湘電風能徐可：複雜山地低風速風電機組提質增效整體解決方案

北極星風力發電網訊:2017年10月16日-19日，2017北京國際風能大會（CWP2017）在北京隆重召開。在中國國際展覽中心（新館）「在役風電機組技改提效」專場，湘電風能有限公司首席系統分析師徐可就複雜山地低風速風電機組提質增效整體解決方案發表主旨演講。

以下為演講內容：

徐克：各位專家各位同仁，大家上午好，我今天向大家彙報的內容是複雜山地低風速風電機組提質增效的整體解決方案，今天的內容主要分為三個方面，第一個簡單介紹一下我們公司，第二個介紹一下我們在開發還有現場項目以及後期的一些整體解決方案，最後再根據兩個具體的實例進行一下介紹。

下面進入我們公司的整體簡介，先介紹我們的母公司，我們母公司是湘電集團，湘電集團成立比較早，是成立1936年，原名叫做國民政府中央電工器材廠，在建國初期我們就列為了國家重點項目，根據我們80多年的經驗，我們以電機作為核心，在電器、電機成套設備延伸了產業鏈，主要內容涉及到電動輪的機械車，艦艇推進，軌道交通等一些內容。

在2006年集團決定涉足風機製造產業，所以我們就直接選擇了直驅風力發電機組，當時我們起步是以2兆瓦作為起步，2009年我們開始實施了國際化戰略，收購了荷蘭了達爾文和威維克設計公司，2010年科技部批准我們成立了海上的國家重點實驗室，最後我們不斷涉足海上項目，平海灣的一期還有一些樣機的工程，經過這十多年的發展我們業績不斷的攀升，註冊資本不斷升高，現在我們具有了2千套2兆瓦以上發電機組的產能。

我們科研團隊是一個國際化的科研團隊，我們是依託我們80年代湘電一個歷史，成立了我們湘電的研究院以及我們歐洲的達爾文研發中心，藉助海上重點事實上平台打造了我們重點研發團隊，我們風力發電機組一直是有一個相當於叫一脈相承，我們的技術引進是引進於荷蘭的一家公司，這家公司是國際上兩家最早做直驅風力發電機組之一，其中一家很著名叫德國（英文），另外一家叫做（英文），我們後期引進的這些技術包括合併達爾文的時候，我們技術路線是一脈相承的，從第一代到第二代到我們現在的第三代陸上產品，以及第四代海上風力發電產品，我們所有的結構形式都是一脈相承。

我們目前具有5000台以上2兆瓦級以上的直驅泳永磁風電機組運行業績，在很早的時候我們就實施了上山下海戰略，這個紅色圈出來，我們在很早的時候就在東南沿海以及中南部地區以及西南部地區進行了裝機，低風速廠區不在少數，在這些項目里，我們總結了一些經驗。這些經濟就成為我們解決方案，我們看到這個圖上顯示就是一個也不算複雜，相對比較複雜的一個山地風電場，所以我們開發了一些響應的措施，這些措施主要涉及到三個方面，第一機組的設計，第二就在工程實施，最後在現場進行最後的監測和優化。

我們再重新審視一下風能捕獲公式，這是很傳統的公式，大家應該都認識，但是這個公式相對比較粗放，我們進行進一步的延伸，把它延伸到每個風速段，我們可以看到有很多的制約條件影響機組整個效率，所以我們進行了一個分類。所以依據這個分類我們提出了兩項要求，第一項就叫高效節能可靠，第二就是環境適應性要強，在綠色區域就是機組本身運行的一個效率，我們要儘可能提升它的效能以及最後一項就是它的機組的自用電，這個是經常人們忽略的一方面。第二方面就是一些環境適應性，比如說空氣的密度，切入切出的風速還有你的掃風面積，還有時間梯，提升我們的塔筒高度，增加高風速的佔比提升我們整體的收益。

通過這些我們對機組設計方案提出了以下幾點，第一我們的設計理念叫做少即是多，就是我們很簡單的直驅的結構，第二我們高效的傳動鏈結構，使我們整體效率不斷的提升，更加適應於低風速的風場，我們發電機在實測下4米的時候效率就有93.4%，這是同步發電機的測試。第三個我們採用了多維度一個設計方案，也就是不斷的增大我們的，為了適應不同的風場，我們選取了不同的葉輪直徑，還有不同的塔筒高度，以及我們的一個功率等級的變化，形成系列化，平台化乃至定製化。

最後是一個自適應的智能控制，進行自學習自調節的過程式控制制，我們看一下山地風電場，我們需要哪些施工方案，首先我們要對它場址進行一個詳細風資源評估，以及它的道路以及它的施工平台，還有它的基礎的一些形勢的，也就是地質條件，其次還有運輸方案，運輸方案決定我們道路的選取，工程造價，還有小平台吊裝，小平台吊裝可以使我們選址的餘地更大，還有一些單葉片的調轉技術，適應山地的風電場這種複雜地形。

第三方面也就是監測優化方面，包括了運行狀態的監測，效能分析，廠址再優化，以及收益和安全的一個平衡性。

基於以上三個方案，我們對現場進行了提質增效的改造，第一個是氣動增功的方案，第二個是抗冰凍的方案，這張圖片是一個南方典型的風電場，常年雲霧繚繞，風向變化很嚴重，首先我們對這個場址進行一個分析，在場址後續過程中我們還要注意環境對機組整個運行狀態的影響，下面這張動圖顯示是對環境信息，風機葉片還有風向的變化，對葉片各個截面一個公角的影響，可以看出在葉片這個範圍之內，這個紅色線是公角的臨界狀態，也就是失速點，在大概5到8米左右的時候呢，它有可能進入到失速區域，我們依據這個結論我們要進行一定的改造，另外一個靠近葉片尖部，這部分由可能，它也會進入失速區域，但是經過我們評估，覺得可能是它這個模型數據不太準確，因為是一組數據不會差異有這麼大，所以呢我們這次的改造還是針對於葉片的根部。

對於失速解決呢，我們要進行幾個方案進行選擇有幾種，包括尾緣的機翼、物流發生器，同時呢我們對它進行一定的模擬模擬迭代到我們的載荷計算當中，對我們的安全性要進行評估，如果對這些再不放心，我們還做了另外的事情，比如說在葉片上粘貼一些細的纖維線來觀測它的流程變化情況，可以遠距離觀測，如果方案好也可以綁一個運動攝像機，這樣觀測會更好，除此之外我們會在西工大實驗室進行了一個風動試驗獲得了一些數據。

第三就要進行現場的施工，包括施工方案的制訂，施工工程式控制制，在現場很多施工狀態很難把控，所以這個一定要著重注意，包括施工的位置還有施工固化時間還有一些方式都需要著重處理。最後就是對方案改造後運行數據進行監測，有數據分析以及現場的觀測情況。

這一整套就形成了我們氣動增功整體解決方案，當這個風場夏天的時候雲霧繚繞，在冬天的時候會變成另外一番景象，就像這個樣子，南方的冰凍天非常多，尤其在湖南、貴州、江西一帶非常的嚴重，嚴重影響了冬天的發電情況，所以我們對冰凍的危害進行了一定的分析，首先它對葉片的翼型造成了破壞，升力系統降低，失速點提前，在2004年的時候包頭有一起空難，大家的矛頭指向在機翼，由於結一層薄薄的冰，所以飛機造成失事的事故。第二葉片的外形在結冰以後不均勻，葉片是在顫振狀態，第三改變了葉輪整個氣動特性，效率大幅度降低，第四就是葉輪氣動和質量產生嚴重不平衡，對整機產生了不良影響。

冰凍一個傳統解決方案，最簡單就是運行，發現結冰的時候就進行停機，一刀切的方式由於在西南部地區以及中南部地區現在不適用了，損失的電量非常之大，所以傳統的模式已經無法滿足現在需要精細化管理要求，現在提出了一些替代方案，比如說葉片在結冰的時候尋找一些相對安全的運行的角距角，使它的公角降低遠離失速的公角，雖然說風機可以繼續運行，但是葉片還會運行在一個顫振的狀態，還是存在一定的風險，所以我們先引進了一個預警及除冰的技術。

首先我們在運行的時候，對整個機組的運行狀態進行一個監控，會發生結冰的時候我們就提出一個預警，當預警報出之後我們進行一個防冰或者除冰，這是我們開發的冰凍預警系統，主要是三部分構成，第一就是感測器，塔架及數據傳出系統，第二就是預測系統的伺服器，第三是軟體系統，它包括了一個氣象預測雲平台，風載排除模型，冰載模型和結冰預警模型，這是我們在一些結冰情況下的模擬以及實測的內容，最後對於右下角這個圖就是實測結冰過程，以及厚度的一個估計。

預警系統已經開發完畢了，我們又聯合了葉片場開發了一套氣熱除冰系統，因為是在役的風機嘛，如果再鋪設這種加熱層已經不太顯示了，所以開發了一套氣熱除冰系統，這個系統主要包括了加熱系統，控制系統，以及安全監控系統，加熱系統包括了鼓風機、加熱器、導熱管，控制系統包括了幾內的控制系統以及遠程控制系統，這條曲線隨著時間的推移，溫度，這個就是氣熱除冰的效果。除了剛才兩套系統，我們還增加了其他的內容，完成了一整套的抗冰凍的解決方案，包括智能識別，對環境以及特徵以及風機狀態進行一個判斷，給出一個運營或者收益的指令，停機保護，我們對停機方式可能風險進行了規避，也申請了相應專利，因為停機過程有可能風速很低，但是結了冰，如果在化冰會損傷一些物品，所以我們對它也進行了一定規定，完成一些智能設備無法完成的巡檢，最後一整套的抗冰解決方案就這樣形成了。

這就是今天我所介紹的主要內容，謝謝大家。

（發言為現場速記整理，未經本人審核）

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