湘电风能徐可：复杂山地低风速风电机组提质增效整体解决方案

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）“在役风电机组技改提效”专场，湘电风能有限公司首席系统分析师徐可就复杂山地低风速风电机组提质增效整体解决方案发表主旨演讲。

以下为演讲内容：

徐克：各位专家各位同仁，大家上午好，我今天向大家汇报的内容是复杂山地低风速风电机组提质增效的整体解决方案，今天的内容主要分为三个方面，第一个简单介绍一下我们公司，第二个介绍一下我们在开发还有现场项目以及后期的一些整体解决方案，最后再根据两个具体的实例进行一下介绍。

下面进入我们公司的整体简介，先介绍我们的母公司，我们母公司是湘电集团，湘电集团成立比较早，是成立1936年，原名叫做国民政府中央电工器材厂，在建国初期我们就列为了国家重点项目，根据我们80多年的经验，我们以电机作为核心，在电器、电机成套设备延伸了产业链，主要内容涉及到电动轮的机械车，舰艇推进，轨道交通等一些内容。

在2006年集团决定涉足风机制造产业，所以我们就直接选择了直驱风力发电机组，当时我们起步是以2兆瓦作为起步，2009年我们开始实施了国际化战略，收购了荷兰了达尔文和威维克设计公司，2010年科技部批准我们成立了海上的国家重点实验室，最后我们不断涉足海上项目，平海湾的一期还有一些样机的工程，经过这十多年的发展我们业绩不断的攀升，注册资本不断升高，现在我们具有了2千套2兆瓦以上发电机组的产能。

我们科研团队是一个国际化的科研团队，我们是依托我们80年代湘电一个历史，成立了我们湘电的研究院以及我们欧洲的达尔文研发中心，借助海上重点事实上平台打造了我们重点研发团队，我们风力发电机组一直是有一个相当于叫一脉相承，我们的技术引进是引进于荷兰的一家公司，这家公司是国际上两家最早做直驱风力发电机组之一，其中一家很著名叫德国（英文），另外一家叫做（英文），我们后期引进的这些技术包括合并达尔文的时候，我们技术路线是一脉相承的，从第一代到第二代到我们现在的第三代陆上产品，以及第四代海上风力发电产品，我们所有的结构形式都是一脉相承。

我们目前具有5000台以上2兆瓦级以上的直驱泳永磁风电机组运行业绩，在很早的时候我们就实施了上山下海战略，这个红色圈出来，我们在很早的时候就在东南沿海以及中南部地区以及西南部地区进行了装机，低风速厂区不在少数，在这些项目里，我们总结了一些经验。这些经济就成为我们解决方案，我们看到这个图上显示就是一个也不算复杂，相对比较复杂的一个山地风电场，所以我们开发了一些响应的措施，这些措施主要涉及到三个方面，第一机组的设计，第二就在工程实施，最后在现场进行最后的监测和优化。

我们再重新审视一下风能捕获公式，这是很传统的公式，大家应该都认识，但是这个公式相对比较粗放，我们进行进一步的延伸，把它延伸到每个风速段，我们可以看到有很多的制约条件影响机组整个效率，所以我们进行了一个分类。所以依据这个分类我们提出了两项要求，第一项就叫高效节能可靠，第二就是环境适应性要强，在绿色区域就是机组本身运行的一个效率，我们要尽可能提升它的效能以及最后一项就是它的机组的自用电，这个是经常人们忽略的一方面。第二方面就是一些环境适应性，比如说空气的密度，切入切出的风速还有你的扫风面积，还有时间梯，提升我们的塔筒高度，增加高风速的占比提升我们整体的收益。

通过这些我们对机组设计方案提出了以下几点，第一我们的设计理念叫做少即是多，就是我们很简单的直驱的结构，第二我们高效的传动链结构，使我们整体效率不断的提升，更加适应于低风速的风场，我们发电机在实测下4米的时候效率就有93.4%，这是同步发电机的测试。第三个我们采用了多维度一个设计方案，也就是不断的增大我们的，为了适应不同的风场，我们选取了不同的叶轮直径，还有不同的塔筒高度，以及我们的一个功率等级的变化，形成系列化，平台化乃至定制化。

最后是一个自适应的智能控制，进行自学习自调节的过程控制，我们看一下山地风电场，我们需要哪些施工方案，首先我们要对它场址进行一个详细风资源评估，以及它的道路以及它的施工平台，还有它的基础的一些形势的，也就是地质条件，其次还有运输方案，运输方案决定我们道路的选取，工程造价，还有小平台吊装，小平台吊装可以使我们选址的余地更大，还有一些单叶片的调转技术，适应山地的风电场这种复杂地形。

第三方面也就是监测优化方面，包括了运行状态的监测，效能分析，厂址再优化，以及收益和安全的一个平衡性。

基于以上三个方案，我们对现场进行了提质增效的改造，第一个是气动增功的方案，第二个是抗冰冻的方案，这张图片是一个南方典型的风电场，常年云雾缭绕，风向变化很严重，首先我们对这个场址进行一个分析，在场址后续过程中我们还要注意环境对机组整个运行状态的影响，下面这张动图显示是对环境信息，风机叶片还有风向的变化，对叶片各个截面一个公角的影响，可以看出在叶片这个范围之内，这个红色线是公角的临界状态，也就是失速点，在大概5到8米左右的时候呢，它有可能进入到失速区域，我们依据这个结论我们要进行一定的改造，另外一个靠近叶片尖部，这部分由可能，它也会进入失速区域，但是经过我们评估，觉得可能是它这个模型数据不太准确，因为是一组数据不会差异有这么大，所以呢我们这次的改造还是针对于叶片的根部。

对于失速解决呢，我们要进行几个方案进行选择有几种，包括尾缘的机翼、物流发生器，同时呢我们对它进行一定的仿真模拟迭代到我们的载荷计算当中，对我们的安全性要进行评估，如果对这些再不放心，我们还做了另外的事情，比如说在叶片上粘贴一些细的纤维线来观测它的流程变化情况，可以远距离观测，如果方案好也可以绑一个运动摄像机，这样观测会更好，除此之外我们会在西工大实验室进行了一个风动试验获得了一些数据。

第三就要进行现场的施工，包括施工方案的制订，施工工程控制，在现场很多施工状态很难把控，所以这个一定要着重注意，包括施工的位置还有施工固化时间还有一些方式都需要着重处理。最后就是对方案改造后运行数据进行监测，有数据分析以及现场的观测情况。

这一整套就形成了我们气动增功整体解决方案，当这个风场夏天的时候云雾缭绕，在冬天的时候会变成另外一番景象，就像这个样子，南方的冰冻天非常多，尤其在湖南、贵州、江西一带非常的严重，严重影响了冬天的发电情况，所以我们对冰冻的危害进行了一定的分析，首先它对叶片的翼型造成了破坏，升力系统降低，失速点提前，在2004年的时候包头有一起空难，大家的矛头指向在机翼，由于结一层薄薄的冰，所以飞机造成失事的事故。第二叶片的外形在结冰以后不均匀，叶片是在颤振状态，第三改变了叶轮整个气动特性，效率大幅度降低，第四就是叶轮气动和质量产生严重不平衡，对整机产生了不良影响。

冰冻一个传统解决方案，最简单就是运行，发现结冰的时候就进行停机，一刀切的方式由于在西南部地区以及中南部地区现在不适用了，损失的电量非常之大，所以传统的模式已经无法满足现在需要精细化管理要求，现在提出了一些替代方案，比如说叶片在结冰的时候寻找一些相对安全的运行的角距角，使它的公角降低远离失速的公角，虽然说风机可以继续运行，但是叶片还会运行在一个颤振的状态，还是存在一定的风险，所以我们先引进了一个预警及除冰的技术。

首先我们在运行的时候，对整个机组的运行状态进行一个监控，会发生结冰的时候我们就提出一个预警，当预警报出之后我们进行一个防冰或者除冰，这是我们开发的冰冻预警系统，主要是三部分构成，第一就是传感器，塔架及数据传出系统，第二就是预测系统的服务器，第三是软件系统，它包括了一个气象预测云平台，风载排除模型，冰载模型和结冰预警模型，这是我们在一些结冰情况下的模拟以及实测的内容，最后对于右下角这个图就是实测结冰过程，以及厚度的一个估计。

预警系统已经开发完毕了，我们又联合了叶片场开发了一套气热除冰系统，因为是在役的风机嘛，如果再铺设这种加热层已经不太显示了，所以开发了一套气热除冰系统，这个系统主要包括了加热系统，控制系统，以及安全监控系统，加热系统包括了鼓风机、加热器、导热管，控制系统包括了几内的控制系统以及远程控制系统，这条曲线随着时间的推移，温度，这个就是气热除冰的效果。除了刚才两套系统，我们还增加了其他的内容，完成了一整套的抗冰冻的解决方案，包括智能识别，对环境以及特征以及风机状态进行一个判断，给出一个运营或者收益的指令，停机保护，我们对停机方式可能风险进行了规避，也申请了相应专利，因为停机过程有可能风速很低，但是结了冰，如果在化冰会损伤一些物品，所以我们对它也进行了一定规定，完成一些智能设备无法完成的巡检，最后一整套的抗冰解决方案就这样形成了。

这就是今天我所介绍的主要内容，谢谢大家。

（发言为能见APP整理，未经本人审核）