已去的2013年并没有带走我们心中的阴霾。因为，雾霾成为国人心中的阴影挥之不去。2010年二氧化硫为2267.8万吨、氮氧化物排放总量2273.6万吨，位居世界第一，烟粉尘排放量为1446.1万吨。2013年著名的“雾霾一月”里，北京上空有25天被灰霾笼罩，数百万平方公里的国土如雾里看花若隐若现，6亿人在严重污染的空气中奔波，这是我们追求的幸福生活吗？

 

　　面对碳减排和雾霾这两项世界性难题，在哥本哈根大会以来，发达国家和发展中国家，围绕着技术和资金至今喋喋不休。而在中国山东中泰新能源集团“位卑未敢忘忧国”，向世界性环境难题发起进攻。2014年元月6日，记者采访了集团董事长、中国国际经济发展研究中心高级研究员、专家组首席科学家王京福先生。

 

　　他用了5年的时间完成了除尘脱硫脱硝系统的理论研究和产业化，向雾霾发起挑战；

 

　　他用了3年时间完成了垂直轴风力发电和无坝水力发电的理论研究，2010年进入了中试阶段，剑指碳排放。

 

　　

    2011年6月山东中泰新能源集团，在内蒙古自治区乌兰察布市兴和县投资兴建了50MW特大型垂直轴风力发电基地，170米高的风塔在传统的风车阵中格外另类而醒目。但是，垂直轴风力发电技术以10-100兆瓦特大功率、0.3元/kwh特低发电成本、4500小时/年特长运行时间、15亩/100兆瓦特少占地面积和智能化优势进入风电市场，以其全新的技术路线和工程构造，引起行业广泛的争议。但是，不可否认抢先使用此技术，一年可减少一个大型火电厂的碳排放，市场无形之手由此推动着传统风电行业的重新洗牌。

 

　　特大型垂直轴风力发电装置主要由风轮机构、叶片、垂直动力旋转轴、齿轮传动系统、智能控制多机发电系统、输变系统、塔架和基础等部分组成。

 

　　垂直动力旋转轴设置三层的风轮，叶片扑捉风力保证风轮机构的高效运转。旋转轴底端通过大盘齿轮连接发电机离合器，当旋转轴转速达到额定值时，智能控制多级发电系统指令第一台发电机投入运行，风速增大时可指令多台发电机依次加入运行，保证发电设备高效平稳运行。

 

　　垂直轴风力发电系统要从蓝图变成实体，他们解决了五大难题。

 

　　一是解决了叶片的卸风及自动控制难题。中泰集团采用了多元一体风叶设计，围绕旋转轴设置多层风轮框架，每层以旋转轴为圆心，对称安装多个叶片；叶片采用不锈钢制作而成，其形状呈半圆筒状，下半圆筒为固定部分，上半圆筒分为三个根据风力不同可控制其开启和闭合的活动风叶，具有调节转速的功能，又可保证风轮机构在承受较大风力时不受损坏；在叶片与风轮框架接触处设置叶片挡块和叶片开启控制机构。风轮机构从顺风位置转动180度到逆风位置时，叶片开启控制机构使叶片停止继续转动，相当于自动打开泄风口，将回转时的阻力降到最低限度，实现了回转阻力的最小化，保证了风轮机构在低风速的条件下高效运转。当风轮机构回转到需要接收风力时，叶片在风力作用下又自动回位将泄风口封闭，吸收风力作用在叶片上的最大推力，依次循环，保证风轮机构高效运转。这样的设计，风机整体阻力小，重量轻，大大降低了风轮机构易损部件的损耗。即便是在台风条件下，风车也不受损坏，这就在沿海、海上建立风电场，提供了技术保证。

 

　　二是解决了沉重传动轴耗能难题。垂直轴风力发电装置高70--200m,轴的直径3--3.8米，采用棒材动辄上百吨重，安装困难同时又消耗了风能增加了成本，成为挡在垂直轴风电设计中的一块绊脚石。中泰集团经过多次试验，用管材代替棒材，管壁仅有200mm，强度却增加了5-7倍，重量减少了，耗能的难题解决了。

 

　　三是解决了传动轴的轴承不能承受巨重的难题。传动轴改用管材以后，轴承不堪负重的问题也迎刃而解。

 

　　四是解决了小功率发电机发电大型化的难题。中泰集团的垂直轴风电装置，采用了多台发电机并联智能控制多级发电系统。智能控制多级发电系统的主要结构包括旋转轴底端的大盘齿轮和位于大盘齿轮四周的8个卫星齿轮、转速传感器、电控离合器、可编程控制器PLC以及发电机的结构。转速传感器与中心齿轮相连，用于检测中心齿轮的转速；控制器用于接收转速传感器检测到的转速，并根据转速控制齿轮与发电机离合。整个系统根据风速变化调控中心齿轮保持额定转速，并指令多台发电机平稳运行。

 

　　这种智能化的设计实现了中心齿轮的空载荷启动，降低了风车启动对风力的要求。可根据风速变化调控中心齿轮保持额定转速运行，并可调节和带动多台发电机运转，有利于充分利用风能资源，提高发电效率，实现风电机组的单台风机发电容量大型化。

 

　　五是独到的输变电系统。中泰垂直轴风电装置使用半直驱式永磁同步发电机，整流系统采用PWM-A/D整流系统，它由各自的PWM变流单元组成，而多重化PWM技术，实现多台PWM的并联，优化波形，每一变流单元均受同一台控制器控制。单台变流单元故障或退出，不影响其它变流单元正常运行；通过特殊设计，可以提供一定的冗余能力，使输出更稳定；采用PWM技术使输出波形近似正弦，谐波小，效率高。

 

　　在运行过程中，发电机D1—D4全部或部分投入运行状态时，半直驱式永磁同步发电机组D1发出频率为30-50HZ、电压为690V的三相交流电输入PWM-A/D，由PWM-A/D实现发电机侧的AC/DC稳压及升压变换，直接形成1100VDC的电压源。再由PWM-D/A逆变流器变换成稳定电压（如400-10000V）和频率（f=50HZ）的三相交流电经变压器升压后输送到电网。如是非并网系统且是近距离小功率供电场所亦可取消升压环节，向用户直接供电，但需考虑供需平衡。

 

　　内蒙乌兰察布市兴和县地处乌兰察布高原南端的阴山北麓，是西伯利亚冷高压空气和蒙古气旋流向内地的必经之路，地表70m年平均风速在7.7--8.2m/s，年有效风高达7700小时。在此兴建垂直轴发力发电场，是发展风电事业的《理想国》。不仅如此，还可以在塔顶兴建观光平台，发展旅游业。在兴和县城关镇南行，便是举世闻名的胜地苏木山森林，林区终年郁郁葱葱。每到春风吹到塞北的时候，挺拔、奔放、粗犷的松林，老绿新芽华茂春松，堪称“绿色明珠”；夏秋之季，绿草如茵，繁华朵朵竞相开放，鹿獐黄羊在草原或隐或现景色迷人，在堪称塞外桃源的兴和县，兴建垂直轴风电场，塔顶建设观景平台，美丽的景色一览无余。

 

 

　　在山东中泰集团董事长的战略构想中，除尘、脱硫脱硝还民碧空蓝天是第一要务。他们秉承“创新改变世界”的企业使命和“一切源于创新”的企业理念，1995年成立了济南高新开发区中泰环保技术开发中心，选择了环境保护烟尘治理为科研方向。雾霾的罪魁祸首是烟尘、二氧化硫和氮氧化合物。而最大排放的行业是钢铁、火电、水泥，瞄准这些行业进行攻关研究。2008年除尘脱硫脱硝项目取得国家火炬计划立项，2009年4月“钢铁厂烧结机机头烟气湿法除尘脱硫技术及设备”通过了山东省科技厅组织，山东省环境保护局科技标准处主持，中国工程院院士、清华大学环境科学与工程研究院院长、郝吉明教授担任主任的技术鉴定会的鉴定。

 

　　鉴定认为：该项目从烧结机烟气及运行工况特点出发，研发并成功实施了“除尘、脱硫一体式”的钢铁厂烧结机机头烟气湿法除尘脱硫技术及设备。该设备具有结构紧凑、阻力小、节能和具有不停机在线维修、更换备件的特点；脱硫效率达到89%以上、除尘效率达83%以上；“喷雾式烟气净化器装置”等5项实用新型专利，经山东省科学技术情报研究所查新表明，该成果具有创新性；总体上达到国内先进水平，在喷雾技术、方便检修方面达到了国内领先水平。

 

　　在脱硫除尘在冶金和火电行业的应用取得了巨大的成功以后，他们在该项技术的基础上，又研发出脱硫脱硝一体化技术和设备。该设备具有占地面积小、脱硝设备投资少、运行费用低、脱硫脱硝双达标等优点，属于经济型综合环保设备。该设备在唐山港陆钢铁有限公司200m3烧结机烟气治理工程中应用，被河北省环保厅和唐山市环保局指定为脱硫脱硝示范工程。

 

　　2005年和2006济南庚辰钢铁有限公司连续为1#、2#烧结机机头安装了两套烟气脱硫装置，2008年济南市环保局在线监测，庚辰钢铁有限公司总排放均值在200mg/m3以下，除尘率86%、脱硫率92%，脱硝达标，每吨烧结矿运行成本1.26元。之后，山东、河北、辽宁、甘肃四十几家企业，采用了中泰新能源集团的烟气湿法除尘脱硫技术及设备。其中，钢铁企业23家、水泥电力企业7家。每年除尘120万吨、减排二氧化硫17万吨、脱硝达10万吨以上，为战胜雾霾做出了、并继续做着、最终消除雾霾，贡献巨大的力量。

 

　　一项新技术的发明和推广，就像太阳的西落东升。不管乌云多厚，黎明都如期到来。有人在黎明时捡到一枚贝壳，攀上巨人的肩头去发现海洋，有人却享受阳光的温暖而酣睡。

 

 

   王京福：第十一届中国时代十大创新人物，中国国际经济发展研究中心高级研究员、专家组首席科学家。在冶金冶炼、流体力学、机械制造、电子理论控制研究和应用各方面都取得了可喜的成就，承担并完成了国家科技部火炬计划项目。其科研成果获得：

　　

    特大型垂直轴风力发电装置发明专利；

 

   特大型垂直轴风力发电装置机械传动系统发明专利；

 

   一种大型立式电机及其安装方法发明专利；

 

   带反力矩螺旋筋板的空心传动轴发明专利；

 

    一种大型无坝水力发电站发明专利等10发明专利，25项实用新型专利，并已全部转化为产品，获得了良好的经济效益和社会效益。

（谢菲 孔祥鲁）