对发电机的效率有很大的影响。本支队走访了 XX 公司，参观了叶片的生产流程。
在得到叶片的理论模型后，生产商会综合顾客需求和当地地理因素来选取合适的材质，一般是木质和玻璃钢复合材料。然后根据理论模型利用铣床进行叶片的外形加工。
XX 公司曾用手工加工的方式来生产叶片，但生产效率较低；如今采用数控多刀铣床来进行加工，这样能提高生产效率和产品精度。最后，在叶片上涂覆特制涂层来提升叶片强度和防腐、防潮性能。
2.3 销售、市场和政策信息 2.3.1 销售模式
目前户用离网风光互补系统的销售模式主要为网点销售和用户单独购买。在网点销售模式中，政府在各旗县、盟中设立“光明工程”等销售网点，用户在网点采购时可以享受较高额度的国家补贴，并由该网点负责安装调试，不过所能购买产品种类比较单一；在单独购买模式中，用户需要独自出资购买整套设备，享受国家补贴的份额较少或没有补贴，安装调试由设备生厂商的相关部门负责，所能购买的种类更为齐全。
2.3.2 市场情况 XXX 户用离网风光互补系统的市场主要为当地农牧区或偏远的哨所，在市电覆盖的地区基本没有市场；部分企业开拓了国外市场，在欧洲的德国、丹麦等国有一定的市场份额。
2.3.3 政策信息 风电和光电产业虽然符合可持续发展的需要，但在现阶段因为受成本、技术、观念等因素的制约，仍需要国家和地方政府的大力扶持。
在国家层面上，通过新能源财政补贴、降低税率、建设新能源输电网等举措，提高新能源在能源结构中的消费比重，从宏观层面推动新能源产业的发展，实现能源结构优化；同时配套出台了《分布式发电暂行管理办法》、 《新建电源接入电网监管暂行办法》以规范对风电、光电产业的管理，并按照“自发自用、余电上网、电网调节”的原则鼓励发电户销售剩余电力产品，为新能源产业的发展建立了比较完善的管理机制。
在此背景下，XXX 自治区施行了很多具体的工程项目并制定了一系列的发展规划，在推动新能源产业发展的同时也提高了当地民众的生活水平。根据本支队掌握的材料，现在较大型的工程项目有：
光明工程 2000 年自治区在无电牧区实施了“光明工程”。国家发改委投资一千万元建立了覆盖全区二十六个无电牧业旗的光明工程服务机构。自治区财政厅、扶贫办、民委共计投资六千万元作为设备补贴资金，进行了五年的“光明工程”项目实施。为无电牧户安装了一万两千多套风光互补供电系统（绝大部分为 400W 户用系统）。通过这一项目的实施，解决了部分无电牧户用电难的问题，并建立了以国家项目形式在草原上分散实施的组织形式和工作机制。
新能源通电工程 2007 年自治区又启动了无电地区新能源通电工程，这项工程重点解决农网改造不可能覆盖的边远、分散的少数名族地区用电问题。截止 2013 年底，自治区电力公司已安排实施了5.76 万余套（台）户用型风光互补供电设备，总投资 9.4 亿元。基本解决了无电地区牧户一
般性生活用电问题。这次通电工程资金投资比例为：国家扩内需资金 20%，企业投资（电力公司农网改造资金）70%，用户个人自筹 10%。这次通电工程是历史上新能源供电项目牧户出资比例最少，投放数量最大的一次。近年来，由于广大农牧民生活水平提高，用电需求量不断增加，小型风力发电机组的功率在逐年加大。在2014—2015年度，除继续在西部地区安排少量600W以下风光互补设备外，将把升级改造过去几年已装设备作为下一步通电工程重点。
金太阳工程：
“太阳示范工程”是国家 2009 年开始实施的支持国内促进光伏发电产业技术进步和规模化发展，培育战略性新兴产业的一项政策。自国家启动“金太阳”工程以来，区内共有 21个项目列入国家示范目录内，总装机容量 94203 千瓦，累计投资达 17.57 亿元截止目前已验收清算项目 4 个，累计发电 689 万千瓦时。
在 XXX 自治区的新能源发展规划方面，本支队了解到的重要规划有：风电将在“十二五”末达到 3000 万千瓦左右，占自治区装机容量比例从目前的 6％提高到 23％左右；光电在“十二五”末并网发电装机将达 50 万千瓦，光伏产业产值达到 l 000 亿元；建设风电和光伏输电通道，修建跨区域输电线路，力争到 2015 向外送风电能力达到 2000 万千瓦以上；加快抽水蓄能电站的建设，增加蒙西电网蓄能和调峰能力；制定光伏和风机制造行业、风电和光伏发电行业准入标准，规范新能源产业建设和运行。
20%70%10%新能源通电工程 出资百分比国家扩内需资金 企业投资 用户自筹3000万千瓦风能产业1000亿元光伏产业2000万瓦跨区域输电
三. 企业与大学调研和用户系统考察情况
3.1 XXX 科技厅：
我们在会议室中和几位科技厅的领导进行了交谈，了解了 XXX 自治区的一些情况。首先作为全国的资源大省、重工业大省，XXX 的产业结构十分畸形，正在努力调整。新能源技术方兴未艾，发展势头良好，只是还存在风电弃风现象严重等问题。交谈中，我们还了解到 XXX从上世纪 70 年代开始开展小风机项目，四十年来国家政策予以大力支持，风电技术也不断进步，这两年终于彻底消灭了无电户。在科技厅了解的 XXX 概况，新能源概况和政策信息都为我们之后的调研打下了很好的基础。
3.2 XXX 工业大学：
在工业大学 XXX 老师的带领下，我们参观了 XXX 工业大学能动学院的实验室。小型风电实验室中，我们参观了叶片噪声检测设备、PIV 检测设备等一系列实验仪器，了解了风机叶片研发的一般流程。之后，我们又来到楼顶天台的太阳能发电实验室。了解了太阳能板的基本结构和特性，并参观了实验室的 BL2 3000 太阳辐射观测系统，了解了太阳能观测的方法。之后，和能动学院的汪院长进行了交流，也了解了国家风电发展中遇到的一些问题和挑战。
3.3 XXXX 市 市 XX 可再生能源有限责任公司：
次日上午来到了 XX 公司，这是一家民营的专门从事风力发电机制造和太阳能电源系统的研究、开发、生产、销售的综合型企业。XX 公司的董事长杨彬是我国小型风及专家，曾经国企商都牧机厂厂长，国企改制后成立了 XX 公司，在小风机行业不断尝试新的技术可能，走出了一条自主创新之路，共获得四项风机国家专利，并获得多个机构质量认证。公司的风机产品线从 100 瓦到 100 千瓦，产品用途从户用发电到风光能提水。在 XX 公司，我们首先了的概况和发展道路，之后参观了风机各部件生产车间，从逆变器到电机、叶片。
XX 非常注重对于新能源的利用，工厂中使用超频超导暖气来节省能源；园区中还有一栋示范环保屋，可以完全不用市电来自己自足。环保屋有四个核心技术：地源热井系统，使用地下深井水来调控室内温度；20 厘米保温层，锁住热量不流失；新风换气扇，不仅可以完成换气，还可以锁住室内热量，更可以在换气扇处用风机发出的电力给空气加热；风光互补的并网式发电机，提供额外所需电力，多余电力送向电网。
3.4 XXX 新技术有限公司：
华德公司成立于 1993 年，前身是机械工业部 XXXX 畜牧机械研究所中德合作项目办公室。公司是最早在国内涉足于新能源领域的科研企，可提供完善的有关风能、太阳能利用的工程系统设计、项目评估、安装调试、技术培训和售后服务等，现拥有 6 项国家专利。华德公司不同于 XX，它是一家央企，而且业务领域更偏向工程。在华德，我们首先了解了公司概况，询问了有关公司发展的一些问题。之后，我们参观了公司的一些风电产品，并参观了发电机测试台，了解了其工作原理。
3.5 四子王旗考察用户系统：
在华德公司和 XXX 工业大学老师的带领下，我们来到乌兰察布市四子王旗的草原上考察
牧民家中的风光互补系统。汽车在一望无垠的大草原上飞奔了一会，我们终于第一次看到了一小片羊圈，一小栋砖房，房后两个小风机，这就是用户考察的第一家。房子分为两部分，一边是父亲的，另一边是儿子的。由于分开住，因此用电也是两套独立的风光互补系统。父亲家的系统是 300 瓦风机加 100 瓦太阳能板的搭配，2002 年安装的，使用的是华德公司的风机和逆变器。
儿子系统和父亲的功率相同，是 2009 年新安装的，采用华德的逆变器，XX 的风机。两套系统如今都还在兢兢业业的为这一家人输送着电力，守护着光明。一套设备足够供给一台电视，电灯，节能冰柜，鼓风机所需电力，基本满足牧民生活需求。但如果想要驱动水泵从井里提水，或是带动电暖气在冬季取暖，系统功率还不够。目前，这家人冬季取暖还是靠草原人传统的烧牛粪砖的方法。
来到风机前，我们发现风机被一根缆绳拴在 一根柱子上，风轮侧对来风，几乎不旋转。家中的儿子告诉我们，这是因为电瓶里面电满了，就让风轮“休息一下”。为了给我们演示，随行的王老师解开了缆绳，这时，只见风机在尾翼的引导下立即听话的对准了来风，叶片也欢快的高速旋转了起来，发出嗖嗖的声音。看着那飞转的风机，王老师对我们说到：别看风机不大，它却为牧民家里带来了光明。此刻，我们真正理解了“光明工程”的含义。
3.6 包头市天隆永磁电机制造有限责任公司 来到包头后，我们参观了另一家民营企业：天隆公司。公司创业于 1996 年，坐落于“世界稀土之都、草原钢城”包头市，是从事稀土永磁发电机、永磁电动机、风力发电机组研发、生产的专业厂家，是中国风能设备协会（CWEEA）理事单位，世界风能协会（WWEA）会员单位。天隆公司的主要业务是低速永磁发电机，现已开发生产了从 50 转/分～750 转/分，功率 50W～500KW 水平轴式、垂直轴式、外转子式三大系列 400 多个品种的稀土永磁低速发电机。来到天隆公 司，在简单了解了公司概况后，公司的弓部长为我们用实物讲解了公司的永磁发电机的结构组成，技术特点以及生产中的各个环节。之后，我们在工厂中参观了发电机的各部件组装，测试的流程。
3.7 包钢稀土磁性材料有限责任公司 结束天隆公司参观后，我们又来到了天隆发电机的永磁体的供应商——包钢稀土磁性材料有限责任公司。包钢稀土磁性材料公司是 XXX 包钢稀土（集团）高科技有限公司的全资子公司，属于包钢，有年产 15000 吨钕铁硼速凝薄带合金，年产 2000 吨钕铁硼磁体的生产线。我们首先在公司展示柜中认识了钕铁硼材料，学习了其特性；之后我们进入了工厂中，顺着生产线参观钕铁硼磁体的生产过程。
四. 对小型风光互补系统行业的现状分析和未来展望 4.1 用户的用电需求越来越大 随着家用电器的普及，用户的用电需求越来越大。从最初只需照明、看电视，到后来的洗衣机、冰箱，旧的风光互补系统逐渐无法满足用户的用电需求。
一方面，企业要不断研发更大功率的小型风机，寻找更合理的风电和光电功率比，使得风光互补系统的发电能力稳定在更高水平，从而满足用户的用电需求；另一方面，储能的容量和效率亟待提升。目前风光互补系统的储能使用的是铅酸电池，其他储能方式如锂电池储能、飞轮储能等技术还不够成熟，储能问题成为制约风机行业乃至新能源产业发展的一个关键因素，该问题的解决将是一个诺贝尔奖级的重大科技突破。
4.2 外地 风机企业的冲击 近年来外地也有了生产小型风机的企业，它们对北方企业有一定的冲击。之前的风机标准由内蒙当地企业家主持制定，比较贴合当地的情况。但后来对于风机的一些硬性要求被去掉了，于是在招标的时候，一些外地企业有隙可乘，再加上检测体系不完善，导致外地一些企业虚报指标的现象在市场很普遍，出现了不正当竞争的情况。比如“300 瓦”风机是指风机在额定风速为 8 米时的发电功率不小于 300W；但模糊了“额定风速”的要求后，有的外地企业的风机在风速为 10 米或 12 米以上才能达到 300W 的发电功率。这就导致当内蒙企业做的风机叶片直径达到 2.5 米时，外地企业的产品可能只有 1.4 米左右（具体原理见 2.1.1），风机叶片的制作成本大大减少。同时由于成本控制，外地一些企业的风机质量问题较多，故障率较高。因为小型风机有国家补贴政策，外地价格较低的风机在招标时更受当地政府青睐，但其使用寿命短，需要经常更换，这样一些企业“过一阵拉来一部分风机，拉走一堆废铁，再拉来一堆风机”，浪费了生产资源，也浪费了国家的补贴，给国家带来了经济损失。
对于这个现象，我们十分认同 XX 公司的总裁杨彬的观点，即内蒙企业应该走自己的路，做好自己的风机，保障风机功率——这样省下来的是能源，保护的是环境。实际上，在牧区调研时，XXX 工业大学的王亚军老师也告诉我们很多牧民心里也清楚本地的风机好，发电功率大而且耐用，但有时政府招标招来的却是外地风机。因此，面对风机市场的竞争，一方面需要企业本着良心做产品，另一方面需要政府规范行业标准，完善检测体系，这样才会使整个行业健康发展。
4.3 风光互补系统维修问题 牧区非常辽阔，牧户之间的距离都是以几十公里计的，当风机出现问题时，企业的维修人员不得不长途跋涉很长的距离去维修，十分不方便。这也使得企业对产品质量严格把关，比如华德公司 02 年启用的设备至今仍能正常使用。同时，很多牧民使用风机的时间长了，渐渐积累了维修风机的经验，这也提高了风机的寿命。未来，企业或许应设立更多的维修网点，为牧民带来更多便利。
4.4 小型风机的并网趋势 小型风机领域曾经也有过不少并网的尝试，但很多都以失败告终。以前的电网控制系统比较落后，不稳定的风电并网后时常会脱网；而且风机的启动需要励磁等步骤，要从电网上吸取大量无功功率，会给电厂带来损失。因此最初风电不被电厂接受，甚至被称为“垃圾电”。如今，电网控制系统有了发展，风力发电机发出的电力从 30 到 500 伏特都能完成并网；风光互补系统的总数增多，整体发出来的电比之前只有少量风机时发出的电更稳定；无功补偿也由风机制造商来提供，不会再给电厂带来损失，因此现在不再说风电是“垃圾电”了。
然而，我国小风电并网仍存在着阻力。首先，风电并网项目和传统火电之间存在利益冲突。其次，小型风机功率有限，不可能成为发电的主流。然而，我们依然比较看好未来小型风机并网的趋势。欧洲就有户用小型风机发电并入电网的例子：欧洲一些国家以高于市场价的电价从用户手里收购多余的风电，这样人们都愿意使用风力发电设备。如果我国能够实现小风电并网，那么出于经济性的考虑，在风力资源丰富地区的每家每户都会愿意使用这一清洁能源，同时也能为为节约资源、保护环境出一份力。
五. 收获与结语 一路走来，参观的几家公司各有各的风格，各有各的故事，都给我们留下了深刻的印象。
首先，XX 公司的总裁杨彬的一言一行让我们感慨良多。作为一个具有一定规模的民营企业的董事长兼总经理，他和蔼可亲，丝毫没有架子；作为小风机行业中拥有多项专利和丰富经验的专家，他对公司做过的每个产品的每项技术细节都如数家珍，信手拈来。而吃饭，出行却无一不从简。从他身上，我们看到了一个科技工作者应有的品质：弃浮华，讲实干，踏踏实实做人做事。这正和清华行胜于言，厚德载物的精神不谋而合，值得我们这些清华人学习。
其次，我们也初步了解了创业的艰辛。比如天隆公司在创业初期处境举步维艰、负债累累，用了 10 年时间才还清债务；XX 公司在技术上经历过无数的挫折，就拿风机调速装置来说，XX 公司尝试过上仰、绳牵、挂重锤、叶尖打开、侧翼等方法调速，但都因为各种原因而以失败告终。经过不懈的尝试、创新和努力，终于有了如今的这套兼顾良好的调速效果、稳定的品质和合理的成本的折尾偏航系统，并获得了国家专利。这些公司面对困境都咬牙坚持了下来，后来终于又有了国家政策的支持，加上自身的技术的成熟，领导者决策的明智，终于逐步发展壮大，走到今天。
对于小型离网户用风光互补系统这个行业，在这次的深度了解后，我们也充分认识到了它的重要意义。虽然我国的小型离网户用风光互补系统只是一个规模较小的产业，总产值可能只有几百亿甚至几十亿，整个行业的经济效益甚至不及其他行业中的个别企业，但它切实地为偏远地区的牧民送去了电，送去了光明，解决了他们的燃眉之急。在这个“风”“光”“无线”的领域中，知识技术可能只转化为不多的财富，但却真真正正造福了广大牧民。作为清华人的我们，选择人生目标时也要多考虑这种行业，也许在这种行业我们难以获得举世瞩目的成就或巨大的财富，但能让我们的所学所想切实为民所用，做出实实在在的贡献。
在产业现状方面，我国的小型风机和光伏原件大多数部件都拥有了自主的知识产权，其各个部件技术都已经比较成熟，一些品牌的风机也出口到世界各地。然而，我国企业在你变控制器的技术上和欧美一些企业还有一定差距，很多厂家的控制器还依赖进口。另一方面，小型风机只能满足户用，难成气候。真正要实现让风能发电成为主流还要仰仗兆瓦级大型风机。然而我国面临的现状是，我国在大型风机的核心技术还在很大程度上依赖进口，大型风机的整套设备的生产技术也不成熟。正在开发大功率风机的内蒙风机企业也说，和大风机比起来，小风机“简直谈不上技术”。自主开发大风机，我国企业还有很长的路要走。
由此我们认为，作为清华自动化系的大学生，在新能源这个行业是大有可为的。能源是国家的血液，而新能源这个新型领域是国家未来能源的重要组成部分，可谓是为国家“造血”、为国家提供生命力的重要行业。正如中国农机工业协会风力机械分会秘书长祁和生老师所说，
这个领域方兴未艾，前途一片光明，如今正在呼唤人才，尤其是我们这些学习相关专业的清华学子。我们自动化系的同学，可以参与研发和改进风机的逆变控制系统，可以参与革新永磁电机的设计，可以为工厂建设叶片、电机的自动化生产线。可以说，在这个行业中我们大可以打出自己的一片天地，大有为国家能源事业做出重大贡献的机会。
目前，我国和世界的能源形式依然严峻：地球离化石燃料告罄的那一天只剩下一百余年。同时，新能源技术方兴未艾，能源产业正在酝酿一场翻天覆地的革命。正如我们的实践主题“风光无限”所隐喻的，地球上的新能源储量巨大，它们为我们提供了无限的未来的可能性，本次实践只是发掘了冰山一角。风与光还能为我们带来什么？这还需要我们不断地去探索，用智慧，用青春去发掘这无穷无尽的宝库。
相关热词搜索： 互补 调研报告 发电