年产5000套10kw垂直轴风力发电机建设项目可行性研究报告.docx
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年产5000套10kw垂直轴风力发电机建设项目可行性研究报告
年产5000套10kw垂直轴风力发电机建设项目
可行性研究报告
第一章总论1
1.1项目及承办单位概况1
1.2项目概况3
1.3项目建设目标4
1.4主要产品及生产规模4
1.5项目建设内容4
1.6项目总投资5
1.7资金筹措5
1.8工程建设进度6
1.9编制依据和研究范围6
1.10主要技术经济指标8
1.11研究结论9
第二章项目提出的背景及必要性分析11
2.1项目提出的背景11
2.2市场分析及需求预测13
2.3项目建设的必要性20
2.4产业关联度分析22
第三章####种植23
3.1####种植模式23
3.2####品种的选择23
3.3####的种植和管理24
第四章####收割28
4.1####刈割28
4.2收割机械的选择28
4.3主要技术参数29
4.3设备生产能力及配台32
第五章####加工34
5.1主要产品及生产规模34
5.2产品质量指标34
5.3生产工艺设计及设备选型原则35
5.4原料消耗36
5.5工艺流程36
5.6生产概述及设备选型37
5.7生产设备一览表40
第六章建设地址44
6.1地理位置44
6.2项目区概况44
6.3交通条件44
6.4公用设施44
6.5气象条件45
第七章建设内容及工程方案47
7.1总图布置47
7.2建筑工程49
7.3供电照明工程52
7.4供热采暖系统55
7.5除尘57
7.6供排水57
第八章环境保护60
8.1设计标准60
8.2主要污染物分析及治理措施60
8.3绿化61
第九章消防和职业安全卫生62
9.1消防措施62
9.2职业安全卫生64
第十章能耗及合理利用能源66
第十一章管理体制、定员及人员培训67
11.1管理体制67
11.2工作制度及定员67
11.3人员培训68
第十二章项目实施计划70
第十三章总投资估算及资金筹措72
13.1投资估算依据及编制说明72
13.2总投资估算74
13.3资金来源77
第十四章财务分析及评价78
14.1财务分析范围及依据78
14.2基础数据78
14.3财务测算79
14.4财务指标分析81
14.5财务评价结论84
第十五章国外贷款的使用与偿还计划86
15.1国外贷款的选择86
15.2国外贷款的使用86
15.3国外借款偿还计划88
第十六章招标方案89
附表：
第一章总论
1.1项目名称及承办单位
1.1.1项目名称
年产5000套10kw垂直轴风力发电机建设项目
1.1.2项目法定代表人
########################
1.1.3项目承办单位
############################
1.1.4项目负责人
总负责人################
技术负责人############
经济负责人############
1.1.5项目建设地点
########市工业园区创业中心
1.1.6项目性质：
新建
1.1.7项目单位基本情况
################是成立于2009年3月，坐落在########市工业园区创业中心，是由哈尔滨一批老科技工作者领办的，和哈尔滨工业大学机电学院合作以大学和企业---产学研形式创建的科技创新型企业。
现有工业园区创业中心提供的办公室120平方米，厂房建筑面积800m2。
另外和北安市华龙新型建材有限公司达成协议，该公司以场地17000平方米和675平方米办公室、厂房以及水电等公用工程设备入股本项目。
目前，公司现有科技人员22人，其中高级职称以上者占70%，科研力量较强。
项目公司已经和哈尔滨工业大学机电学院签订了10kw垂直轴风力发电机科技项目合作协议，该技术有独立的知识权，项目产品已经获得国家专利，现已经研制出第二批样机。
1.1.8技术依托
哈工大是一所国家重点知名学府，已有近百年历史。
她拥有机电工程、能源动力、空间飞行器、电机控制等相关学科的研究条件和理论基础，完全有能力和有条件研制出大功率垂直轴风力发电机组。
本课题组经过前期的深入研究，已确定了活动叶垂直轴风力发电机的设计方案，通过理论分析、计算机仿真和模拟实验验证等工作，取得了风机研发的关键技术和重要数据，本研究的活动叶式垂直轴风力发电机具有很好的可行性。
不仅具有启动风速低（4--4.5ms可以启动）、风能利用率高（可望达到或超过45%）、可靠性高、风速适应范围广、噪音低等特性，而且可以实现兆瓦级的大功率设计目标，既可在风速较低的城镇地区使用，也可在风速较高的旷野、高山和沿海使用，具有非常广阔的开发和应用前景，将产生巨大的经济效益和社会效益。
目前已申请2项专利，专利授权证书见附件。
1.1.9项目建设的意义
随着石油和煤炭两大主要能源的日趋减少，可再生能源将成为世界未来的主要能源。
温室气体排放引起全球气候变暖，备受国际社会广泛关注，发展风力发电是节能减排的重要措施之一，也是应对全球气候变化，进一步加强节能减排工作的迫切需要。
在可再生能源领域中，风能具有开发潜力大、成本相对低廉、风电技术相对成熟、便于推广和应用等优势，已受到世界各国的高度重视和研究。
不仅如此，从环保方面来看，风力发电还可减轻由于环境污染对人身健康和生物的危害，减少环境污染所引起的损失。
据相关资料统计，对于平均每年投产300万千瓦的风电机组，可发电65亿KWh，相当于节煤250万吨，可减少SO2有害气体排放43000吨，氮氧化物28640吨，烟尘36600吨。
因此，风力发电具有非常好的发展前景。
1.2研究工作的范围
1.2.1依据
a、国家计委关于建设项目评价的规定、要求
b、国家关于节能减排项目的产业政策
c、项目合作协议
d、北安市政府工业园区创业中心优惠政策。
e、10kw垂直轴风力发电机建设项目技术工作报告
1.2.2研究工作范围
a、对项目投资的意义和必要性进行论述。
b、对产品品种、质量、生产规模以及市场销售情况进行分析和预测。
c、对生产的工艺方案及主要设备选择的先进性、合理性、可靠性提出论证意见。
d、对拟建厂址、原料供应及相关条件进行分析和论证。
e、对项目的环保、劳动安全卫生、节能和消防进行评述。
f、对项目实施计划和进度安排提出建议。
g、对项目投资进行估算。
），美国的GE风能，德国的Norde####、Repower、PfleidererProkon、Bonus和德国著名的Enercon公司。
单机额定功率覆盖范围从2MW、2.3MW、3.6MW、4.2MW、4.5MW到5MW。
叶轮直径从80m、82.4m、100m、110m、114m、116m到126m。
近30年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。
风力发电技术日臻完善，并网型风力发电机单机额定功率最大已经到5MW，叶轮直径达到126m。
截止2005年世界装机容量已达58,982MW，风力发电量占全球电量的1%。
中国成为亚洲风电产业发展的主要推动者之一，其总装机容量居世界第8位，2005年新增装机容量居世界第6位。
和其他国家相比较，我国的并网型风力发电的进展比较缓慢，风力发电仅占全国总装机容量的0.14%，尽管已经建立了40座风电场，但是平均每个风电场的装机容量不足1.5万千瓦，还未形成规模。
另外一方面，由于各方面条件的制约，我国并网风力发电技术的研究和开发与世界先进水平相比，差距甚大，也远远落后于我国风电场建设的要求。
特别是我国资金短缺，尚不能在风电场建设方面大量投资，因此这一市场目前基本上是由外国占据着，已装机的87%是从国外引进的设备。
目前，我国的并网型风机主要由Bonus，Vestas，NEG-Micon、Nordtank、Norde####，Gamesa等国外厂家提供的，在风机制造水平上，已经成为国际主流机型的兆瓦级机型在中国还处于研发阶段，本土化生产的最大风电机组功率仅为750千瓦。
目前大型风机只能依赖进口或者与外商合作生产。
国产化取得一定的成果，但是总体上，还是进口产品的占有统治地位。
截止到2003年底，我国累计运行中的风力发电机组以600kW为主，共有497套，1MW（含）以上的机组共有16套，处于600kW（含）-1000kW（不含）这个范围内的机组占总数的65%，包括660kW、750kW以及850kW几个功率等级。
我国开始建设的风电，大约9000-10000元千瓦，后来部分国产化以后，造价降到7000元左右千瓦。
以600 千瓦风电机组为例，几个主要部件进行价格如下：
①齿轮箱（从18 转左右增到1500 转）。
进口约60万元，国产约18万元一台。
②发电机（4 极1500 转600 千瓦）。
进口约58 万元国产约13～18 万元。
③风叶。
国产约每只18万元，价格大概是进口产品的13～12。
而对于变速风机还需加上变频器的价格，大约1000～1500元kW，对于双馈变速恒频风力发电系统来说，变频器的容量大约是整个系统容量的13左右，即变频器占整个系统成本的不到十分之一。
3.2垂直轴风力发电机的优势
目前，水平轴风力发电机仍占据着主体地位，但垂直轴风力发电机已日益转变为关注和研究的热点。
与水平轴相比，垂直轴风力发电机有许多优点：
1）垂直轴风力发电机无需对风向和对风机构。
因而无对风损失，发电效率高，整机结构相对简单，可靠性高。
2）叶片翼形设计相对简单独特。
垂直轴风力发电机的叶片可简化成二维模型，而水平轴必须采用三维模型进行模拟和计算。
垂直轴风力发电机已可采用计算流体力学（CFD）技术模拟复杂的空气流动情况，而水平轴风力发电机的叶片设计普遍采用的是动量—叶素理论。
3）垂直轴风力发电机的风能利用率较高。
通常水平轴风力发电机的风能利用率仅有23%～29%，而垂直轴风力发电机的空气利用率可达40%以上，甚至更高。
4）垂直轴风力发电机具有较低的起动风速。
水平轴风力发电机的起动风速一般在4～5ms之间，最大到5.9ms。
而垂直轴风力发电机的起动风速可低至2ms。
5）垂直轴风力发电机具有静音运行特性。
水平轴风轮的尖速比一般在5~7，叶片切割气流将产生很大的气动噪音，而且对电磁波等信号造成一定干拢，因此，在城镇公共设施、工厂、民宅等场所的应用受到很大限制，而垂直轴风力发电机的尖速比一般在1.5～2，基本可实现无噪音运行。
6）垂直轴风力发电机在结构上优势明显。
水平轴风力发电机的叶片在高速旋转过程中受到一个交变载荷，对于叶片材质和结构要求高，而且维修不便，成本高，可靠性低；垂直轴风轮的叶片所受的是恒定载荷，叶片疲劳寿命要比水平轴风轮长。
垂直轴的发电机可以放在风轮的下部或是地面，便于安装和维护。
但是尖速比低是困扰着垂直轴风轮应用的主要问题，随着科技发展，相继开发出Darrieus风轮和H型风轮，垂直轴风轮的尖速比得到很大提高，并具有较高的风能利用率。
这表明，垂直轴风轮由阻力型向升力型、活动叶型、升阻复合型转变，已成为大功率垂直轴风力发电机的发展方向。
目前大功率风力发电机组技术保密严格，而一些公开的机型都有专利保护，设计资料和设计数据极其缺乏。
作为产品开发，不能仿制他人设计。
可以说大型风力发电机组的设计只能走独立研发的道路！
但是垂直轴大功率风力发电机也存在着一些技术难题，如背风侧减阻、遇强风卸荷、大直径风轮的结构和强度等问题。
本研究组在深入研究后提出了一些有创新性的解决方案，使大功率垂直轴活动叶风力发电机开发具有可行性。
3.3大功率垂直轴活动叶风力发电机的设计理念
本研究的活动叶式垂直轴风力发电机所采用的风轮，具有独特设计理念，其关键技术是利用了升阻复合、互补原理，在结构方面，设计的核心目的是增大驱动力矩，尽可能减小背风面阻力矩和风轮旋转过程的风阻，从而提高了尖速比，可实现大功率。
主要设计理念如下：
（1）利用升阻复合、互补原理
所设计的活动叶片结构实现了升力型和阻力型的复合与互补。
即在风轮转速较低或风速较小时，以阻力型做功为主，可以低速启动，弥补了升力型在低风速时启动能力差、风能利用率低的不足；当风速较高或风轮转速达到某一值后，阻力型做功的运行机制演变为升力型，使转速进一步升高至额定值，从而弥补了阻力型尖速比小，难以实现大功率的问题。
（2）增加风轮迎风边的受风面积，减小阻风边的阻风面积。
根据公式：
可知，在风速V一定时，风产生的作用力与其受风面积A成正比。
采用活动叶片，可使叶片在迎风边（叶片旋转方向与风向相同的一侧）具有最大的受风面积；而在阻风边（叶片旋转方向与风向相反的一侧）具有最小的阻风面积，从而使风力对风轮产生最大的综合驱动力矩。
（3）通过叶片的适时顺风摆动，来减小风轮旋转引起的阻转力矩。
风轮在旋转过程中，将产生很大的风阻和阻转力矩，特别是在尖速比较大时。
本项目采用自适应的控制方法，使处于非正功区域的叶片适时顺风，最大限度地减小风阻。
（4）增大风轮的做功区域
一般情况下，垂直轴风轮的阻风边是产生阻转力矩的，但根据叶片处于不同相位时所受到的主风向和风阻方向的适时变化，巧妙地设计叶片的开角和结构，可利用升力在阻风边的一定范围内产生驱动力矩，在迎风边，利用升力和阻力产生驱动力，从而使风轮的总驱动力矩增大。
（5）结构设计优化
本风力机风轮由轮毂、风叶框架、活动叶片组成，具有结构简单、制造成本低、叶片受力状态好、工作可靠、抗强风能力强、使用寿命长等特性。
（6）弹性控制活动叶片的转角范围
控制活动叶片的转角范围的目的是使风机具有最佳的风能利用率，采用弹性控制的优点是，一方面明显减轻了叶片摆动产生的冲击、震动和噪音，另一方面，当遇强风时，叶片可超越所限定的摆角范围，实现部分卸荷，确保风机安全，还可实现强风发电。
（7）提高运行平稳性，降低噪音
对风机在运行过程中的冲击、震动和共振等问题进行全面的计算机模拟和分析，通过结构优化设计实现风机平稳、可靠地运转，基本消除噪音现象。
3.4活动叶升阻复合型垂直轴风车设计方案
该关键技术部件——新型风车的工作原理示意图如图1和图2所示。
风力机在启动过程中或低风速时，风轮主要靠活动叶片所产生的驱动力作用下旋转，此时风力机的运行机制主要为阻力型；当风速较大或者当风轮转速升高到一定值后，活动叶片在离心力作用下完全张开，从而演变成为一个升力型叶片，风轮在升力作用下，转速进一步提高，并按照所设计的尖速比在额定功率下运转，此时风轮转变为以升力为主的运行机制。
对于每个叶片，在旋转到不同相位时，具有不同的运行机制。
在迎风边，活动叶片依次处于闭合-打开-闭合状态，因而叶片的运行机制也相应地呈升力-阻力-升力的周期性变化，在阻风边，活动叶片则一直处于闭合状态，此时主要以升力型和减小风阻为主要特征。
3.5风能资源
风能是一种广义的太阳能。
据世界气象组织（WMO）和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿kW，是地球上可利用水能的20倍。
中国陆地10m高度层可利用的风能为2.53亿kW，海上可利用的风能是陆地上的3倍，50m高度层可利用的风能是10m高度层的2倍，风能资源非常丰富。
2005年中国除台湾省外新增风电机组592台，装机容量50.3万kW。
与2004年当年新增装机19.8万kW相比，2005年当年新增装机增长率为254%。
截至2005年底，中国除台湾省外累计风电机组1864台，装机容量126.6万kW，风电场62个。
与2004年累计装机76.4万kW相比，2005年累计装机增长率为65.6%。
2005年风电上网电量约15.3亿kW.
旋转力矩:
44.9641745466477kN####m
尖速比:
2.66666666666667
风能密度:
62.78172Wm2
扫风面积:
2900m2
空气密度:
1.29kgm3
平均风速:
4.6ms
翼尖半径:
25m（直径50m）
叶片数量:
20
叶片高度:
58m
叶片宽度:
5m
叶片厚度:
.008m
叶片密度:
2100kgm3
叶片摆动范围:
从:
64度
到:
90度
尖速比计算范围:
从:
2.4
到:
3
采样点:
10个
叶片缓冲机构:
类型:
线性弹簧
初拉力:
0N
K:
2500mN
5.7总平面布置与运输
5.7.1厂区总平面布置现状概述
本项目厂址位于黑龙江省北安市西郊，厂区邻202国道。
厂区界址呈长方形形，厂区地势平坦，南部为服务性工程区域，而生产区位于厂区北部。
厂区现有出入口共两处，一处位于厂区北端，另一处位于厂区西侧，分别与当地的道路相通。
厂内道路畅通，各建筑物之间的间距均符合防火规范的要求。
5.7.2总平面布置的原则
a、本项目总平面布置应符合企业厂区内现有建筑红线和当地规划的要求。
b、在满足建筑防火规范要求的建筑物防火间距的前提下，尽量减少占地，方便生产管理与联络，节省工程费用。
c、根据自然条件，力求使工艺流程合理，减少货物倒运距离。
d、总体布置上应注意新增建筑物与原有建筑群体及厂区环境的和谐。
5.7.3总平面主要设计指标
序号
项目
单位
指标
备注
1
厂区占地面积
M2
37000
2
建（构）筑物占地面积
M2
11300
3
厂区建筑系数
%
34
4
厂区场地利用系数
%
57
5
厂区绿化系数
%
16
5.8土建工程
本项目建筑面积为11300m2。
生产车间按照标准厂房建筑要求设计，钢骨架结构，举架高度5米，外墙采用聚苯乙烯彩钢板。
内部隔断成组装车间、发电机车间、机加车间、电子器件车间等。
5.9给水工程
5.9.1项目用水量估算表
序号
用水部门
水质要求
用水量（m3）
备注
小时最大
小时平均
1
工艺生产用水
生活饮用水标准
3．8
2．6
2
锅炉用水
软化水
5
2
3
循环水补充水
4
全厂生活及其它
生活饮用水标准
0.5
0.2
合计
9.3
4.8
消防用水
3LS
10
其中室内10LS；室外20LS
循环水
100
100
5.9.2水源、取输水工程及净化设施方案说明
a、水源：
由于本项目用水量较小，因此，以城市自来水为供水水源即可满足企业生产、生活对水的需求。
b、取输水工程：
需要引进供水管线，给水管网全部埋地敷设，枝状布置，管材选用pvc塑料管。
5.9.3消防给水及应急设施
本项目消防水量为3LS，10m3s；
冬季大气压力974hpa
夏季大气压力985hpa；
平均温度不高于+5℃的天数192天。
5.12.4采暖方案
仍沿用企业现有的采暖系统，采暖热媒为95～70℃的热水，采暖方式为单管顺流式，散热器采用M132型。
5.13通风方案
为保证生产车间工作环境良好，空气新鲜，在生产车间设置了轴流风机进行有组织的通风换气，通风换气次数为每小时3次。
5.14地震设防
根据《全国地震烈度区划度（1990）》，北安市属六度地震烈度区。
因此，本项目抗震设防按此标准，严格执行国家《建筑抗震设计规范》（GBJ11-89）。
5.15消防
5.15.1简述工程环境及火灾危险性
序号
主要生产性
建筑物名称
建筑物占地
面积（m2）
建筑物
体积（m2）
耐火等级
生产火灾
危险性类别
1
主车间
5500
5500
二级
戌类
2
办公室
2000
2000
二级
戌类
3
原料库成品库
3800
3800
二级
戌类
5.15.2四邻环境对本项目安全影响因素
本项目厂址西、北两侧邻北安市郊道路，东侧为空地，南侧百米外是齐北铁路。
所以，四邻环境对本项目安全无不良影响。
5.15.3有关消防设施的自然条件
a、本项目厂址为项目厂区内设有容积为25m3的水塔一座，厂区分布着供水和输水管网，管网上适当处安置着地下式防冻消火栓。
b、本项目厂址距北安市公安消防队的距离不足3KM。
消防的社会协作条件较为优越。
5.15.4消防措施简述
a、本项目消防用水量为3LS，10m3h。
按火灾一次延续时间2小时计，需贮存消防用水20m3。
b、室内设置DN65的消火栓，室内消防管网设计为环状，并有两个DN100的进水口。
c、在室外新增供水管网的适当处设置地下式防冻消火栓。
d、所有消防设施和供水装置均作为二类负荷，采用双电源供电。
e、本项目将严格按照《建筑灭火器配置设计规范》（GBJ140-90）的要求，在各建筑物内配置手提式化学灭火器。
5.16职业安全卫生
5.16.1设计依据
a、国家及项目所在地的有关规定
（1）《中华人民共和国劳动法》第六章第53条规定：
“新建、改建、扩建工程的劳动安全卫生设施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投入生产使用。
”
（2）《黑龙江省劳动安全条例》第二章第11条规定：
“生产性建设项目的劳动安全卫生设施，应与主体工程同时审批、同时施工、同时验收、投入使用。
”
b、有关的技术规范、标准和规定：
《工业企业设计卫生标准》《工业企业噪声卫生标准》
《轻工业劳动保护条例》《工业企业照明设计标准》
《建筑物防雷设计规范》《建筑设计防火规范》
《轻工业建设环境保护设计规定》《建筑抗震设计规范》
《建筑结构荷载设计规范》。
5.16.2工程特征
本工程为开发生产发电机组项目。
就其生产过程来分析，各单元操作过程均为物理变化，无有毒、有害物质产生，对人体亦无污染及损害。
对照工业企业卫生标准特征，本项目生产车间卫生标准属四级，对职业安全卫生无特殊要求。
5.16.3生产过程中职业危害因素
a、电机在运行过程中会产生强度大于90dB的噪声。
b、原料预处理工序会产生气体，累积到一定程度时，将影响到操作环境的质量。
5.16.4职业安全卫生主要措施综述
a、根据全面分析各种危害因素来完善工艺路线，选用可靠工艺生产设备；
b、各专业在设计中严格执行国家现行有关职业安全卫生的规范；
c、变压器中性点和所有电气设备正常不应带电的金属外壳均应接零、接地，并采用接零保护系统，并设防雷设施、过电压保护及接地；
d、对生产及辅助生产车间采取了通风除湿、除尘防腐，防潮等措施，以保证工作环境的良好。
e、对噪声超标的设备采取了隔离布置、消音减振等防噪措施。
f、车间内设有与生产人数相适应的更衣室、休息室、卫生间。
g、厂区内建（构）筑物的间距全部符合防火规范的要求。
厂内消防设施齐备，措施有力，可确保生产的安全。
5.16.5职业安全卫生机构
职业安全卫生工作由企业副总经理直接负责，由生产技术部设专人管理，车间由一名副主任负责管理安全卫生工作，工组设兼职安全卫生管理人员。
第六章环境保护
6.1建设地点环境现状
6.1.1四邻环境现状
本项目拟建厂址位于北安市的西南郊区，南邻齐北铁路，西边隔202国道。
该厂远离居民区，附近没有大型工矿企业和污染源
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