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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
2017-10-19 10:18:21 来源:能见 作者: 【 】 浏览:72次 评论:0
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。

(发言为现场速记整理,未经本人审核)

Tags:风电 责任编辑:windhr
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