小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)正迎來全面普及期。與其他可再生能源相比，較高的電力收購價(jià)格對普及起到了推動(dòng)作用。為了提高風(fēng)輪的輸出功率、降低設(shè)備的總體成本，業(yè)界進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)革新。

　　在2016年3月2日于東京有明國際會(huì)展中心開幕的為期3天的“日本第4屆國際風(fēng)力發(fā)電展”上，歐美、中國大陸、臺(tái)灣、日本的廠商競相展出了最新的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和正在開發(fā)的產(chǎn)品。各廠商都以性能及設(shè)置成本等為賣點(diǎn)，向參觀者熱情地宣傳了自己的產(chǎn)品。

　　日本把輸出功率不足20kW的產(chǎn)品定義為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。目前正在掀起這種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝熱潮。對此起到推動(dòng)作用的是售電價(jià)格高達(dá)光伏發(fā)電兩倍以上的可再生能源固定價(jià)格收購制度(FIT)。

　　小型風(fēng)力發(fā)電的收購價(jià)格為每度55日元。而光伏發(fā)電由于裝機(jī)量劇增，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省修改了價(jià)格，的收購價(jià)格已于2015年7月下調(diào)至每度27日元(10kW以上)。因此，各小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)廠商的相關(guān)負(fù)責(zé)人都表示，“以前打算導(dǎo)入光伏發(fā)電系統(tǒng)的個(gè)人和企業(yè)開始對小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生興趣”。而且，世界風(fēng)能協(xié)會(huì)的報(bào)告顯示，最近五年全球小型風(fēng)力發(fā)電容量一直保持20%左右的年增長率。

　　小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)普及的原因還在于導(dǎo)入時(shí)比大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)輕松。風(fēng)能與受風(fēng)面積成正比，因此，風(fēng)輪的葉片越長，輸出功率越高。與小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，大型發(fā)電機(jī)的輸出效率更高，性價(jià)比方面也更有優(yōu)勢。但安裝大型發(fā)電機(jī)需要很大面積，而且一般來說，葉片越長則產(chǎn)生的噪聲及低頻聲音也越大。與最高為25m左右的小型風(fēng)輪相比，100m以上的大型風(fēng)輪還要考慮景觀設(shè)計(jì)。以前也出現(xiàn)過因安裝問題而引發(fā)訴訟糾紛，導(dǎo)致計(jì)劃中斷的情況。

　　目前，小型風(fēng)輪與大型風(fēng)輪的輸出功率相差懸殊，因此小型風(fēng)力發(fā)電不可能成為替代能源。但如果安裝數(shù)量增加，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也有望為日本可再生能源提供一臂之力。

　　瞄準(zhǔn)認(rèn)證的舉措日益活躍

　　適用FIT出售電力的條件是，必須使用獲得日本海事協(xié)會(huì)型號(hào)認(rèn)證的風(fēng)輪。截止3月16日，注冊的產(chǎn)品共有13款。因市場刮起順風(fēng)，因此，與風(fēng)輪的形態(tài)及旋轉(zhuǎn)控制相關(guān)的新技術(shù)也在積極開發(fā)之中。

　　小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)大體可分為水平軸型和垂直軸型兩種。水平軸型的典型代表是大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也經(jīng)常使用的有3片葉片的螺旋槳型。這種產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)軸與地面平行，風(fēng)輪會(huì)追隨風(fēng)向旋轉(zhuǎn)。發(fā)電效率高于垂直軸型。

　　而垂直軸型產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)軸是與地面垂直安裝固定的，特點(diǎn)是能從所有方向聚風(fēng)。目前這類產(chǎn)品在日本獲得型號(hào)認(rèn)證的只有臺(tái)灣新高能源科技(HI-VAWT Technology)的產(chǎn)品。

　　垂直軸型中有兩種類型的產(chǎn)品，一種是輸出功率低但風(fēng)速較低時(shí)也能旋轉(zhuǎn)的薩伏紐斯型，另一種是輸出功率高但風(fēng)速不夠高時(shí)不會(huì)開始旋轉(zhuǎn)的大流士型。新高能源公司將這兩種類型組合到一起，配備在了一個(gè)風(fēng)輪上。其產(chǎn)品具有兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，可在低風(fēng)速時(shí)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)速提高后，就能獲得較高的輸出功率。

　　日本自然風(fēng)力發(fā)電公司同時(shí)在銷售新高能源的這種垂直軸型產(chǎn)品和西班牙Ennera公司的水平軸螺旋槳型產(chǎn)品，該公司社長山本攻表示，“水平軸型適合用于海邊等風(fēng)向?yàn)樗�平方向的地方，而垂直軸型適合用于存在高低差的高地等有風(fēng)的地方”。

　　大型軸承企業(yè)恩梯恩(NTN)也決定開發(fā)垂直軸型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。該公司打算從浜松市的初創(chuàng)企業(yè)GlobalEnergy手中購買其開發(fā)的葉片專利的使用權(quán)，目標(biāo)是在2017年內(nèi)獲得型號(hào)認(rèn)證并開始銷售。

　　讓風(fēng)輪在風(fēng)速很高時(shí)也不停轉(zhuǎn)

　　風(fēng)能與風(fēng)速的3次方成正比。很多螺旋槳型風(fēng)輪從每秒3m左右的風(fēng)速開始有輸出，在風(fēng)速為每秒9m左右時(shí)，達(dá)到最高輸出功率。但在臺(tái)風(fēng)及暴風(fēng)等風(fēng)速過強(qiáng)的情況，為了防止過度旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的危險(xiǎn)，會(huì)讓風(fēng)輪停止旋轉(zhuǎn)。在風(fēng)速很高能獲得高輸出功率時(shí)讓風(fēng)輪停止旋轉(zhuǎn)，這非常浪費(fèi)。因此，必須采取措施，讓風(fēng)輪不必在風(fēng)速高時(shí)停止旋轉(zhuǎn)。

　　愛爾蘭的C&FGreenEnergy是生產(chǎn)最大級(jí)別輸出功率的小型風(fēng)輪的企業(yè)，該公司的“CF20”調(diào)整了葉片角度，從而可進(jìn)行間距控制，能夠在遇到強(qiáng)風(fēng)時(shí)放掉一部分風(fēng)，以免風(fēng)輪過度旋轉(zhuǎn)。由此，在風(fēng)速為每秒25m以下時(shí)風(fēng)輪都不會(huì)停止。這種功能一般大型風(fēng)輪才具備，在小型風(fēng)輪上十分少見。

　　日本一家風(fēng)力發(fā)電初創(chuàng)企業(yè)Zephyr(東京都港區(qū))開發(fā)的Airdolphin可在高風(fēng)速時(shí)用電控制風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)，無論遇到多大的強(qiáng)風(fēng)，風(fēng)輪都能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。這是通過在葉片上使用重量輕、剛性出色的碳纖維來實(shí)現(xiàn)的。

　　而透鏡風(fēng)輪則可以在達(dá)到最高輸出功率之前的中低風(fēng)速下提高發(fā)電效率。

　　透鏡風(fēng)輪的最大特點(diǎn)在于包圍在螺旋槳型風(fēng)輪葉片外側(cè)的環(huán)狀“聚風(fēng)體”。該產(chǎn)品由九州大學(xué)與該大學(xué)創(chuàng)辦的企業(yè)Riamwind(福岡市)開發(fā)。九州大學(xué)應(yīng)用力學(xué)研究所的大屋裕二教授介紹說，“利用聚風(fēng)體形成風(fēng)漩渦，可以增強(qiáng)風(fēng)力。與同尺寸的螺旋槳型風(fēng)輪相比，輸出功率可提高到2～3倍”。

　　大屋教授目前正在努力開展實(shí)用化研究的是名為“多轉(zhuǎn)子系統(tǒng)”的、在一個(gè)支柱上安裝多個(gè)風(fēng)輪的產(chǎn)品。2015年12月在九州大學(xué)內(nèi)設(shè)置了裝有三個(gè)3.1kW風(fēng)輪的機(jī)型。通過配置3個(gè)透鏡風(fēng)輪，可以獲得增強(qiáng)風(fēng)力的乘積效應(yīng)，發(fā)電量可提高10%左右，因此可以獲得10kW的輸出功率。這種可提高輸出功率的改進(jìn)只有小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。

　　課題是降低設(shè)備成本

　　小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大課題是設(shè)置成本較高。20kW的發(fā)電機(jī)的設(shè)置費(fèi)用約為2000萬～3000萬日元。為了解決這一課題，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)開展了產(chǎn)學(xué)合作，并已開始實(shí)施委托開發(fā)和共同開發(fā)。該機(jī)構(gòu)在研發(fā)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要部件——電力轉(zhuǎn)換裝置等，還在推進(jìn)部件的標(biāo)準(zhǔn)化，目標(biāo)是將成本降低30%。

　　要想出售電力，就必須并網(wǎng)，將小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供的電力供應(yīng)給電力公司的輸電網(wǎng)。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性是發(fā)電量會(huì)隨著風(fēng)量頻繁變化。以前各廠商都是自己開發(fā)具有最佳效果的功率調(diào)節(jié)器，如果能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，就能省去多余的功能和部件。

　　估計(jì)今后各廠商除了風(fēng)輪之外，還會(huì)在設(shè)備整體技術(shù)方面展開激烈競爭。