風(fēng)能是最具有開發(fā)價值的新能源，風(fēng)能是分布最廣，離我們最近，取用最方便的無污染的清潔能源，用好風(fēng)電對減少碳排放，改善環(huán)境意義重大。風(fēng)能也是儲量巨大的新能源，風(fēng)能取之不盡，用之不竭，并具有相對最低的開發(fā)成本，所以風(fēng)電的發(fā)展應(yīng)該作為新能源發(fā)展的重點(diǎn)。
    中國氣象局日前公布我國首次風(fēng)能資源詳查和評價取得的進(jìn)展和階段性成果：我國陸上離地面50米高度達(dá)到3級以上風(fēng)能資源的潛在開發(fā)量約23.8億千瓦；我國5—25米水深線以內(nèi)近海區(qū)域、海平面以上50米高度可裝機(jī)容量約2億千瓦。我國陸上風(fēng)能資源主要集中在內(nèi)蒙古的蒙東和蒙西、新疆哈密、甘肅酒泉、河北壩上、吉林西部和江蘇近海等7個千萬千瓦級風(fēng)電基地。僅這些地區(qū)的陸上50米高度3級以上風(fēng)能資源的潛在開發(fā)量就達(dá)18.5億千瓦。
       
    面對如此巨大的風(fēng)能資源，面對我國嚴(yán)峻的節(jié)能減排形勢，為什么我國80多家風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)大部分產(chǎn)能閑置？為什么會出現(xiàn)嚴(yán)重產(chǎn)能過剩？具統(tǒng)計至2009年我國風(fēng)電裝機(jī)容量僅2500萬千瓦，風(fēng)電占全國的用電量還非常小，裝機(jī)容量占可開發(fā)量就更少，為什么風(fēng)電工程會淪落為“形象工程”？風(fēng)電被稱為“垃圾電源”？為什么風(fēng)電的開發(fā)與需求產(chǎn)生如此大的反差？這些矛盾和問題的出現(xiàn)已嚴(yán)重影響到風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
       
    這些矛盾和問題的出現(xiàn)，追根溯源是風(fēng)電技術(shù)的不適應(yīng)造成的。我國在“三北”（西北、東北、華北）地區(qū)在建的有6個千萬千瓦風(fēng)電基地，現(xiàn)在還處于建設(shè)初期有些問題已突出表現(xiàn)出來，首先是裝機(jī)容量大而發(fā)電量低；其次是并網(wǎng)難題無法破解；還有故障率高，維護(hù)成本大。這些問題主要是葉片性能造成的，現(xiàn)有葉片是參照直升飛機(jī)的葉片進(jìn)行設(shè)計制造，MW級風(fēng)電機(jī)葉片非常巨大，強(qiáng)剛性能要求很高，造價高昂，具有很好的空氣動力性能。在“三北”地區(qū)雖然多風(fēng)，但大風(fēng)畢竟很少，一般就是2~3級風(fēng)，大一點(diǎn)4~5級風(fēng)，6級風(fēng)以上都較少，所以葉片的空氣動力性能根本發(fā)揮不出來。風(fēng)速低，空氣動力性能弱，必然造成發(fā)電量低，這就是造成“裝機(jī)容量大而發(fā)電量低”的主要原因。“三北”地區(qū)每年還有幾次大的沙塵暴，在這種情況下，沖擊電流很大，不可能并網(wǎng)，但剛性葉片風(fēng)載很大，風(fēng)電機(jī)受力不平衡，附加扭矩很復(fù)雜，對風(fēng)電機(jī)產(chǎn)生擺動和振動，往往會造成故障和破壞。所以說葉片的空氣動力性能該發(fā)揮的時候發(fā)揮不出來，不該發(fā)揮的時候卻越來越強(qiáng)，只會帶來破壞。
    并網(wǎng)穩(wěn)定性差和高故障率是影響風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大障礙，這個問題主要是由于控制系統(tǒng)的滯后性和葉片的強(qiáng)風(fēng)載造成的。
       
    現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)的控制裝置主要有偏航裝置和變漿矩裝置，我們知道自然界的風(fēng)向和風(fēng)速都是隨時隨機(jī)變化的，我們的調(diào)節(jié)裝置雖然可以根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)速調(diào)整，但在速度上始終是滯后的，并不能完全滿足風(fēng)電機(jī)平穩(wěn)發(fā)電的需要。比如在自然界中風(fēng)向呈90°變化是經(jīng)常發(fā)生的，偏航裝置和變漿矩裝置的響應(yīng)速度若是1°/秒，90°就需要90秒的調(diào)整時間，在這么長的調(diào)整過程中，風(fēng)輪葉片所受的風(fēng)力角是完全不同的，也就是葉片所受的風(fēng)力是變化的，必然造成風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定，從而影響到風(fēng)電機(jī)輸出功率的穩(wěn)定，嚴(yán)重時就會造成風(fēng)電機(jī)解網(wǎng)，造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定。這種調(diào)節(jié)的滯后性在強(qiáng)風(fēng)暴的氣候條件下，往往會造成嚴(yán)重的后果，在高風(fēng)速情況下葉片處于順漿位置，若風(fēng)向發(fā)生90°變化，就會使葉片完全處于大面積受風(fēng)的狀態(tài)，使葉片受力突然增大，葉片受到的強(qiáng)大風(fēng)載就會通過傳動軸對變速裝置造成巨大的沖擊，巨大的風(fēng)載也會對偏航裝置造成沖擊，造成變速裝置和偏航裝置的損壞，葉片也有可能被折損壞。
       
    下面我們對葉片性能進(jìn)行分析，現(xiàn)有葉片是按空氣動力學(xué)原理設(shè)計的，如同飛機(jī)的機(jī)翼，在微風(fēng)狀態(tài)下，空氣動力性能肯定是很弱的，就像飛機(jī)速度低沒有升力一樣，這樣必然造成微風(fēng)發(fā)電性能差。在高風(fēng)速狀態(tài)下，葉片的空氣動力性能不斷增強(qiáng)，葉片性能不但不能起到穩(wěn)速穩(wěn)頻的作用，反而成了風(fēng)電機(jī)不穩(wěn)定和強(qiáng)破壞性的發(fā)源地，我們通過簡單的量化計算就可知道它的危害程度。我們以1.5MW風(fēng)電機(jī)為例進(jìn)行說明，設(shè)計風(fēng)速為13m/s，產(chǎn)生的能量為1.5MW，可轉(zhuǎn)換為152958kgf·m/s，其能量核算在葉片上的風(fēng)載可達(dá)百噸。若12級臺風(fēng)的平均風(fēng)速為34m/s，而風(fēng)的能量與風(fēng)速的關(guān)系是三次方的關(guān)系，那么在臺風(fēng)狀態(tài)下葉片產(chǎn)生的風(fēng)載將達(dá)千噸以上，這個數(shù)值是相當(dāng)驚人的。我們知道風(fēng)電機(jī)的控制系統(tǒng)有卸載功能，但任何控制系統(tǒng)都存在滯后性，不可能對葉片及時完全卸載，這樣大的風(fēng)載形成的沖擊力是任何機(jī)械裝置都無法承受的，我們設(shè)計制造的變速裝置很大，強(qiáng)度也非常高，但仍不能避免這種沖擊力對變速裝置的損壞。為了避免變速裝置的損壞，風(fēng)電機(jī)又向直驅(qū)方向發(fā)展，直驅(qū)方式省掉了變速裝置，但造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低，我們知道發(fā)電機(jī)的發(fā)電量是由線圈切割磁力線的速度決定的，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的降低也就意味著發(fā)電效率的降低，人們又一次以犧牲發(fā)電效率為代價來解決葉片設(shè)計不合理所造成的后果。這種治標(biāo)不治本的方式肯定是達(dá)不到效果的，這樣做只是改變了故障發(fā)生的部位，并不能避免強(qiáng)風(fēng)載帶來的破壞。強(qiáng)風(fēng)載也是造成沿海風(fēng)電機(jī)不穩(wěn)定、安全性無法保障的最根本原因。也是造成沿海風(fēng)電機(jī)被臺風(fēng)損毀的主要原因。葉片強(qiáng)風(fēng)載還會造成風(fēng)電機(jī)強(qiáng)烈振動，這對風(fēng)電機(jī)的破壞也是很強(qiáng)的，往往造成疲勞損壞和高故障率。
    國外有幾十年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，很有實(shí)力的公司，都在風(fēng)電機(jī)產(chǎn)品上出現(xiàn)過這樣那樣的問題。世界最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造商N(yùn)EG
Micon就是因?yàn)辇X輪箱問題，他為所生產(chǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都換了一次齒輪箱，這家世界最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商破產(chǎn)了，這在其它產(chǎn)業(yè)是不可能發(fā)生的。目前我國風(fēng)電整機(jī)制造企業(yè)已近８０家，質(zhì)量問題頻發(fā)，國產(chǎn)風(fēng)電機(jī)故障率更高也就不足為奇。這充分說明現(xiàn)有葉片的高風(fēng)載特性和控制系統(tǒng)滯后性給風(fēng)電產(chǎn)業(yè)帶來的危害性。
       
    變轉(zhuǎn)速聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有劃時代的意義，變轉(zhuǎn)速技術(shù)可以讓風(fēng)輪隨風(fēng)速的變化相應(yīng)改變轉(zhuǎn)速的快慢，徹底改變了葉片所具有的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的功能，也就改變了葉片只能采用剛性葉片的限制，為改進(jìn)葉片性能創(chuàng)造了有利條件。我們應(yīng)當(dāng)拋棄現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，在葉片設(shè)計上充分考慮獲得最大風(fēng)能的要求，使風(fēng)能利用率得到大幅提高。葉片性能的重大改變，會使我們開發(fā)出新型高效的風(fēng)電機(jī)。
       
    大自然永遠(yuǎn)是我們最好的老師，人類通過對鳥翅膀的研究造出了飛機(jī)，飛上了藍(lán)天。鳥的翅膀是最輕巧的飛行裝置，也是利用風(fēng)能的高效裝置，我們要想提高風(fēng)能利用率，提高風(fēng)電機(jī)的微風(fēng)發(fā)電性能，鳥翅是我們最好的研究對象。鳥翅主要是靠羽毛捕獲風(fēng)能，羽毛結(jié)構(gòu)非常輕盈，但有很好的捕風(fēng)性能，而且具有靈活調(diào)節(jié)風(fēng)載的功能。根據(jù)仿生學(xué)的原理，通過對羽毛結(jié)構(gòu)特性的研究提取，研究開發(fā)出了柔性羽形葉片。
       
    柔性葉片可以完全克服剛性葉片的缺點(diǎn)，并可以增大受風(fēng)面積，由于柔性葉片可以根據(jù)風(fēng)速的變化相應(yīng)改變受風(fēng)的型面，在增加風(fēng)能獲取量和轉(zhuǎn)化量的同時，改善葉片的受力狀態(tài)，化解風(fēng)的破壞力，有利于風(fēng)電機(jī)安全穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。在低風(fēng)速情況下，葉片變形小，以最佳迎風(fēng)角和最大迎風(fēng)面積獲取最大風(fēng)載；在中風(fēng)速情況下，隨著風(fēng)速增大，葉片變形會逐步增大，逐步減小迎風(fēng)角和迎風(fēng)面積，保持所受風(fēng)載大小的相對穩(wěn)定，保證發(fā)電功率的平穩(wěn)輸出；在高風(fēng)速情況下，葉片隨風(fēng)速大幅變形，迎風(fēng)面積大幅減小，風(fēng)載減小，所受風(fēng)阻大幅增加，葉片的轉(zhuǎn)速不會增快，反而會變慢，不會造成風(fēng)電機(jī)過載，也毋需停機(jī)，仍然可以保持正常發(fā)電。此時葉片所受風(fēng)載會大幅減小，就像一顆樹會隨風(fēng)彎曲，大幅減小樹所受到的風(fēng)載，這樣可以完全避免狂風(fēng)對風(fēng)電機(jī)的破壞。所以柔性葉片這種智能化的調(diào)節(jié)過程更符合風(fēng)電機(jī)風(fēng)載特性的要求。而且風(fēng)載特性是靠葉片自身結(jié)構(gòu)的受力型態(tài)實(shí)現(xiàn)的，不存在滯后性，也不存在機(jī)械和電子故障，更加簡單可靠。