中科宇能邹立伟：大型化是基础 分散式风电还需在经济性上做优化

以“创新驱动 智赢未来”为主题的“2018全国大型风能设备行业年会暨产业发展论坛”于11月22~23日在重庆召开，本次论坛由中国农业机械工业协会风力机械分会主办，中国船舶重工集团海装风电股份有限公司承办。能见APP全程直播。

中科宇能科技发展有限公司技术研发中心气动研究室主任邹立伟发表题为《分散式风电场用叶片解决方案》的主旨演讲。他表示分散式风电机组的叶片解决方案要求以大型化叶片设计为基础，兼顾经济优化。分散式风电项目开发较为分散，容量比较小，而且利用的风区都为低风区，叶片具有高尖速比、细长化、柔性化的特点。大型化叶片的设计开发是分散式风电基础性的解决方案，但如果想得到更优化、更优良的方案，还需要在叶片经济性上做优化工作：一是叶片的轻量化设计，二是叶片模具模块化的应用，三是叶片增功方案，四是叶片降噪方案。通过全叶片载荷分布的合理优化和叶片部件测试两个方面，做好叶片安全性的保障措施。

以下为演讲实录：

邹立伟：尊敬的各位领导，业内的专家，大家上午好！非常荣幸下面这个时间由中科宇能带来专题的汇报工作，开始之前占用大家几分钟时间，做一个简要的介绍。为什么我们会来做这个报告？因为中科宇能是一家风电叶片的系统解决商，业务范围涵盖叶片的设计开发、生产和后期的运维叶片全产业链的范畴。谈到叶片设计开发，一直是我们主流的业务之一或者是中科宇能叶片产业链的发起端、催动力。早期我们做叶片自主研发国产化的设计开发，中间做一些低风速长柔叶片的技术攻关，近几年为了满足市场要求，我们优化叶片开发以后形成了叶片个性化、定制化、专用化开发的模式。

今天我们参加分论坛二，关于分散式这块，叶片的开发实际上就是叶片定制化设计范畴内的内容，很感谢协会的平台，希望借这个平台让大家一起从叶片开发的角度谈谈分散式，对分散式来说，风电叶片到底有哪些具体可行的解决方案？下面开始今天的汇报工作。

我的汇报会从四个方面进行，一背景；二基础解决方案；三经济性优化解决方案；四可靠性保障措施。

一、背景

我们都知道祖国幅员辽阔，风能资源丰富，风资源具有低风速特点，为中国风电产业市场提供了广阔的前景，为我们的产业和风电发电产业创造了一种天时的条件。我们从风能的角度上来说，现在大部分拓展到中东南部地区，中东南部地区本身对分散式风电项目开发更为有利，我们也有了一定的基础。在我们国家政策领导下，还有一些人为的优势。

我们看一下国内的分散式风电政策，从2011年7月，国家能源局首次明确分散式风电开发的主要思路与边界条件。经过几年，在2016年“十三五”规划明确全面推动中东部和南方地区风能资源的开发利用。今年国家能源局，明确分散式风电并网接入，支持核准等条件。之前我们小步前进，现在有机会大步跑了。各个省份今年也有一些利好的政策和计划相继的推出。

有了机遇必然面对分散和挑战，我们面对分散式风电已有的机遇，在叶片和技术上做哪些基础的准备工作？从分散式风电项目的特点总结了一下，叶片方面应该做的技术准备工作，我们认为分散式风电的叶片解决方案应该以大型化叶片设计为解决，兼顾经济优化的解决方案，最后落实可保障性的政策措施。分散式风电项目开发较为分散，容量比较小，而且利用的风区都为低风区，如果转到叶片上，恰恰结合了目前风电叶片开发的趋势，叶片具有高尖速比，细长化和柔性化的特点。当我们叶片多轮优化以后，性能基本稳定的情况下。叶片会呈现一个细长的趋势，而风力发电机叶片以钢结构为主要结构和参数表征的产品细长化的外形，会带来一系列柔性化的问题。我们会做更多的叶片结构性稳定的分析，如果拓展到叶片和技术匹配上，还要做一些叶片和机组在适应性拓展的一系列工作。总之，大型化叶片的设计开发对分散式是一个基础性的解决方案。这方面的技术储备确实也是必不可少的。

我们仅仅用大型叶片技术解决方案完全解决分散式风电的实践问题不能说不可以，如果想得到更为优化、更为优良的方案，还需要做一系列补充性的工作。首先包括经济化，我们知道分散式发电项目较为分散，我们为了实现经营利益的更优化，我们希望投入的成本、开发的成本和运行的效率上都能有一个经济性的表征，叶片肯定是向经济性做很多优化工作。

一是叶片的轻量化设计。我们可以选性能比较优良、大厚度翼型的，随着厚度的加大，叶片刚度会有一个很大的利用，就可以用相对少的材料来实现既定结构参数的数值，进一步带来叶片材料的减轻。从叶片气动设计做了一个相对比较好的基础，让叶片后续工作都能够在比较轻的程度上做。另外一个也是叶根，因为结构外形比较大，材料用得比较多，我们还会做一些深入的工作，比如做钝尾缘设计，我们解决钝尾缘设计带来的结构问题，会使重量有一定的减轻。这个是叶片结构设计上做的一个主要工作，通过不断优化叶片的结构强度，来实现叶片重量的减轻。我们通过不断优化全叶片的结构刚分配，采用更为可靠的计量方法，实现最优的处理，实现最终的效果。可以说，就我们自己的经验，现在市面上主要的2兆瓦、3兆瓦的平台叶片重量普遍在13-14吨的水平上，我们通过常规的结构上的优化方法，实现叶片重量的减轻。后续更大的减轻量可以发生在叶片的材料选择上，材料选择上选择性能更高的材料，这方面的潜力也比较大，实现的效果也比较好。

二叶片模块化。我们可以从叶片设计开发角度考虑叶片模块化。首先是模具模块化的应用，这个工作目前也做得比较多，我们可以基于现有的叶片通过叶尖和叶根部模具的更换，我们知道整个模具的费用占得比较大，我们在设计和转换过程中可以节省很大一部分成本。我们开发叶片分段式的结构，大型化叶片将叶片中间某个位置分段，可以减少运输的成本，这也是具体问题具体解决的思路。

三叶片增功方案。叶片气动设计上要做很多工作，比如我们选用更高性能的翼型，来实现叶片在性能上的显著提升。另外，我们选择多目标的拓扑迭代寻优设计，我们用气动迭代寻优设计，可以开发一些程序，将原有的模型用理论的方式来代入，用更好的工具都可以实现更好的优化。另外把叶片的系统和结构进行结合，弯扭耦合 ，我们更关注叶片弯扭以后对性能评估产生的影响，反过来叶片要做哪些具体的优化工作？这是我们比较关注的，我们在设计的寻优环节中做相应的补充。我们分析了叶片的替代稳定性得到了一些结论，大家现在都关注动态的效果，而不是原来静态的效果，都会延伸出具体的解决方案。最后一个增功的方案，在已有的叶片上做工作，增加成本较低，效益比较好的附件实现叶片的气动提高。我们用的比较多的，涡流发生器，叶尖延长，叶尖小翼等等。在这些基础上，提升发电量1-2个点没有问题。叶尖延长，根据原来载荷的基础，呈现出来的比例会高一点，4-5个点，甚至更高都完全有可能的。

四叶片降噪方案。噪声比较大的区域发生在夜间，我们在技术上做也写夜间的优化叶尖外形工作，市工商可以做叶片降噪附件开发，大约能够实现降噪2-3分贝的水平。

经济性的方案比较重要性，较为分散式的安装方式成本如何，直接决定了项目投入之初选择和不选择的可能性，经济性方面的措施是势在必行的。如果只有经济性还不够，还要考虑机组的安全性，尤其是分散式地区条件比较复杂的情况，我们要求载荷的安全性要高一些，我们也总结了叶片可靠性的保障措施。首先还是叶片设计上，这个是叶片和气动结构相吻合的流程，这个流程充分考虑了叶片、气动结构和载荷三方面的影响。长期做叶片开发都会有很深的感觉，之间差异性的把握，对最终叶片安全性是有很好的保障。

叶片安全性的保障措施两点，一是全叶片载荷分布的合理优化；二是叶片部件测试。比如验证叶片螺栓套的疲劳测试，叶片后缘屈曲的测试。除了设计端以外，我们在叶片的安全监测上也可以一些工作，对叶片叶根螺栓的检测工作，尤其是细纹不是特别能检测到的。可以采用相控阵超声无损检测，可以实现有效解决。这个还是螺栓检测，做叶片主要部件的缺陷检测。

以上主要是我的汇报工作，结合了的叶片解决性的解决方案，加上经济性和可靠性的保障，才能给我提供更优的适用于分散式风电场叶片的解决方案。我的汇报就是这些，谢谢！

（根据速记整理）