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认真对待小型风力发电 |
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作者：David Sharman |
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小型风电行业目前正处于一个非常有趣的时期。在一系列关于新能源行业的报道中，风能专家David Sharman探讨了他所观察到的小型风电行业内的一些现象，同时讨论了该行业所面临的挑战，以及到目前为止所取得的进展。文章介绍了一些主要的生产商，并报道了该行业目前的市场规模。
小型风机主要用途是什么？
市场上销售的绝大部分小型风机主要有两种用途：为电池充电或为电网供电。还有很少一部分用于电热和抽水，但是市场规模较小。
从行业发展的历史上来看，用于电池充电的风机功率越来越小，而低于1kW的风机才被勉强称为微型风机 — 不过电池充电装置达到50kW也并不少见，因此，电池充电用风机并不等同于微型风机。
历史上，为电网供电的小型风机一般都是功率等于或大于6kW的风机。但是最近几年，一些生产商逐渐将更小功率的风机推向电网连接应用领域中，甚至是250W的风机。
Ampair公司100W电池充电用风机，位于美国阿拉斯加州。
小型风电的认知问题
与大多数人看法不同的是，小型风电产业并不是毫无技术可言的家庭式产业。举一些主要的小型风机制造商以及他们所生产的风机数量为例，希望有启发意义。该行业著名的领军企业Southwest Windpower公司（SWWP）在25年里生产了14多万台风机；紧随其后的分别是Marlec公司（30年生产了8万台风机）、Ampair公司（35年生产了2万台）、Fortis公司（20年生产了6千台）、Bornay公司（35年生产了4千台）、Bergey公司（30年生产了5800台）、Proven公司（25年生产了2500台）以及Eclectic公司（5年生产了2千台）。
在微型风电方面，SWWP、Marlec、Ampair 和LVM等公司都是市场的领导者。这四家公司彼此竞争，争夺全球市场。他们销售的电池充电用盒装风机零售价格在500~1000美元之间。
类似的情况也同样存在于产量相对较少的几个1~15kW小型风机生产商之间：英国的Proven公司、荷兰的Fortis公司、爱尔兰的Westwind公司（以前是澳大利亚公司）以及美国的Bergey公司。在过去五年里，这个行业里又相继加入了表现不俗的几家公司，包括Eoltec公司、Kestrel公司、Endurance公司和Evance（以前的Iskra公司），以及东山再起的丹麦/苏格兰公司Gaia。甚至连SWWP和Ampair公司也开始进军该规模风机领域。
功率较大的风机主要由Entegrity公司、加拿大AOC Design公司以及Northern Power Systems等公司提供。这三家公司生产的风机功率为100kW。
这些厂商中产量最高的几家在没有任何政府补贴的情况下，完全以商业运作的方式每年向海外市场销售几千台盒装产品，为他们遍布在全球几乎每个国家每个角落的经销商网络提供支持。
这些公司基本都运营了25~35年了，他们是从几十甚至几百个竞争者中幸存下来的，大多数的竞争者都被淘汰出局。在这几十年中，他们各自的产品范围都得到了延伸，这主要得益于不断的产品研发及品牌的建立。与此同时，他们在知识产权和制造工艺方面也得到了提升。
其中有两家美国公司与中国工厂展开了合作（独资或者合资方式）。大约20年前，世界银行为Marlec公司在蒙古的风机工厂项目提供资金支持，这为中国本土风机行业的发展奠定了基础。虽然这些公司在资金方面不得不谨小慎微，但也不能因为这样就认为他们不够专业（有时有这样的观点）。事实上，资产几十亿美元的集团性公司如ITT、Eveready、GE和 Bombardier等公司都向涉及该领域的公司投资。
进入该市场真的很容易吗？
一个十分普遍的误解是，进入该市场的门槛很低。但是成立一家专业化公司，能够向全球市场提供高品质产品 — 不仅如此，还要能够持续提供产品及服务（至少在风机二十年寿命期间内），与那些根基牢固且具有明确目标的公司进行竞争，这是相当具有挑战性的。
■ 可以在市场上占有一席之地，至少要投入500万~1000万美元，且需要五年以上的运营时间。刚刚踏足这个领域的公司如Windsave、Renewable Device和Quiet Revolution等公司便是最好的证明，而Proven和SWWP两家公司的投资经历可以进一步证明这点。
■ 众所周知，Windsave这家英国公司，在2004至2009年间投资了700万美元，试图将其标定功率为1kW并网型风机打入到英国及其他一些国家。虽然整体战略是正确的，但有一部分还是出现了问题，最终导致公司破产（该投资来自一位富有的连续投资企业家）。Windsave贸易公司目前接管了该公司，大约销售了1200台风机。
■ Quiet Revolution，同为英国公司，从德国公用事业巨头RWE集团获得700万英镑的资金承诺，用于生产螺旋形立轴风机产品。在四年时间里，这家公司大约销售了100台风机。
■ 苏格兰风机制造商 Proven公司，在从风险投资机构LCA获得资金之前的20年时间里，共生产了大约850台风机。LCA累计投入900万英镑（合计1350万美元），用于收购Proven公司81%的股份。在LCA进行注资这四年中，Proven公司风机总销量达到了2500台，公司目前员工大约70人左右。
■ 在大西洋彼岸的加拿大，同样知名的50kW级别风机制造商Entegrity公司将不复存在。公司抵押给了银行，欠下至少1100万美元的债务，并遣散了在Boulder和Prince Edward Island地区近80名员工。
■ 位于美国西南部亚利桑那州的SWWP公司最近获得了一笔1000万美金的投资，这是近十年来一系列投资的最近一笔，这十年的总投资额累计达到了3000~5000万美金。
很显然，如果这些业绩稳定的公司都需要如此大量的资金投入，那些颇有能力却白手起家的新公司常常以失败而告终，而这个行业依然被普遍认为是门槛及进入成本都很低的一个行业，就真的很奇怪了。
从表面上看，其实小型风机跟摩托车的技术复杂度相当，但是摩托车投资人清楚认识到，成为摩托车的主流生产商并不是一件容易的事，但是小型风机市场的情况却不完全是这样。
这也并不是说，所有涉足该行业的新公司都应该放弃，但是在真正启动前至少需要慎重考虑。即使有现成的风机生产计划可以套用，还有来自如Scoraig Wind（Hugh Piggott）和Otherpower（Dan Bartmann和Dan Fink）等经验丰富公司的培训课程，这些也不应该成为那些新进入公司放弃谨慎做法的理由，尤其是这些计划并不是很适合大批量商业化生产。事实上，例如African Wind Power和Abundant Renewable Energy（已被Helix Wind公司收购）这类公司也曾经在决定是否进入小型风电市场方面犹豫不决。
来自秘鲁的一个案例也值得引起人们的警惕。2009年欧洲风能年会披露，一个国际援助项目花了40万美元在秘鲁高地上安装了大约70台风力发电机（≤1kW）。对现有的风机来说，这项花费相当高。此外，对于其他一些费用的去向也令人感到迷惑，是花在了项目管理上还是技术升级上？人们不禁在想，进入小型风电市场的障碍究竟是什么呢？ 
Bergey公司10kW并网风机，位于美国。
小型风机的补助问题
电池充电市场是不需要补助的，因为竞争主要来自太阳能或者柴油发电机。用户在考虑成本后会觉得这些技术都相对昂贵，而他们在考虑了本地资源后（如光照、风能或柴油及维修成本），在没有政府补助地区的客户会倾向于将这三种技术组合起来使用，互相补充。
但对于一般情况，一旦有补助，市场就会被扭曲。例如，一份40万美元的补助投入到市场，销售网络内所积累的经验就会被彻底抛于脑后。这些经验的积累过程虽然缓慢，但最终可以让风机制造商在不需要补助的情况下自力更生开始生产。因此，这些资金会不断地将一个依赖性的市场重新洗牌，而不是让当地经济自行慢慢地朝价值链上游移动。日本Zephyr公司的发展时机就把握得恰到好处，多年来他们一直进口SWWP公司的产品，而现在已经开始生产自己的产品 — 1kW风力发电机AirDolphin（过去五年里生产了2000台）。现在，Zephyr得到了多家日本大型生产商的支持。Zephyr公司在着手投产前也对行业进行了深入的了解。
并网风机市场的情况有些许不同，有时补助可起到使竞争公平化的作用，但并不总是如此。大多数并网风电用户可以0.1~0.15美元/千瓦时价格购买电能，小型风机要与之竞争就需要补助。提倡补助的拥护者表示，这种支持能够帮助小型风电与大型发电行业进行抗衡，这些大型发电行业通常可以通过许多不同的政策如税收等获得补助。而对财政补助持反对意见的人反驳说，鼓励微型风力发电技术以小规模方式大量发展的话，是将补助资金从能够迅速提升发电量的大型可再生能源发电行业（例如水力发电、大型风电场，甚至是核电）上转移开。
成功的小型风机制造商已经开始国际化的运作，因而各自市场里变化不定的补助计划并不会影响到他们。那些成功进入小型风电行业的公司基本都是从5~6kW的并网风机开始着手的，例如Iskra公司（现在的Evance公司5年销量200台）、Eoltec公司（5年销量200台），还有最新加入的南非的Kestrel公司和美国的Endurance公司。
垂直轴风机和城市风力市场潜力巨大
近几年，许多垂直轴风力发电机（VAWT）制造商一直将此类发电机视作城市风力资源利用的最佳方式，而一些水平轴风力发电机（HAWT）制造商则憧憬着“每家都拥有一台风机”的梦想，淘金热可能就源于这些梦想。
这两种设想都需要面对风力资源的问题。在城市里，可以用于具有经济效益发电的风力是有限的，尤其考虑到城市中其他电力获取方式成本都很低，比如集中式发电及密集的城市电力分配网络。
城市里是否有足够的风力，Warwick Wind Trial（WWT）和Energy Saving Trust（EST）公司做的实验似乎都有了明确的答案。双方的实验都表明，城市中常见的风速在2~3m/s范围内，这种风力是无法用于风力发电的。实验还表明，虽然有些局部区域风力不在这个范围内，但是任何人口居住密集的地区就像是森林里的天然屏障 — 就风力方面来说，可以有效地重新设定地平面。
这两个试验还得到了计算流体力学（CFD）模型的支持，而且获得了风洞试验的验证。这些工作由英国拉夫堡大学和英国建筑研究院、法国Meteodyn公司和美国CPP Consulting公司负责。所有这些研究都表明，只要建筑物的密度达到了一般的城郊居住区或密集居住区的密度，具有经济效益的小型风力发电将很难实现，因为缺少基本的风力资源。因此，不管风机生产和安装的成本有多低，如何让其带来经济效益将是一个巨大的挑战。
此外，研究还表明，在某些情况下，某些微地段选址或许是一个解决办法，但是目前还不清楚找到这些微地段带来的效益能否平衡掉为选址而运行昂贵的计算流体力学模型所带来的成本。
垂直轴风力发电机的拥护者相信，垂直轴风力发电机能更好地处理城市中不稳定的风力资源。然而，到目前为止相关的试验还比较少，WWT和EST的试验也没有涵盖任何垂直轴风力发电机制造商。
荷兰公用事业项目Delta工程在Zeeland地区进行了一次试验。该实验包含四台垂直轴风力发电机（制造商有Ropatec、Turby和Windwalker公司），还有七台水平轴风力发电机（制造商有Ampair、SWWP、Fortis、Renewable Devices和Zephyr公司）。该实验的结果是，成绩较好的垂直轴风力发电机在试验所涉及区域内每平米每年可发电70~90kWh，而较好的水平轴风力发电机则每平米每年可发120~230kWh。Zeeland地区的平均风速为3.6m/s，这是欧洲城市市郊位置比较典型的风速。
伦敦南岸大学用Quiet Revolution和Proven公司生产的风机，在英国伦敦市中心Elephant & Castle街区的11层办公楼上进行了另一项试验。试验表明，垂直轴风力发电机的容量因素为-2%，而水平轴风力发电机的容量因素却为4.6%。试验进行的时间为六个月。
虽然未来在城市内风力发电方面，垂直轴风机可能会比水平轴风机更具优势，但是目前看起来这两种风机都不适合应用在城市中。
备注：在2009年英国风能协会国际小型风电博览会（ISWC）上，这两项试验的报告都得到了公布。该博览会已经成为小型风电方面的一个重要活动。
另一个重要活动是每年6月在威斯康辛州召开的美国中西部可再生能源协会小型风电大会。在去年的会议上，小型风电评论员Mick Sagrillo发表了演讲，他提到一些新公司进入小型风电行业后在公用领域方面的应用情况。
他的第一份数据是来自于营业额为1亿美元的美国Aerovironment公司。该公司主要业务是生产小型飞机，现在开始生产屋顶用小型风力发电机。根据Sagrillo的资料，总容量为6kW的Aerovironment风机安装在了明尼苏达州Duluth市政府大楼上，项目总花费是5.1万美金，十个月时间内总发电量为400kWh（资金回收期大概在890年）。
他提供的第二份数据是关于螺旋形垂直轴风力发电机的，由芬兰Windside公司制造。数据显示，威斯康辛州Fitchburg市花费4万美元安装了该公司生产的风力发电机，7个月时间共发电41kWh，资金回收期为4761年。
Sagrillo表示，做试验是好的，但是还需要对产品的性能进行验证，这样消费者才会有信心购买。
关于作者：
David Sharman是许多小型风电委员会的成员，包括国际电工委员会（IEC）、国际能源署（IEA）委员会、美国国家经济委员会（NEC）、英国海洋保护协会（MCS）及英国风电协会（BWEA）委员会。英国风机制造商Ampair公司的总经理。(end)
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(投稿)
(6/2/2010) |
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