如何破解風力發電的短板問題

風力發電屬于清潔能源，目前在全世界都已普及。我國現在已經是風力發電的大國，其裝機容量，陸海布局等都已經名列世界前茅。

甘肅是全國陸上風電的主要基地之一，河西走廊更有著“陸上三峽”的美譽。目前，風力發電在技術上已經趨于成熟，但是，它卻有一個最大的短板，那就是它的“聞風而動”，正所謂“有風它就轉，無風它就停”，什么時候能發電？什么時候不能發電？什么時候多發電？什么時候少發電？都處于一種不確定狀態。這就使得電網公司十分為難而頭疼，為此有人甚至稱風電為“垃圾電”。即使目前許多地區搞了風電與光伏發電的互補，也還是不能完全彌補這種短板，并且光伏發電也是受限制的。據報導，目前全世界每年都有風電和光電的“棄電”現象存在，我國尤其嚴重。

當下和今后，我國要做到碳達峰、碳中和，并要滿足不斷增長的能源需求，就必須最大限度地發展清潔能源，這其中風力發電就是一個不可忽視的重要領域。我國面積大，風場廣闊，要讓風力發電成為真正靠得住的清潔能源，就必須解決風電的短板問題。

那么如何破解這個難題呢？其實早在2006年，甘肅的車安寧和鄭殿喜就提出了創造性的設想，并以“儲氣式氣動風力發電機組”的名稱申請到了國家知識產權局的實用新型專利。（專利號：ZL 200620159538.8，證書號：980622）

儲氣式氣動風力發電機組的設計原理并不復雜，技術路徑也相對簡單。具體設計是：

1.在現有的巨大風塔頂部取消笨重的發電機組，代之以一個氣泵裝置。當風輪旋轉時，帶動氣泵工作并通過一個輸氣管向地面輸送壓縮空氣。（氣泵進氣口需設置一個沙塵過濾罩）

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

3.儲氣罐可以是N個，編號為1、2、3、4……它們之間以單向閥門a串聯，當儲氣罐1被充滿壓縮空氣并達到一定壓力數值時，從排氣孔釋放出壓縮空氣，并帶動與之對接的發電機發電。

4.風大時，壓縮空氣多余。當儲氣罐1 的壓力達到一定峰值時，儲氣罐1便通過單向閥門a向儲氣罐2輸送壓縮空氣，以此類推。在串聯的多個儲氣罐的最后一節，設有安全排氣閥，以備釋放多余的氣體壓力。

5.當出現風小或無風狀態時，儲氣罐1 的壓力不足，儲氣罐2便通過單向閥門b向儲氣罐1倒輸壓縮空氣，以滿足儲氣罐1的發電所需壓力。當儲氣罐2 的壓力下降時，則由儲氣罐3通過單向閥門b向儲氣罐2倒輸壓縮空氣，以此類推。

6.由以上工作機制實現相對時間內的不間斷發電。因為即使某個時間段沒有風或風力不足，儲氣罐內的壓縮空氣也可以維持幾個小時或更長時間的發電。當然，串聯的儲氣罐數量越多（儲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題），其維持不間斷發電的時間也就越長。這可以根據具體風場的來風資料來設計儲氣罐的大小和數量。

7.在設計時，不一定是一座風塔帶一組儲氣罐，而是可以多座風塔共同對接一組儲氣罐和發電機，這樣不僅能夠保證發電的持續性，也可以大大降低建設成本。同時，不同距離分布的風塔其受風大小、受風時間都有差異，這樣也可以起到一種“互補”作用。

以上設計與現今流行的風力發電機組相比，也許對于風力旋轉葉輪的動能利用率不如后者，但是卻大大減輕了巨型風塔的頂部承重，其相應的安裝和維護成本也會降低。由于可實現不間斷的發電，電網公司也更愿意接納這種清潔能源。同時，在夜間用電低谷時，也可以多儲存壓縮空氣，少發電。綜合來看，儲氣式氣動風力發電機組優勢明顯，投資成本相對較低。目前國內已有利用用電低谷儲能的壓縮空氣儲能電站，可見沒有技術障礙。

在設計中，也可以把風塔本身設計為一個直立的巨型密封儲氣罐，其內部的攀登梯也不影響使用，因為使用內部攀登梯都是在風塔停止工作的狀態下進行的。另外，也可以在地面以下修建儲氣設施，比如埋放大型水泥管道作為儲氣罐等。

這個實用新型專利的保護期為10年，在當時由于找不到廠家來做，同時也受到各種條件的制約，無法轉化為生產力。專利的擁有者在繳納了幾年的專利保護年費后，就不得不放棄了。如今，重提這個設計，許多技術門檻已經不再制約，有意向的企業、研究所和投資者可以無需繳納專利費而去大膽嘗試，并在此基礎上有所創新。

但愿這個設計思路可以突破風力發電的短板，從而使風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公司董事長