用于步進(jìn)電機(jī)的無(wú)傳感器單芯片驅(qū)動(dòng)器
時(shí)間：2007-07-12 人氣：1646 來(lái)源：中國(guó)機(jī)械網(wǎng)|http://www.jx.cn/ 作者：
概述： 日前，AMI Semiconductor（AMIS）宣布，推出可極大減少動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用產(chǎn)品中的元件數(shù)量和材料成本(BOM)的兩種新型單芯片步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC，分別為AMIS-30521和AMIS......
日前，AMI Semiconductor（AMIS）宣布，推出可極大減少動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用產(chǎn)品中的元件數(shù)量和材料成本(BOM)的兩種新型單芯片步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC，分別為AMIS-30521和AMIS-30522。
這兩種產(chǎn)品使工程師在一些應(yīng)用產(chǎn)品中無(wú)需開(kāi)關(guān)、霍爾(Hall)傳感器、反馳二極管和很多無(wú)源元件，適用范圍包括汽車(chē)前照燈定位系統(tǒng)和監(jiān)控相機(jī)到自動(dòng)“拾放”系統(tǒng)、自動(dòng)售賣(mài)機(jī)、紡織機(jī)械、舞臺(tái)照明等眾多產(chǎn)品。
新器件擁有SPI接口，能完全控制NXT“下一步”輸入脈沖轉(zhuǎn)換，從而為電機(jī)線圈提供適當(dāng)?shù)腜WM輸出。該型號(hào)新器件都被設(shè)計(jì)為與主微控制器或DSP共同使用的協(xié)同芯片。此外，AMIS-30522包括一個(gè)50mA穩(wěn)壓器和用于外部微控制器的看門(mén)狗。兩種器件都提供從全步到1/32微步功能，包括補(bǔ)償和非補(bǔ)償半步進(jìn)功能。內(nèi)置電流傳感功能消除了對(duì)外部電流檢測(cè)電阻的需求，進(jìn)一步減少了元件數(shù)量。
每個(gè)新的混合信號(hào)IC都包含兩個(gè)內(nèi)置H橋，能夠以最高達(dá)1600mA的電流驅(qū)動(dòng)雙相步進(jìn)電機(jī)。速度和負(fù)載角輸出使主微控制器能夠檢測(cè)阻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子和運(yùn)行結(jié)束狀況，而無(wú)需額外的開(kāi)關(guān)、Hall傳感器或光學(xué)編碼器。除了停轉(zhuǎn)檢測(cè)，這些功能還允許設(shè)計(jì)師為微控制器編程，以計(jì)算轉(zhuǎn)子位置，并按要求動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電流或速度以防止失步。因此能夠消除終點(diǎn)停止的噪音和震動(dòng)，并在無(wú)需添加元件的情況下提升了運(yùn)動(dòng)控制的精確度和可靠性。
同時(shí)，這種新型器件一種選擇是采用一種帶裸露焊盤(pán)的NQFP封裝，其橫截面不到1mm，占用面積僅為7mmx7mm。除了尺寸小，這些器件還有一系列附加功能，包括過(guò)電流、欠壓與過(guò)壓、線圈斷路或短路以及過(guò)熱狀況的診斷和保護(hù)功能。除了節(jié)省電路板空間之外，組件尺寸小還便于直接安裝在步進(jìn)電機(jī)上，進(jìn)一步節(jié)省空間并降低電路復(fù)雜性。另外，改進(jìn)的SOIC的裸露下焊盤(pán)設(shè)計(jì)大大提高了熱阻性能，確保從IC向PCB的有效散熱。
AMIS公司是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字ASIC產(chǎn)品和混合信號(hào)ASIC產(chǎn)品的公司。目前約有員工兩千多人，分布在公司總部及世界各地的分支機(jī)構(gòu)。AMI公司的主要產(chǎn)品有：激勵(lì)傳感器接口；電信產(chǎn)品定時(shí)發(fā)生器；無(wú)線基帶產(chǎn)品；混合信號(hào)ASIC；數(shù)字ASIC等其它標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。
這兩種產(chǎn)品使工程師在一些應(yīng)用產(chǎn)品中無(wú)需開(kāi)關(guān)、霍爾(Hall)傳感器、反馳二極管和很多無(wú)源元件，適用范圍包括汽車(chē)前照燈定位系統(tǒng)和監(jiān)控相機(jī)到自動(dòng)“拾放”系統(tǒng)、自動(dòng)售賣(mài)機(jī)、紡織機(jī)械、舞臺(tái)照明等眾多產(chǎn)品。
新器件擁有SPI接口，能完全控制NXT“下一步”輸入脈沖轉(zhuǎn)換，從而為電機(jī)線圈提供適當(dāng)?shù)腜WM輸出。該型號(hào)新器件都被設(shè)計(jì)為與主微控制器或DSP共同使用的協(xié)同芯片。此外，AMIS-30522包括一個(gè)50mA穩(wěn)壓器和用于外部微控制器的看門(mén)狗。兩種器件都提供從全步到1/32微步功能，包括補(bǔ)償和非補(bǔ)償半步進(jìn)功能。內(nèi)置電流傳感功能消除了對(duì)外部電流檢測(cè)電阻的需求，進(jìn)一步減少了元件數(shù)量。
每個(gè)新的混合信號(hào)IC都包含兩個(gè)內(nèi)置H橋，能夠以最高達(dá)1600mA的電流驅(qū)動(dòng)雙相步進(jìn)電機(jī)。速度和負(fù)載角輸出使主微控制器能夠檢測(cè)阻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子和運(yùn)行結(jié)束狀況，而無(wú)需額外的開(kāi)關(guān)、Hall傳感器或光學(xué)編碼器。除了停轉(zhuǎn)檢測(cè)，這些功能還允許設(shè)計(jì)師為微控制器編程，以計(jì)算轉(zhuǎn)子位置，并按要求動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電流或速度以防止失步。因此能夠消除終點(diǎn)停止的噪音和震動(dòng)，并在無(wú)需添加元件的情況下提升了運(yùn)動(dòng)控制的精確度和可靠性。
同時(shí)，這種新型器件一種選擇是采用一種帶裸露焊盤(pán)的NQFP封裝，其橫截面不到1mm，占用面積僅為7mmx7mm。除了尺寸小，這些器件還有一系列附加功能，包括過(guò)電流、欠壓與過(guò)壓、線圈斷路或短路以及過(guò)熱狀況的診斷和保護(hù)功能。除了節(jié)省電路板空間之外，組件尺寸小還便于直接安裝在步進(jìn)電機(jī)上，進(jìn)一步節(jié)省空間并降低電路復(fù)雜性。另外，改進(jìn)的SOIC的裸露下焊盤(pán)設(shè)計(jì)大大提高了熱阻性能，確保從IC向PCB的有效散熱。
AMIS公司是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字ASIC產(chǎn)品和混合信號(hào)ASIC產(chǎn)品的公司。目前約有員工兩千多人，分布在公司總部及世界各地的分支機(jī)構(gòu)。AMI公司的主要產(chǎn)品有：激勵(lì)傳感器接口；電信產(chǎn)品定時(shí)發(fā)生器；無(wú)線基帶產(chǎn)品；混合信號(hào)ASIC；數(shù)字ASIC等其它標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。
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在我國(guó)大力開(kāi)展節(jié)能減排工作的進(jìn)程中，越來(lái)越多的跨國(guó)企業(yè)看到了其中的“環(huán)保商機(jī)”，美國(guó)特靈公司就將目光投向當(dāng)下方興未艾的合同能源管理模式。
日前，特靈公司與上海華虹NEC電子有限公司簽訂了第二期合同能源管理協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，特靈公司將對(duì)華虹NEC的水蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行改造，利用工業(yè)用電的峰谷差值以及水箱，實(shí)現(xiàn)在夏天夜間制冷，白天釋放冷氣，從而大幅降低空調(diào)能耗。
此前，特靈公司和華虹NEC的第一期合同能源管理合作，通過(guò)在冬季回收冷卻塔向外排放的熱氣，減少生產(chǎn)用于新風(fēng)預(yù)熱的蒸汽的費(fèi)用。改造過(guò)的熱回收系統(tǒng)自2005年12月起開(kāi)始運(yùn)行，第一年預(yù)計(jì)能降低能源支出150萬(wàn)元，實(shí)際達(dá)到180萬(wàn)元，使得改造投資在一年半時(shí)間內(nèi)就得以收回。
特靈公司中國(guó)區(qū)總裁韋日明說(shuō)，特靈公司已在國(guó)內(nèi)完成深圳香格里拉飯店、北京凱賓斯基飯店、中國(guó)保險(xiǎn)大廈等多個(gè)合同能源管理項(xiàng)目，均取得良好的節(jié)能成效，公司目前還有100多個(gè)項(xiàng)目正在洽談中。
日前，特靈公司與上海華虹NEC電子有限公司簽訂了第二期合同能源管理協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，特靈公司將對(duì)華虹NEC的水蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行改造，利用工業(yè)用電的峰谷差值以及水箱，實(shí)現(xiàn)在夏天夜間制冷，白天釋放冷氣，從而大幅降低空調(diào)能耗。
此前，特靈公司和華虹NEC的第一期合同能源管理合作，通過(guò)在冬季回收冷卻塔向外排放的熱氣，減少生產(chǎn)用于新風(fēng)預(yù)熱的蒸汽的費(fèi)用。改造過(guò)的熱回收系統(tǒng)自2005年12月起開(kāi)始運(yùn)行，第一年預(yù)計(jì)能降低能源支出150萬(wàn)元，實(shí)際達(dá)到180萬(wàn)元，使得改造投資在一年半時(shí)間內(nèi)就得以收回。
特靈公司中國(guó)區(qū)總裁韋日明說(shuō)，特靈公司已在國(guó)內(nèi)完成深圳香格里拉飯店、北京凱賓斯基飯店、中國(guó)保險(xiǎn)大廈等多個(gè)合同能源管理項(xiàng)目，均取得良好的節(jié)能成效，公司目前還有100多個(gè)項(xiàng)目正在洽談中。
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太陽(yáng)照射到地球表面,地球表面各處受熱不同,產(chǎn)生溫差,從而引起大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)形成風(fēng),其攜帶的能量即風(fēng)能。風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電稱(chēng)風(fēng)力發(fā)電即風(fēng)電。風(fēng)能是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)化形式,是一種不產(chǎn)生任何污染排放的可再生自然能源。與太陽(yáng)能、生物、地?zé)岷秃Ｑ竽馨l(fā)電相比,風(fēng)電是當(dāng)前技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上最具商業(yè)化規(guī)模開(kāi)發(fā)條件的新能源。
能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),要實(shí)現(xiàn)2020年我國(guó)GDP翻兩番的宏偉目標(biāo)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長(zhǎng),僅靠常規(guī)能源難以解決能源和電力短缺。占電力供應(yīng)70％的煤電燃料---煤炭,探明的剩余開(kāi)采儲(chǔ)量為1390億t,按2003年開(kāi)采速度16.67億t/a,僅能維持83a,還將帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染。我國(guó)的石油資源不足,天然氣資源也不夠豐富,天然鈾資源短缺。我國(guó)水能資源經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量為4.02億kW,年發(fā)電量1.7萬(wàn)億kW/h,再經(jīng)過(guò)20～30a的開(kāi)發(fā),70％左右將被開(kāi)發(fā)完,僅靠水能是解決不了我國(guó)電力短缺的。
我國(guó)的風(fēng)能資源十分豐富,根據(jù)國(guó)家氣象局估計(jì),我國(guó)10m高度以?xún)?nèi)可開(kāi)發(fā)利用的地表風(fēng)電能源約為10億kW,其中陸地2.5億kW,海上7.5億kW,如果擴(kuò)展到50～60m以上高度,風(fēng)力資源將有望擴(kuò)展到20～25億kW。因此,風(fēng)力發(fā)電是我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)而重要的選擇。
風(fēng)電機(jī)組(主要指并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組)是風(fēng)力發(fā)電的核心設(shè)備,其投資約占總投資的60％～80％。風(fēng)電機(jī)組的生產(chǎn)和制造水平也是反映一個(gè)國(guó)家風(fēng)電發(fā)展水平的重要因素,因此由進(jìn)口轉(zhuǎn)化為國(guó)產(chǎn),可大大降低風(fēng)電廠的投資,從而有力地促進(jìn)風(fēng)電的快速發(fā)展。
我國(guó)與世界先進(jìn)制造技術(shù)的差距
世界上先進(jìn)的風(fēng)電設(shè)備制造商主要在丹麥(風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)量占世界市場(chǎng)一半份額)、德國(guó)和美國(guó)。德國(guó)是世界上風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)及容量最多的國(guó)家,也是風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家,其風(fēng)電技術(shù)的演化路徑和發(fā)展趨勢(shì),在一定程度上代表了世界風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展路徑和發(fā)展趨勢(shì)。增大單機(jī)容量、提高能源轉(zhuǎn)換效率、降低風(fēng)電成本是風(fēng)電技術(shù)的改進(jìn)目標(biāo)。影響單機(jī)發(fā)電容量的物理參數(shù)包括葉輪直徑和軸心高度。到20世紀(jì)90年代后期,已能生產(chǎn)MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組,隨著近海風(fēng)電技術(shù)的推廣,3～5MW級(jí)的風(fēng)電機(jī)組在市場(chǎng)中的比例日益提高。1989～2002年,德國(guó)風(fēng)機(jī)平均軸心高度增加1倍,葉輪直徑增加2倍,發(fā)電容量提高了10倍左右。
現(xiàn)代風(fēng)能利用技術(shù)的核心技術(shù)之一是控制調(diào)整能量輸出的穩(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)技術(shù)有兩種手段:一是槳距不變,依靠發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速的輸入,確保電力輸出的穩(wěn)定性。定槳距調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單可靠,控制也可大大簡(jiǎn)化,缺點(diǎn)是槳葉、輪轂、塔架等主要受力部件受力增大。二是依靠變化槳距調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,保證電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)Ω鞣N不同的風(fēng)速調(diào)節(jié)槳距,控制能量輸出,其對(duì)風(fēng)速的調(diào)節(jié)范圍更寬,缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)程序和工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜。但從風(fēng)電的調(diào)節(jié)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)正在逐漸取代定槳距調(diào)節(jié)技術(shù),變槳距變速調(diào)頻是世界上先進(jìn)的主流技術(shù)。
2000年后世界風(fēng)電市場(chǎng)的主力機(jī)型是兆瓦級(jí)的,且近海風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量達(dá)到3～5MW。從風(fēng)機(jī)葉片的直徑、軸心高度和風(fēng)電機(jī)組的調(diào)節(jié)技術(shù)上,我國(guó)與世界先進(jìn)水平差距亦較大。但近年來(lái),我國(guó)風(fēng)電機(jī)組制造技術(shù)提高迅速,可望在不遠(yuǎn)的將來(lái)縮小和趕上世界風(fēng)電設(shè)備制造的先進(jìn)水平。
對(duì)我國(guó)風(fēng)電建設(shè)的幾點(diǎn)建議
我國(guó)能源結(jié)構(gòu)及能源可持續(xù)發(fā)展必須滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。為此,大力發(fā)展風(fēng)電和快速提高風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)水平是我國(guó)能源建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)目前我國(guó)風(fēng)電設(shè)備的制造技術(shù)現(xiàn)狀以及與世界先進(jìn)技術(shù)的差距,提出如下幾點(diǎn)建議。
1制訂風(fēng)電發(fā)展的優(yōu)惠政策
在國(guó)家發(fā)改委的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理下,制訂風(fēng)電建設(shè)的優(yōu)惠政策,調(diào)動(dòng)各方面的積極性,大力發(fā)展風(fēng)電,建議主要采取以下政策措施:
(1)規(guī)定電網(wǎng)管理部門(mén)允許風(fēng)電就近上網(wǎng),并收購(gòu)全部上網(wǎng)電量；
(2)按發(fā)電成本加還本付息、合理利潤(rùn)的原則確定上網(wǎng)電價(jià),高出電網(wǎng)平均電價(jià)部分,建議國(guó)家開(kāi)征礦石能源消費(fèi)稅進(jìn)行補(bǔ)償,風(fēng)電價(jià)格實(shí)行動(dòng)態(tài)管理,每年進(jìn)行核算和調(diào)整,使各方面保持發(fā)展風(fēng)電的積極性；
(3)風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)屬高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),享受?chē)?guó)家相關(guān)的減免稅政策；
(4)制訂政策導(dǎo)向的風(fēng)電建設(shè)及風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),如風(fēng)電廠的建設(shè)規(guī)模和新裝風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量要達(dá)到一定規(guī)模及容量要求等。
2在引進(jìn)設(shè)備的同時(shí)引進(jìn)制造技術(shù)
建議通過(guò)100萬(wàn)kW級(jí)大型風(fēng)電廠建設(shè),要求并鼓勵(lì)項(xiàng)目法人在風(fēng)電設(shè)備的采購(gòu)招標(biāo)文件中明確:國(guó)外制造商要與國(guó)內(nèi)設(shè)備制造商聯(lián)合投標(biāo),國(guó)外企業(yè)為責(zé)任方,國(guó)內(nèi)企業(yè)為分包商,并附上明確分包比例,簽訂設(shè)計(jì)、制造、維修等技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議。如果一個(gè)100萬(wàn)kW級(jí)風(fēng)電廠引進(jìn)一家世界先進(jìn)水平風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù),幾個(gè)100萬(wàn)kW級(jí)風(fēng)電廠就能把世界上頂尖的風(fēng)電制造技術(shù)引入到我國(guó)的風(fēng)電制造企業(yè)中來(lái),從而降低風(fēng)電設(shè)備費(fèi)和風(fēng)電廠的建設(shè)成本,促進(jìn)風(fēng)電建設(shè)的大力發(fā)展。
3引進(jìn)消化注意過(guò)程控制
建議國(guó)家投入一定的配套資金支持國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的改造更新,并注意:
(1)招標(biāo)前,國(guó)內(nèi)外風(fēng)電設(shè)備企業(yè)在與項(xiàng)目法人和設(shè)計(jì)單位交流時(shí),國(guó)內(nèi)企業(yè)就要積極參與,從中了解國(guó)外企業(yè)的信息；
(2)在招投標(biāo)階段,積極為國(guó)內(nèi)企業(yè)創(chuàng)造條件,尋找國(guó)外愿意轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)制造技術(shù)的合作伙伴,簽訂轉(zhuǎn)讓協(xié)議,參與投標(biāo)；
(3)在中標(biāo)簽合同階段,國(guó)內(nèi)企業(yè)要積極參與問(wèn)題澄清、合同談判,將轉(zhuǎn)讓協(xié)議作為合同附件,具備法定效力；
(4)在工程的設(shè)計(jì)階段,國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)外企業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì),并參與項(xiàng)目法人、工程設(shè)計(jì)單位與國(guó)外企業(yè)舉行的各次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì),從而掌握風(fēng)電設(shè)備的設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)或具體工程的結(jié)合； (5)生產(chǎn)設(shè)備改造后,在外方的指導(dǎo)和監(jiān)督下具體制造分包的部分；
(6)在分包制造取得一定經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行整體制造；
(7)無(wú)論是國(guó)外制造還是國(guó)內(nèi)制造,國(guó)內(nèi)廠家都應(yīng)參加設(shè)備的安裝調(diào)試及試運(yùn)行,從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,以利更好地提高產(chǎn)品質(zhì)量或找到改進(jìn)的著眼點(diǎn)。
4引進(jìn)消化后再創(chuàng)新
在引進(jìn)消化基礎(chǔ)上,建議國(guó)內(nèi)企業(yè)根據(jù)兩方面的要求進(jìn)行再創(chuàng)新。①根據(jù)安裝調(diào)試和試運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題以及運(yùn)行單位提出的要求,有針對(duì)性地進(jìn)行改造,使引進(jìn)的風(fēng)電設(shè)備更完善,性能指標(biāo)更高,運(yùn)行更可靠,從某種意義上講這也是一種創(chuàng)新。②在引進(jìn)消化的基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)風(fēng)能資源特點(diǎn)研發(fā)新型的風(fēng)電機(jī)組設(shè)備。如我國(guó)兩大風(fēng)帶(三北地區(qū)及東南沿海)的風(fēng)力資源與歐洲、北美的差別較大,北方有寒冬低溫、沙塵問(wèn)題,南方有臺(tái)風(fēng)、抗腐蝕、防雷電問(wèn)題,在引進(jìn)風(fēng)電設(shè)備的基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)的具體情況進(jìn)行研發(fā),就能使引進(jìn)的技術(shù)再創(chuàng)新。
能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),要實(shí)現(xiàn)2020年我國(guó)GDP翻兩番的宏偉目標(biāo)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長(zhǎng),僅靠常規(guī)能源難以解決能源和電力短缺。占電力供應(yīng)70％的煤電燃料---煤炭,探明的剩余開(kāi)采儲(chǔ)量為1390億t,按2003年開(kāi)采速度16.67億t/a,僅能維持83a,還將帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染。我國(guó)的石油資源不足,天然氣資源也不夠豐富,天然鈾資源短缺。我國(guó)水能資源經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量為4.02億kW,年發(fā)電量1.7萬(wàn)億kW/h,再經(jīng)過(guò)20～30a的開(kāi)發(fā),70％左右將被開(kāi)發(fā)完,僅靠水能是解決不了我國(guó)電力短缺的。
我國(guó)的風(fēng)能資源十分豐富,根據(jù)國(guó)家氣象局估計(jì),我國(guó)10m高度以?xún)?nèi)可開(kāi)發(fā)利用的地表風(fēng)電能源約為10億kW,其中陸地2.5億kW,海上7.5億kW,如果擴(kuò)展到50～60m以上高度,風(fēng)力資源將有望擴(kuò)展到20～25億kW。因此,風(fēng)力發(fā)電是我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)而重要的選擇。
風(fēng)電機(jī)組(主要指并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組)是風(fēng)力發(fā)電的核心設(shè)備,其投資約占總投資的60％～80％。風(fēng)電機(jī)組的生產(chǎn)和制造水平也是反映一個(gè)國(guó)家風(fēng)電發(fā)展水平的重要因素,因此由進(jìn)口轉(zhuǎn)化為國(guó)產(chǎn),可大大降低風(fēng)電廠的投資,從而有力地促進(jìn)風(fēng)電的快速發(fā)展。
我國(guó)與世界先進(jìn)制造技術(shù)的差距
世界上先進(jìn)的風(fēng)電設(shè)備制造商主要在丹麥(風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)量占世界市場(chǎng)一半份額)、德國(guó)和美國(guó)。德國(guó)是世界上風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)及容量最多的國(guó)家,也是風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家,其風(fēng)電技術(shù)的演化路徑和發(fā)展趨勢(shì),在一定程度上代表了世界風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展路徑和發(fā)展趨勢(shì)。增大單機(jī)容量、提高能源轉(zhuǎn)換效率、降低風(fēng)電成本是風(fēng)電技術(shù)的改進(jìn)目標(biāo)。影響單機(jī)發(fā)電容量的物理參數(shù)包括葉輪直徑和軸心高度。到20世紀(jì)90年代后期,已能生產(chǎn)MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組,隨著近海風(fēng)電技術(shù)的推廣,3～5MW級(jí)的風(fēng)電機(jī)組在市場(chǎng)中的比例日益提高。1989～2002年,德國(guó)風(fēng)機(jī)平均軸心高度增加1倍,葉輪直徑增加2倍,發(fā)電容量提高了10倍左右。
現(xiàn)代風(fēng)能利用技術(shù)的核心技術(shù)之一是控制調(diào)整能量輸出的穩(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)技術(shù)有兩種手段:一是槳距不變,依靠發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速的輸入,確保電力輸出的穩(wěn)定性。定槳距調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單可靠,控制也可大大簡(jiǎn)化,缺點(diǎn)是槳葉、輪轂、塔架等主要受力部件受力增大。二是依靠變化槳距調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,保證電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)Ω鞣N不同的風(fēng)速調(diào)節(jié)槳距,控制能量輸出,其對(duì)風(fēng)速的調(diào)節(jié)范圍更寬,缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)程序和工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜。但從風(fēng)電的調(diào)節(jié)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)正在逐漸取代定槳距調(diào)節(jié)技術(shù),變槳距變速調(diào)頻是世界上先進(jìn)的主流技術(shù)。
2000年后世界風(fēng)電市場(chǎng)的主力機(jī)型是兆瓦級(jí)的,且近海風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量達(dá)到3～5MW。從風(fēng)機(jī)葉片的直徑、軸心高度和風(fēng)電機(jī)組的調(diào)節(jié)技術(shù)上,我國(guó)與世界先進(jìn)水平差距亦較大。但近年來(lái),我國(guó)風(fēng)電機(jī)組制造技術(shù)提高迅速,可望在不遠(yuǎn)的將來(lái)縮小和趕上世界風(fēng)電設(shè)備制造的先進(jìn)水平。
對(duì)我國(guó)風(fēng)電建設(shè)的幾點(diǎn)建議
我國(guó)能源結(jié)構(gòu)及能源可持續(xù)發(fā)展必須滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。為此,大力發(fā)展風(fēng)電和快速提高風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)水平是我國(guó)能源建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)目前我國(guó)風(fēng)電設(shè)備的制造技術(shù)現(xiàn)狀以及與世界先進(jìn)技術(shù)的差距,提出如下幾點(diǎn)建議。
1制訂風(fēng)電發(fā)展的優(yōu)惠政策
在國(guó)家發(fā)改委的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理下,制訂風(fēng)電建設(shè)的優(yōu)惠政策,調(diào)動(dòng)各方面的積極性,大力發(fā)展風(fēng)電,建議主要采取以下政策措施:
(1)規(guī)定電網(wǎng)管理部門(mén)允許風(fēng)電就近上網(wǎng),并收購(gòu)全部上網(wǎng)電量；
(2)按發(fā)電成本加還本付息、合理利潤(rùn)的原則確定上網(wǎng)電價(jià),高出電網(wǎng)平均電價(jià)部分,建議國(guó)家開(kāi)征礦石能源消費(fèi)稅進(jìn)行補(bǔ)償,風(fēng)電價(jià)格實(shí)行動(dòng)態(tài)管理,每年進(jìn)行核算和調(diào)整,使各方面保持發(fā)展風(fēng)電的積極性；
(3)風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)屬高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),享受?chē)?guó)家相關(guān)的減免稅政策；
(4)制訂政策導(dǎo)向的風(fēng)電建設(shè)及風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),如風(fēng)電廠的建設(shè)規(guī)模和新裝風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量要達(dá)到一定規(guī)模及容量要求等。
2在引進(jìn)設(shè)備的同時(shí)引進(jìn)制造技術(shù)
建議通過(guò)100萬(wàn)kW級(jí)大型風(fēng)電廠建設(shè),要求并鼓勵(lì)項(xiàng)目法人在風(fēng)電設(shè)備的采購(gòu)招標(biāo)文件中明確:國(guó)外制造商要與國(guó)內(nèi)設(shè)備制造商聯(lián)合投標(biāo),國(guó)外企業(yè)為責(zé)任方,國(guó)內(nèi)企業(yè)為分包商,并附上明確分包比例,簽訂設(shè)計(jì)、制造、維修等技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議。如果一個(gè)100萬(wàn)kW級(jí)風(fēng)電廠引進(jìn)一家世界先進(jìn)水平風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù),幾個(gè)100萬(wàn)kW級(jí)風(fēng)電廠就能把世界上頂尖的風(fēng)電制造技術(shù)引入到我國(guó)的風(fēng)電制造企業(yè)中來(lái),從而降低風(fēng)電設(shè)備費(fèi)和風(fēng)電廠的建設(shè)成本,促進(jìn)風(fēng)電建設(shè)的大力發(fā)展。
3引進(jìn)消化注意過(guò)程控制
建議國(guó)家投入一定的配套資金支持國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的改造更新,并注意:
(1)招標(biāo)前,國(guó)內(nèi)外風(fēng)電設(shè)備企業(yè)在與項(xiàng)目法人和設(shè)計(jì)單位交流時(shí),國(guó)內(nèi)企業(yè)就要積極參與,從中了解國(guó)外企業(yè)的信息；
(2)在招投標(biāo)階段,積極為國(guó)內(nèi)企業(yè)創(chuàng)造條件,尋找國(guó)外愿意轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)制造技術(shù)的合作伙伴,簽訂轉(zhuǎn)讓協(xié)議,參與投標(biāo)；
(3)在中標(biāo)簽合同階段,國(guó)內(nèi)企業(yè)要積極參與問(wèn)題澄清、合同談判,將轉(zhuǎn)讓協(xié)議作為合同附件,具備法定效力；
(4)在工程的設(shè)計(jì)階段,國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)外企業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì),并參與項(xiàng)目法人、工程設(shè)計(jì)單位與國(guó)外企業(yè)舉行的各次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì),從而掌握風(fēng)電設(shè)備的設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)或具體工程的結(jié)合； (5)生產(chǎn)設(shè)備改造后,在外方的指導(dǎo)和監(jiān)督下具體制造分包的部分；
(6)在分包制造取得一定經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行整體制造；
(7)無(wú)論是國(guó)外制造還是國(guó)內(nèi)制造,國(guó)內(nèi)廠家都應(yīng)參加設(shè)備的安裝調(diào)試及試運(yùn)行,從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,以利更好地提高產(chǎn)品質(zhì)量或找到改進(jìn)的著眼點(diǎn)。
4引進(jìn)消化后再創(chuàng)新
在引進(jìn)消化基礎(chǔ)上,建議國(guó)內(nèi)企業(yè)根據(jù)兩方面的要求進(jìn)行再創(chuàng)新。①根據(jù)安裝調(diào)試和試運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題以及運(yùn)行單位提出的要求,有針對(duì)性地進(jìn)行改造,使引進(jìn)的風(fēng)電設(shè)備更完善,性能指標(biāo)更高,運(yùn)行更可靠,從某種意義上講這也是一種創(chuàng)新。②在引進(jìn)消化的基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)風(fēng)能資源特點(diǎn)研發(fā)新型的風(fēng)電機(jī)組設(shè)備。如我國(guó)兩大風(fēng)帶(三北地區(qū)及東南沿海)的風(fēng)力資源與歐洲、北美的差別較大,北方有寒冬低溫、沙塵問(wèn)題,南方有臺(tái)風(fēng)、抗腐蝕、防雷電問(wèn)題,在引進(jìn)風(fēng)電設(shè)備的基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)的具體情況進(jìn)行研發(fā),就能使引進(jìn)的技術(shù)再創(chuàng)新。
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