各位風(fēng)電行業(yè)的前輩、同事，非常榮幸我能在這兒代表楊主任做一個風(fēng)電電量提升技術(shù)方面的研究報告。我的這個報告也是分成我采用的三段論的方式來進(jìn)行介紹。
首先我先介紹一下我們團(tuán)隊的情況。我們團(tuán)隊是從2005年開始在徐建洲院士的帶領(lǐng)之下一直從事專業(yè)的風(fēng)電葉片方面的研究，在空氣動力學(xué)、氣彈、氣動、噪聲、結(jié)構(gòu)、部件、材料以及檢測等方面做了大量的基礎(chǔ)研究工作，同時形成了一些應(yīng)用技術(shù)。我本人從2005年開始當(dāng)研究生開始，也是隨著團(tuán)隊的壯大成長一直到現(xiàn)在。我的主要的研究方向一個是風(fēng)電葉片的空氣動力學(xué)方面的，另外就是葉片的氣動設(shè)計，第三個方面就是風(fēng)電葉片的增控技術(shù)方面。
這一頁我給大家展示就是我們在一些基礎(chǔ)的平臺，還有一些應(yīng)用技術(shù)方面，今天我主要給大家介紹我們在基于風(fēng)電廠的增功方面這兩個非常小的應(yīng)用技術(shù)。
為什么咱們業(yè)界現(xiàn)在也非常關(guān)注，包括上午聯(lián)合動力的劉副總工程師也介紹了進(jìn)行了機(jī)組的發(fā)電量提升等方面的一些技改的措施。實際上業(yè)內(nèi)都認(rèn)識到現(xiàn)在咱們的機(jī)組裝上去之后，很多機(jī)組并沒有能夠達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，這里面的因素非常多，我這簡單的介紹幾個，因為如果是要介紹機(jī)組的運行環(huán)境它的影響因素非常多，在這兒沒法兒進(jìn)行展開。我們先從一個非常簡單的風(fēng)速的狀況來給大家介紹。
首先我們看右上角這個圖是我們在張北一個風(fēng)電場的測風(fēng)結(jié)果，我取了某一天的10分鐘的測風(fēng)數(shù)據(jù)，可以明顯的看到在10分鐘之內(nèi)它的風(fēng)速，它的速度和方向都是隨時在發(fā)生變化的，這樣就導(dǎo)致我們的機(jī)組，如果按照穩(wěn)態(tài)的設(shè)計肯定會產(chǎn)生各種各樣的問題。進(jìn)一步來說，包括它的風(fēng)剪切、湍流、陣風(fēng)、偏航、年平均風(fēng)速，這就先社到微觀閑置的問題，都會導(dǎo)致機(jī)組和理論預(yù)期產(chǎn)生非常大的差距。在這兒我主要是講空氣密度和年平均風(fēng)速這兩個小問題所帶來的影響，繼而產(chǎn)生了我們的一些新的技術(shù)和基礎(chǔ)研究。
這張表格里面是空氣密度對葉片長度，就是所需求長度的一個影響的分析。隨著空氣密度的降低，相同型號的機(jī)組要達(dá)到相當(dāng)?shù)陌l(fā)電量的話，葉片的放大系數(shù)就列在第四個表格里面去。反過來從另外一個角度來說，因為咱們現(xiàn)在的葉片大部分通用，可以用在各種風(fēng)場，由于空氣密度造成機(jī)組發(fā)電量的減少，就不容忽視，但是這個東西它后面該怎么處理，我們有沒有什么方法來提高或者彌補(bǔ)這個損失，這樣的話我們提出來一些新的措施。
再一個來看平均風(fēng)速，對于平均風(fēng)速它是怎么樣影響咱們機(jī)組發(fā)電量的。大家都知道平均風(fēng)速實際上由于咱們機(jī)組的功率和風(fēng)速的3次方是成正比的，平均風(fēng)速的降低將帶來發(fā)電量的極大的降低，這個在風(fēng)場的統(tǒng)計數(shù)據(jù)也會非常明顯。年平均風(fēng)速比較低的時候整體發(fā)電量會降低很多。這樣我通過一個表來給大家再展示一下低的平均風(fēng)速。發(fā)電的時候低風(fēng)速這一段對整個年發(fā)電量的貢獻(xiàn)是非常大的，大約能占到2/3的數(shù)據(jù)，而額定狀態(tài)大約占1/3，隨著年平均風(fēng)速的降低，低風(fēng)速階段它的貢獻(xiàn)對咱們整個機(jī)組的發(fā)電貢獻(xiàn)是更大的。實際上這里有一個問題在低風(fēng)速的我們都知道，當(dāng)機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，它轉(zhuǎn)速不能增加，風(fēng)速在增加的時候，這一段會出現(xiàn)失速的葉片，這一段它所占的比例也會越大，咱們采取增功措施它的效果就會更好。
為了進(jìn)一步解釋我剛才說的這些問題，我給大家再展示一個我們實際測風(fēng)的一個狀況。看到這個圖非常漂亮的實線是理論的曲線，看到這個圖我相信很多業(yè)主是不高興的，我們設(shè)計人員也是不高興的。為什么會產(chǎn)生這么大的差別？我們分析了其中的原因，發(fā)現(xiàn)它的空氣密度跟設(shè)計值的差距非常大。我們的設(shè)計值一般的標(biāo)準(zhǔn)空氣密度選的是1.25，實際上風(fēng)場的空氣密度只能達(dá)到0.9左右，這樣的話我們進(jìn)一步分析通過低密度修正以及轉(zhuǎn)速的修正，然后獲得了下面那條紅線，但是仍然還是跟實際的測量有比較大的差別，這個方面就是說空氣密度導(dǎo)致我們機(jī)組的出工時間跟理論的預(yù)期差別是比較大的。另一方面低的空氣密度使得額定風(fēng)速提高，就剛才在我上一篇說的葉片的失速段的范圍是增加的，失速段實際上就是由流動分離導(dǎo)致的，我們采用一些增功元件來控制流動分離，增加年發(fā)電量，這樣對于技術(shù)上來說是更有意義，也是非常有前景的。這樣實際上提出來這個問題，就是我們怎么樣通過老的機(jī)組能夠獲得更多的年發(fā)電量，更多的風(fēng)能。
這里我給大家簡單介紹一下咱們增功的理論它的依據(jù)是什么。上午的時候劉副總工他也做了一些相關(guān)的介紹，這里是我大致給大家分析一下做更深入的分析。實際上我們看功率的公式，我們能變得參數(shù)對于特定的機(jī)組，特定的風(fēng)場比較少，一個就是說葉片可以加長，另外也可以提高葉片的氣動特性，就是風(fēng)的利用系數(shù)，這兩個該怎么做？葉片加長是增加風(fēng)能掃風(fēng)面積的一種方式，而提高功率系數(shù)CP實際上是通過流動控制這種方式來做。功率曲線上的這個圖我們可以進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)分，這個時候我們能夠更清楚的發(fā)現(xiàn)在失速段它對功率整個年發(fā)電量的影響。最右邊那個表我統(tǒng)計了一下，就是說風(fēng)場里面存在的損失。前兩列我們可以看到這個實際上是空氣動力學(xué)方面的一些損失，后面是機(jī)械損失、用電，以及其它不知原因的一些損失。這個損失折合下來之后，從我們風(fēng)輪吸收的能量一直到并網(wǎng)發(fā)電，它的損失大約能夠占到三成，28%這是我們一個數(shù)據(jù)，實際上這也說明我們在風(fēng)場采取一切必要的措施或者可能的措施進(jìn)行風(fēng)電電量的提升，是非常有潛力可挖的這么一個方式。
接下來我就具體介紹我們在流動控制和葉尖延長兩個方面具體的工作。首先介紹渦流發(fā)生器的增功技術(shù)。左邊這個圖我是給了渦流發(fā)生器的基本原理圖，它是非常簡單的一種小翼結(jié)構(gòu)，通過它的葉尖產(chǎn)生葉尖渦，將上游的高能流體帶到下游的邊葉層里，可以抑制邊葉層的分離，從而提高葉片的性能。在這個方面我們從基礎(chǔ)研究，數(shù)值方法，風(fēng)動到現(xiàn)場測試我們做了一系列的研究。左邊這個角上我們可以看到渦流發(fā)生器的影響參數(shù)實際上非常多，它雖然形狀比較簡單，這樣它帶來的問題就是在風(fēng)場對于不同的葉片和風(fēng)場怎么優(yōu)化。在這塊我們提出了一種新的方法，就是渦流發(fā)生器的參數(shù)化模型。我們通過將渦流發(fā)生器的各種參數(shù)建立起一個數(shù)學(xué)模型，可以很方便的模擬渦流發(fā)生器的樣子。只要知道所需的原像的強(qiáng)度，就能夠把渦流發(fā)生器的參數(shù)給獲得。同時我們在風(fēng)動以及現(xiàn)場的測試對它進(jìn)行驗證，這樣的話實際我們就解決了剛才提出來的那個問題。
對于風(fēng)動實驗，實際上對于不同的風(fēng)動也會有影響，我們采取三種不同的風(fēng)動，一個是小型的，大約是在0.5×0.5米的我們自己的風(fēng)動，另外從北航，從華北電力大學(xué)也進(jìn)行了大量的從中型到大型的風(fēng)動進(jìn)行大量的實驗，得到跟我們理論計算和數(shù)據(jù)模型一致的結(jié)果。從這個圖上可以看到渦流發(fā)生器抑制流動分離的效果是非常明顯的。
在一個方面就是為了驗證前面基礎(chǔ)研究的結(jié)果，我們在張北自己的風(fēng)電機(jī)組上面進(jìn)行了裝機(jī)實驗，也得到了一些非常有用的結(jié)果。如果大家在做這個問題的話有一個建議，一個是渦流發(fā)生器適合裝在年平均風(fēng)速比較低的區(qū)域，另外葉片的微觀選址和當(dāng)時設(shè)計有差異，也可以考慮，在對于低密度區(qū)域，也就是高原地方可以考慮用這種方式增加年發(fā)電量。
上面是我們在渦流發(fā)生器方面的一些基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，接下來介紹一下葉尖延長方面做的一些工作。上午的時候劉偉超副總工程師他也介紹了很多這方面的東西，其中有很多內(nèi)容可以說是英雄所見略同，大家在做這個事情肯定也是遇到類似的問題，我們還進(jìn)行了其它方面的考慮，比如說葉片除了要滿足極限載荷，它的極限強(qiáng)度的要求之外還需要從它的趨于穩(wěn)定性，以及葉片、葉根、葉中、葉尖連接段，不同段的強(qiáng)度各個方面進(jìn)行非常細(xì)致統(tǒng)一的研究。第三個方面就是雷電防護(hù)，這個其實上午的時候也有方案，我們也有自己的方案進(jìn)行如何保證接閃系統(tǒng)和原來接閃系統(tǒng)的融合。第四個方面實際上也是關(guān)系到這項技術(shù)非常重要的一個是如何保證我們的安裝質(zhì)量，在這方面我們從膠層厚度，從粘接工藝、施工、時間控制等各個方面進(jìn)行了非常細(xì)致的研究。這兩張圖實際上是兩種不同的葉片延長方式，一個葉根一個葉尖，剛才這個關(guān)鍵問題里面我們主要針對葉尖來說的，葉根我們現(xiàn)在也有一個專利產(chǎn)品可以用。
這里我是統(tǒng)計了葉延長長度和發(fā)電量的一些關(guān)系，對于葉片的載荷我從右下這個表可以給大家稍微一個展示，實際上葉片的載荷控制必須要和咱們的控制策略，就是整機(jī)去配合一塊去做事情。同時我們通過葉尖氣動外形的優(yōu)化也可以做到葉片，就是整個載荷的降低。那么這兩種方式是共同保證葉片葉尖延長能夠順利進(jìn)行的一個條件。
為了驗證粘接強(qiáng)度，以及驗證我們粘接厚度，找到我們在現(xiàn)場施工中粘接厚度工藝控制的邊界，我們進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)性實驗。從標(biāo)準(zhǔn)件，就是板狀構(gòu)件的粘接，然后一直到3.5米的一個小的模型葉片，它的一系列的結(jié)構(gòu)方面的驗證，我們都進(jìn)行大量實驗來做這個事。目前也就是找到了我們實驗現(xiàn)場施工之中應(yīng)該控制達(dá)到什么樣的控制精度。這個實際上是我們一個樣板在測試的時候，萬能實驗機(jī)在測試的過程。右邊是我們小模型的分段粘接，以及在一個旋轉(zhuǎn)實驗臺上我們進(jìn)行了在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的疲勞試驗驗證，最后形成了整套技術(shù)。
形成這個仍然是在實驗室做得，為了更進(jìn)一步完善我們的研究，我們又拿到100千瓦的機(jī)組上進(jìn)行了整個方案流程的設(shè)計，在這我們是基于研究的角度，然后從粘接的厚度控制，從固化時間的要求進(jìn)行了一系列的研究，同時我們既對在不同的時間下對樹脂結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行采樣，采樣完了之后去測它的固化溫度。最后我們發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)場的條件下，當(dāng)時的溫度氣溫比較低應(yīng)該是零下幾度，通過6-8個小時的加熱，這是慢膠，采用不同結(jié)構(gòu)膠，采用慢膠大約是6-8個小時能夠達(dá)到65度以上的固化溫度，如果時間再短，那么隨著條件的惡劣，可能需要采用更高的措施來保證固化溫度，這個時間實際上是對于施工是非常關(guān)鍵的一個時間。防雷系統(tǒng)我們也進(jìn)行了一些工藝上的改進(jìn)，能夠很方便的進(jìn)行。實際上是對于整機(jī)對于業(yè)主還非常關(guān)心的事就是質(zhì)量平衡這個問題，質(zhì)量平衡實際上我們也進(jìn)行了一些方案，然后來保證葉片的質(zhì)量平衡。當(dāng)然這里面還有很多其它的非常深入的問題，我就不給大家展開。
這個就是通過我們整套的基礎(chǔ)研究一直到應(yīng)用，我們進(jìn)行了一個1.5兆瓦葉片的葉尖延長的開發(fā)，這個現(xiàn)在已經(jīng)形成產(chǎn)品。
以上就是我主要介紹的內(nèi)容，總結(jié)這塊我就不念了，實際上作為國家級的研究中心，國家級的研究所，我們中心從2005年開始為咱們風(fēng)電行業(yè)培養(yǎng)了非常多的人才，他們分布在比如說金風(fēng)、國電、遠(yuǎn)景等等這些企業(yè)，一直為咱們風(fēng)電行業(yè)還繼續(xù)做貢獻(xiàn)。我也希望我們中心將來繼續(xù)能為咱們風(fēng)電行業(yè)的基礎(chǔ)問題的研究，以及為咱們中國的風(fēng)電技術(shù)水平的發(fā)展能夠做出進(jìn)一步的貢獻(xiàn)，同時輸入大量的人才，培養(yǎng)大量的人才，謝謝大家！（根據(jù)速記發(fā)出，如有錯誤請諒解！）
