1.1 對小型風力發電機的技術難度認識不足
1992年美國宇航局曾發表過一篇文章,說明美國宇航局和波音公司由于對中小型風力發電機的技術難度估計不足,而導致為軍方研制的便攜式小型風力發電機失敗,文章中主要提到中小型風力發電機研制上的困難在于:
中小型風力發電機所面對的自然環境極為惡劣,由于風受地面粗糙度和障礙物的影響很大,離地面高度越高,風速越穩定。而中小型風機受安裝高度限制,而且不能遠離用電者居住的地方,所以中小型風機是工作在風的紊流區域,風速風向的無規則頻繁變化對風機的破壞性很大。
中小型風力發電機所能提供的能源有限,考慮到單位功率成本的因素,好的材料和先進的控制技術無法采用,可選擇的材料和技術手段有限。長期以來,我國的小風機研制缺乏對小風機使用環境的研究,比較注重風機的性能測試數據,缺乏對風機在不同環境下進行運行考核的要求。
1.2 產品的技術要求不合理,配套系統產業各自分離
雖然我國的小型風力發電機技術標準做了調整和修改,但在對小風機的產品要求上還是按八十年代所訂的風機標準來要求,一個最顯著的特點就是要求風機的額定風速在6~8m/s,這是極不合理的。因為小型風力發電機受技術手段的限制,只能采用定漿距葉片,當風速大于額定風速時,風機的限速機構必須開始動作,否則就可能會燒毀發電機。風機限速后,輸出功率急速下降,從而大大縮小了風機的有效工作風速范圍。
以年平均風速4~5m/s的地區為例(這也是我國西北部偏遠地區較普遍的風資源條件),下圖為該地區全年風速的時表分布圖和風能密度分布圖。

圖1 年平均風速3.9m/s的地區不同風速下風速的時間正態分布圖

圖2 年平均風速3.9m/s的地區不同風速下風的能量正態分布圖
相對于國際上通行的做法(將風機的額定風速定在10~13m/s的范圍以體現對風能利用最大化的原則),我國的小風機額定風速定得低,主要是希望風機的有效工作時間長,較長時間滿足用戶的用電需求。這種考慮是有局限性的。風能和太陽能一樣,是隨機性很強的能源,而且能量密度低,希望風力發電機在任何條件下都能滿足用戶的用電要求是不現實的,要盡可能滿足用戶的用電要求,最好的辦法是采用風光互補發電系統,而不是降低風機的額定風速。
中小型風機的額定風速定得低,主要有以下幾方面問題:1)降低了風機的利用率:風力發電機的效率本來就不高,如果我們再把風能的有效利用區域限得很窄,不利于對風能的充分利用。2)增加了風機的成本和技術難度:風能是隨風速的三次方成正比的,額定風速定得低,同等功率下風機的成本要高很多(我國小風機的重量是國外同功率產品的3~5倍)。風機處于限速狀態的機率大,時間長,相應的產生故障的機會大,產品生產的技術難度大。3)與國際上同類產品的技術要求不接軌,喪失了國際市場上進行產品競爭的能力:太陽能熱水器、太陽能光伏都是按較高的光照強度來考核的,為什么中小型風機一定要按低風速來考核?這顯然是不合理的,這對中小型風機產業的發展不利。
此外,無論風力發電系統還是風光互補系統,都由控制系統和儲能系統組成等配套產業組成,發電系統、控制系統、儲能系統各自分家,是整合后系統穩定性差的根本原因,也是目前改行業的技術壁壘。使最終用戶衡量考察中小型風力發電及風光互補新能源發電技術產生誤差。獨立各個系統都是合格的,在各種惡劣的自然環境下一整合系統就是劣質的,不是控制系統不當就是儲能系統和發電系統配比不適合等,體現在用戶面前的不僅僅是單一發電系統的發電效率、低風速啟動、低風速儲能、抗大風保護等,還涉及到控制系統的智能控制、低電壓升壓、充放電控制等,儲能系統的選擇、配比、等等一系列衍生的產業問題。