浙江运达周晓亮：山地低风速风电场特殊工况的整体解决方案

2017年10月16日-19日，2017北京国际风能大会（CWP2017）在北京隆重召开。在中国国际展览中心（新馆）“风电叶片大型化问题和技术”专场，周晓亮主任针对于山地低风速风电场特殊工况的整体解决方案，无论是吊装、材料选择等都带来很好的经验分享。

以下为演讲内容：

周晓亮：各位专家，以及风电同行大家好，我叫周晓亮，我来自浙江运达风电股份有限公司，今天我演讲题目是山地低风速风场叶片设计。

主要有三块内容，第一个是山地低风速风场概述，第二是山地低风速风场机组发展趋势，第三是山地低风速风场叶片的解决方案。

首先来看第一块。

首先我们对山地低风速风场做一个定义，就是所谓的低风速风资源，年平均6米以下的我们称之为低风速，低风速主要集中在中国中部和南方地区，这些地区大多是山地风场，我们定义为山地低风速风场。

我们看一下山地低风速风场的前景，根据十三五规划，到2020年底，风电装机总量将达2.1亿千瓦以上，每年新增58%以上是在南方及中东部的山地风场。

第二个，山地低风速风场发展的趋势及遇到的挑战。

第一是国内电价下调，国家发改委提出2018年国家可根据实际情况调整标杆电价，同时不同地区的标杆电价差异，迫使我们电厂建设往更低的方面发展。

第二，可开发资源稀缺，资源越来越差，目前在陕北电厂，风电厂审批寿险，风资源基本在5米到5.5米风速，部分5米以下也在开发了，同时山地风场和平原风场可开发的地方也更为紧张。

第三，地形复杂，施工难度大，下面照片是我们公司在湖北风场的叶片山地运输的现场，叶片长度是56.5米，叶片要穿过涵洞，悬崖边缘，运输难度是非常巨大的。

所以山地运输问题，很可能是制约山地风场开发的问题。

第四是风场运行环境复杂、恶劣，山地风场存在冰冻、高雷暴、高湿度、高海拔、噪音扰民，这个带来很大挑战。

接下来我想讲一下山地低风速风场机组发展趋势。第一是超高塔架开发，高塔架可以使风轮高度增高，使整个风轮获得更大的能量。

第二，山地风场存在很大的切变，高塔架一定程度上解决切变带来的影响。高塔架目前国内有几种技术，第一是高混塔架，第二是柔性塔架，第三种是桁架式混合塔架，最后一种是纵向分片式塔架，可能只有国外的厂家才应用。

第二个趋势我想说的是超长的桨叶低风速机型，为了投资回报率，使整机朝着更大的风轮，以我们公司为例，我们公司2013年推出110、115机组，2015年是121、125机型，今年推出2兆瓦131机型。

随着超大机型低风速机型开发，使得我们在5米以下的风场也具备开发价值。

然后第三个山地风场低风速发展趋势，就是更大容量的低风速机组。我们知道在早几年业内主流级别，主要是在1.5到2.0兆瓦，以及还有部分2.0兆瓦的机组，近期国内几大主机厂家，主要是在开发2.5以上，大容量的陆上机组，这一款是我们公司即将推出来的2.5千瓦的机组，大容量的机组相对于常规的机组来讲，在成本、收益率、度电成本有很大优势，同时由于单机容量更大，在山地机组来说，可以减少专机机位点数。

由于单机容量提升，制造成本会有提升，同时运输和吊装难度也会加大，这个需要我们重点考虑和解决。

前面两块讲完，我想着重讲一讲山地低风速风场的叶片解决方案。

随着风轮直径的不断增大，受限于整机接口平台的限制，第二方面载荷也不断加剧，根据研究表明，叶片的质量和叶片的半径，这个长度来说的话，基本上是2.5和3的关系，这个时候需要从气动、结构上做轻量化考虑，从气动上可能会适当性有气动性能，像CP值降低，选择翼型的时候会适当减少翼型悬差，来达到成本降低。

结构上，目前主要有几种可以结构减重的方案，第一种是更高性能的材料，目前大部分陆上机组还是采用常规的玻纤，随着叶片长度不断增长，我们可以采用更高膜量的，来达到更优化。

第二种，是采用新工艺，随着叶片加长，主梁可以考虑采用拉挤成型工艺进行制造，使得叶片主梁具备更高的机能，拉挤工艺相比于常规的真空灌注来说，一方面节省材料，简化铺层，提高自动化率，提高制造效率，降低叶片重量。

第二个，我想讲的是叶片的分段技术，前面提到我们山地运输，长叶片的山地运输，将会制约山地风场开发的关键，我们的叶片的分段设计是比较好的解决运输问题。

我们现在这个技术是采用螺栓技术来进行分段，我们国内一些厂家也在做这方面的研究，针对这种结构的分段设计有几个关键点，一个是连接部位，它的可靠性，第二个，在分段位置的地方，由于是螺栓连接，对刚度和质量会出现突变，如何保证刚度和质量突变，这个设计是非常关键的。

第三点，分段叶片是需要进行现场施工，如何保证现场施工质量，以及第四点现场维护，稳定运行，也是非常关键。

第三个技术，我想讲的是叶片的增功技术，现在南方一些风场海拔都在2000米以上，空气密度变得很低，如何在低空气密度下保持好的性能，这个设计时候要考虑。

有两种方法，涡流发生器和加装襟翼，涡流发生器能够有效增加失速攻角，提高最大升力系数，加装襟翼能显著提高翼型各攻角的升力系数，这两种是比较好的方法。

再一个，叶片降噪设计方案——叶尖尾缘锯齿条。我们这边有独立研发的叶尖尾缘锯齿条设计，在2015年就有大批量的使用，在不同风速下，叶尖尾缘锯齿条可以下降2到3分贝的幅度，下降还是很明显的。

同时还研发了低噪音的控制模式，它可以根据风速和风轮转速，以及桨距角控制策略优化的低噪音控制模式，可以有效降低风电机组噪声，但是低噪音模式会带来一定的发电量的损失。

下面是叶片除冰技术，我们知道南方风场湿度非常大，这时候叶片一旦结冰的话，一个是对于整机的出力，安全运行会带来很大隐患。

目前业内主要除冰技术有两种，一种采用电加热技术，一个是通过在叶片表面加一层发热膜，来达到出冰的目的。

还有一种是热鼓风技术，通过叶片空气进行加热，然后玻璃钢传达到表面，实现除冰目的。我们公司也开发了基于热鼓风技术的加热方案。

我们可以看一下，这是我们2016年贵州风场的加热除冰样机，我们看到除冰前后效果还是很明显的。通过实测，出力恢复至理想状态的80%到90%。

接下来可以稍微讲一下，一个单叶片的吊装技术，因为我们山地叶片安装机位都非常小，采用单叶片吊装可以有效减少风场建设的成本。

最后我想主要讲一下我们整机这一块，对于山地低风速风场的几个解决方案。

第一个是独立变桨技术，山地风场往往有很大的切变，这个就会导致风速不均衡，导致风能的不均衡，随着风轮直径的加大，载荷的不均衡会更明显。

我们通过独立变桨技术，我们在叶根设计一些叶面传感器，整个控制上，进行一个独立变桨的控制，相比于传统三个叶片协同变桨的话，可以大幅减少叶根和主轴，塔架、主基架的疲劳载荷，变桨速率要求增加2到3倍。

第二块是超大风轮控制技术，在大湍流和阵风工况，为优化超大风轮风机的载荷，需要在变桨控制环中，通过引入发电机功率，以一定功率限制桨距角输出幅值。

最后一个是超大风的控制技术，我们常规的机组接受风速是20米每秒，风速大于切出风速时，进入大风控制模式，通过先进控制算法，限制功率和转速，进而降低机组载荷，确保机组运行安全。

最后我想讲的是针对于低风速地区，在叶片设计，以及整机开发结合到一起之后，才能开发出真正适合低风速风场的技术，谢谢大家。

周晓亮主任针对于山地低风速风电场特殊工况的整体解决方案，无论是吊装、材料选择等都带来很好的经验分享。

（发言为能见APP整理，未经本人审核）