浙江運達(dá)周曉亮：山地低風(fēng)速風(fēng)電場特殊工況的整體解決方案

2017-10-18 17:23:52 能見　點擊量：評論 (0)

2017年10月16日-19日，2017北京國際風(fēng)能大會（CWP2017）在北京隆重召開。在中國國際展覽中心（新館）風(fēng)電葉片大型化問題和技術(shù)專場，周曉亮主任針對于山地低風(fēng)速風(fēng)電場特殊工況的整體解決方案，無論是吊裝、材料

2017年10月16日-19日，2017北京國際風(fēng)能大會（CWP2017）在北京隆重召開。在中國國際展覽中心（新館）“風(fēng)電葉片大型化問題和技術(shù)”專場，周曉亮主任針對于山地低風(fēng)速風(fēng)電場特殊工況的整體解決方案，無論是吊裝、材料選擇等都帶來很好的經(jīng)驗分享。

以下為演講內(nèi)容：

周曉亮：各位專家，以及風(fēng)電同行大家好，我叫周曉亮，我來自浙江運達(dá)風(fēng)電股份有限公司，今天我演講題目是山地低風(fēng)速風(fēng)場葉片設(shè)計。

主要有三塊內(nèi)容，第一個是山地低風(fēng)速風(fēng)場概述，第二是山地低風(fēng)速風(fēng)場機組發(fā)展趨勢，第三是山地低風(fēng)速風(fēng)場葉片的解決方案。

首先來看第一塊。

首先我們對山地低風(fēng)速風(fēng)場做一個定義，就是所謂的低風(fēng)速風(fēng)資源，年平均6米以下的我們稱之為低風(fēng)速，低風(fēng)速主要集中在中國中部和南方地區(qū)，這些地區(qū)大多是山地風(fēng)場，我們定義為山地低風(fēng)速風(fēng)場。

我們看一下山地低風(fēng)速風(fēng)場的前景，根據(jù)十三五規(guī)劃，到2020年底，風(fēng)電裝機總量將達(dá)2.1億千瓦以上，每年新增58%以上是在南方及中東部的山地風(fēng)場。

第二個，山地低風(fēng)速風(fēng)場發(fā)展的趨勢及遇到的挑戰(zhàn)。

第一是國內(nèi)電價下調(diào)，國家發(fā)改委提出2018年國家可根據(jù)實際情況調(diào)整標(biāo)桿電價，同時不同地區(qū)的標(biāo)桿電價差異，迫使我們電廠建設(shè)往更低的方面發(fā)展。

第二，可開發(fā)資源稀缺，資源越來越差，目前在陜北電廠，風(fēng)電廠審批壽險，風(fēng)資源基本在5米到5.5米風(fēng)速，部分5米以下也在開發(fā)了，同時山地風(fēng)場和平原風(fēng)場可開發(fā)的地方也更為緊張。

第三，地形復(fù)雜，施工難度大，下面照片是我們公司在湖北風(fēng)場的葉片山地運輸?shù)默F(xiàn)場，葉片長度是56.5米，葉片要穿過涵洞，懸崖邊緣，運輸難度是非常巨大的。

所以山地運輸問題，很可能是制約山地風(fēng)場開發(fā)的問題。

第四是風(fēng)場運行環(huán)境復(fù)雜、惡劣，山地風(fēng)場存在冰凍、高雷暴、高濕度、高海拔、噪音擾民，這個帶來很大挑戰(zhàn)。

接下來我想講一下山地低風(fēng)速風(fēng)場機組發(fā)展趨勢。第一是超高塔架開發(fā)，高塔架可以使風(fēng)輪高度增高，使整個風(fēng)輪獲得更大的能量。

第二，山地風(fēng)場存在很大的切變，高塔架一定程度上解決切變帶來的影響。高塔架目前國內(nèi)有幾種技術(shù)，第一是高混塔架，第二是柔性塔架，第三種是桁架式混合塔架，最后一種是縱向分片式塔架，可能只有國外的廠家才應(yīng)用。

第二個趨勢我想說的是超長的槳葉低風(fēng)速機型，為了投資回報率，使整機朝著更大的風(fēng)輪，以我們公司為例，我們公司2013年推出110、115機組，2015年是121、125機型，今年推出2兆瓦131機型。

隨著超大機型低風(fēng)速機型開發(fā)，使得我們在5米以下的風(fēng)場也具備開發(fā)價值。

然后第三個山地風(fēng)場低風(fēng)速發(fā)展趨勢，就是更大容量的低風(fēng)速機組。我們知道在早幾年業(yè)內(nèi)主流級別，主要是在1.5到2.0兆瓦，以及還有部分2.0兆瓦的機組，近期國內(nèi)幾大主機廠家，主要是在開發(fā)2.5以上，大容量的陸上機組，這一款是我們公司即將推出來的2.5千瓦的機組，大容量的機組相對于常規(guī)的機組來講，在成本、收益率、度電成本有很大優(yōu)勢，同時由于單機容量更大，在山地機組來說，可以減少專機機位點數(shù)。

由于單機容量提升，制造成本會有提升，同時運輸和吊裝難度也會加大，這個需要我們重點考慮和解決。

前面兩塊講完，我想著重講一講山地低風(fēng)速風(fēng)場的葉片解決方案。

隨著風(fēng)輪直徑的不斷增大，受限于整機接口平臺的限制，第二方面載荷也不斷加劇，根據(jù)研究表明，葉片的質(zhì)量和葉片的半徑，這個長度來說的話，基本上是2.5和3的關(guān)系，這個時候需要從氣動、結(jié)構(gòu)上做輕量化考慮，從氣動上可能會適當(dāng)性有氣動性能，像CP值降低，選擇翼型的時候會適當(dāng)減少翼型懸差，來達(dá)到成本降低。

結(jié)構(gòu)上，目前主要有幾種可以結(jié)構(gòu)減重的方案，第一種是更高性能的材料，目前大部分陸上機組還是采用常規(guī)的玻纖，隨著葉片長度不斷增長，我們可以采用更高膜量的，來達(dá)到更優(yōu)化。

第二種，是采用新工藝，隨著葉片加長，主梁可以考慮采用拉擠成型工藝進(jìn)行制造，使得葉片主梁具備更高的機能，拉擠工藝相比于常規(guī)的真空灌注來說，一方面節(jié)省材料，簡化鋪層，提高自動化率，提高制造效率，降低葉片重量。

第二個，我想講的是葉片的分段技術(shù)，前面提到我們山地運輸，長葉片的山地運輸，將會制約山地風(fēng)場開發(fā)的關(guān)鍵，我們的葉片的分段設(shè)計是比較好的解決運輸問題。

我們現(xiàn)在這個技術(shù)是采用螺栓技術(shù)來進(jìn)行分段，我們國內(nèi)一些廠家也在做這方面的研究，針對這種結(jié)構(gòu)的分段設(shè)計有幾個關(guān)鍵點，一個是連接部位，它的可靠性，第二個，在分段位置的地方，由于是螺栓連接，對剛度和質(zhì)量會出現(xiàn)突變，如何保證剛度和質(zhì)量突變，這個設(shè)計是非常關(guān)鍵的。

第三點，分段葉片是需要進(jìn)行現(xiàn)場施工，如何保證現(xiàn)場施工質(zhì)量，以及第四點現(xiàn)場維護，穩(wěn)定運行，也是非常關(guān)鍵。

第三個技術(shù)，我想講的是葉片的增功技術(shù)，現(xiàn)在南方一些風(fēng)場海拔都在2000米以上，空氣密度變得很低，如何在低空氣密度下保持好的性能，這個設(shè)計時候要考慮。

有兩種方法，渦流發(fā)生器和加裝襟翼，渦流發(fā)生器能夠有效增加失速攻角，提高最大升力系數(shù)，加裝襟翼能顯著提高翼型各攻角的升力系數(shù)，這兩種是比較好的方法。

再一個，葉片降噪設(shè)計方案——葉尖尾緣鋸齒條。我們這邊有獨立研發(fā)的葉尖尾緣鋸齒條設(shè)計，在2015年就有大批量的使用，在不同風(fēng)速下，葉尖尾緣鋸齒條可以下降2到3分貝的幅度，下降還是很明顯的。

同時還研發(fā)了低噪音的控制模式，它可以根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，以及槳距角控制策略優(yōu)化的低噪音控制模式，可以有效降低風(fēng)電機組噪聲，但是低噪音模式會帶來一定的發(fā)電量的損失。

下面是葉片除冰技術(shù)，我們知道南方風(fēng)場濕度非常大，這時候葉片一旦結(jié)冰的話，一個是對于整機的出力，安全運行會帶來很大隱患。

目前業(yè)內(nèi)主要除冰技術(shù)有兩種，一種采用電加熱技術(shù)，一個是通過在葉片表面加一層發(fā)熱膜，來達(dá)到出冰的目的。

還有一種是熱鼓風(fēng)技術(shù)，通過葉片空氣進(jìn)行加熱，然后玻璃鋼傳達(dá)到表面，實現(xiàn)除冰目的。我們公司也開發(fā)了基于熱鼓風(fēng)技術(shù)的加熱方案。

我們可以看一下，這是我們2016年貴州風(fēng)場的加熱除冰樣機，我們看到除冰前后效果還是很明顯的。通過實測，出力恢復(fù)至理想狀態(tài)的80%到90%。

接下來可以稍微講一下，一個單葉片的吊裝技術(shù)，因為我們山地葉片安裝機位都非常小，采用單葉片吊裝可以有效減少風(fēng)場建設(shè)的成本。

最后我想主要講一下我們整機這一塊，對于山地低風(fēng)速風(fēng)場的幾個解決方案。

第一個是獨立變槳技術(shù)，山地風(fēng)場往往有很大的切變，這個就會導(dǎo)致風(fēng)速不均衡，導(dǎo)致風(fēng)能的不均衡，隨著風(fēng)輪直徑的加大，載荷的不均衡會更明顯。

我們通過獨立變槳技術(shù)，我們在葉根設(shè)計一些葉面?zhèn)鞲衅鳎麄€控制上，進(jìn)行一個獨立變槳的控制，相比于傳統(tǒng)三個葉片協(xié)同變槳的話，可以大幅減少葉根和主軸，塔架、主基架的疲勞載荷，變槳速率要求增加2到3倍。

第二塊是超大風(fēng)輪控制技術(shù)，在大湍流和陣風(fēng)工況，為優(yōu)化超大風(fēng)輪風(fēng)機的載荷，需要在變槳控制環(huán)中，通過引入發(fā)電機功率，以一定功率限制槳距角輸出幅值。

最后一個是超大風(fēng)的控制技術(shù)，我們常規(guī)的機組接受風(fēng)速是20米每秒，風(fēng)速大于切出風(fēng)速時，進(jìn)入大風(fēng)控制模式，通過先進(jìn)控制算法，限制功率和轉(zhuǎn)速，進(jìn)而降低機組載荷，確保機組運行安全。

最后我想講的是針對于低風(fēng)速地區(qū)，在葉片設(shè)計，以及整機開發(fā)結(jié)合到一起之后，才能開發(fā)出真正適合低風(fēng)速風(fēng)場的技術(shù)，謝謝大家。

周曉亮主任針對于山地低風(fēng)速風(fēng)電場特殊工況的整體解決方案，無論是吊裝、材料選擇等都帶來很好的經(jīng)驗分享。

（發(fā)言為現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)本人審核）

責(zé)任編輯：lixin

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