低風(fēng)速風(fēng)電大葉片對(duì)整機(jī)的影響分析

2017-10-18 15:43:07 能見(jiàn)　點(diǎn)擊量：519 評(píng)論 (0)

2017年10月16日-19日，2017北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)（CWP2017）在北京隆重召開(kāi)。在中國(guó)國(guó)際展覽中心（新館）風(fēng)電葉片大型化問(wèn)題和技術(shù)專(zhuān)場(chǎng)，中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)研究所有限公司高級(jí)工程師，高級(jí)主任設(shè)計(jì)師王磊帶來(lái)低風(fēng)速風(fēng)

2017年10月16日-19日，2017北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)（CWP2017）在北京隆重召開(kāi)。在中國(guó)國(guó)際展覽中心（新館）“風(fēng)電葉片大型化問(wèn)題和技術(shù)”專(zhuān)場(chǎng)，中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)研究所有限公司高級(jí)工程師，高級(jí)主任設(shè)計(jì)師王磊帶來(lái)“低風(fēng)速風(fēng)電大葉片對(duì)整機(jī)的影響分析”的主旨演講。

以下為演講內(nèi)容：

王磊：各位同仁，各位專(zhuān)家，大家上午好。

我今天給大家匯報(bào)的主題是風(fēng)電大葉片對(duì)整機(jī)的影響，因?yàn)槲冶救藖?lái)說(shuō)是整機(jī)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)這塊的工作，所以可能會(huì)更加傾向于整機(jī)一些，前面葉片相關(guān)的方面的一些考慮的話(huà)，前面兩位前輩和專(zhuān)家已經(jīng)講過(guò)了，所以今天我重點(diǎn)內(nèi)容就是整機(jī)方面的。

我的匯報(bào)分成三個(gè)部分，第一個(gè)就是我們長(zhǎng)葉片對(duì)整機(jī)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)和好處是什么？第二個(gè)整機(jī)廠(chǎng)可能考慮的方面，就是劣勢(shì)，整機(jī)方面帶來(lái)的影響，我們有什么解決方案。

首先對(duì)于長(zhǎng)葉片對(duì)整機(jī)的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，這個(gè)是投資方關(guān)注的，就是收益。

我們首先看一下，從時(shí)間軸上來(lái)看，2012年以前，我們風(fēng)電行業(yè)大部分是1.5MW，到了2012年的時(shí)候主要2MW，到了2016年下半年，各個(gè)廠(chǎng)家逐漸推出了126，以及131這樣的級(jí)別，不過(guò)功率級(jí)別從2MW，現(xiàn)在逐漸升到了X。所以最終會(huì)討論到對(duì)整機(jī)的成本，也就是業(yè)主投資的收益問(wèn)題，還有我們整機(jī)廠(chǎng)必須要考慮的利潤(rùn)問(wèn)題。

這是我們公司從最開(kāi)始的長(zhǎng)葉片到現(xiàn)在做研發(fā)的狀態(tài)，我們對(duì)葉片的發(fā)展性能大家很熟知的，但是這個(gè)東西大家太熟知了。我們可以看到，從最初的2兆瓦110，到現(xiàn)在130，單位兆瓦一直在持續(xù)增加，可適應(yīng)的風(fēng)量總級(jí)一直在增加，從最初的7.5米，到現(xiàn)在可開(kāi)發(fā)的利潤(rùn)點(diǎn)能夠達(dá)到5.5米的狀態(tài)，使超低風(fēng)速的地區(qū)開(kāi)發(fā)價(jià)值逐漸增高，使我們可以開(kāi)發(fā)的地方逐漸多一些。

這是簡(jiǎn)單的一些優(yōu)勢(shì)，所以我大概地過(guò)了一下，我們重點(diǎn)來(lái)分析對(duì)整機(jī)的劣勢(shì)，對(duì)整機(jī)來(lái)說(shuō)，隨著葉片長(zhǎng)度增加，重量增加是顯而易見(jiàn)的，其次不管是重力載荷還是氣動(dòng)載荷，還有噪音成本都是顯而易見(jiàn)的，這是下面重點(diǎn)分析的內(nèi)容。

第一，隨著葉片長(zhǎng)度增加，對(duì)整機(jī)帶來(lái)什么影響？

首先，剛才提到了我們的長(zhǎng)度，隨著我的長(zhǎng)度增加之后，我的風(fēng)電機(jī)組的塔筒肯定要增加的，塔筒投資要增加的，整個(gè)要考慮整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的COE的時(shí)候要加入的，這個(gè)是有改變的。

第二個(gè)是凈空，一般來(lái)說(shuō)大兆瓦的功率設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)都是按照IEC，對(duì)本身材料和工況都會(huì)有要求，所以對(duì)凈空有要求。

第三，如果整機(jī)不進(jìn)行改變，噪音會(huì)增加的，噪音來(lái)自于什么？就是速度，如果葉片增加之后，轉(zhuǎn)速還是之前一樣的話(huà)，整個(gè)風(fēng)能的噪音是會(huì)增加的，這個(gè)會(huì)有詳細(xì)介紹。

另外運(yùn)速方面，在一些特殊方面，當(dāng)你的葉片增加兩三米的話(huà)，就會(huì)出現(xiàn)很大問(wèn)題，那我修路的成本也會(huì)增加的，最終也是在成本里面。

第二個(gè)就是重量，重量的增加，根據(jù)我們過(guò)往研究，它的葉根螺栓也要做很大，隨著研究深入，對(duì)也跟螺栓來(lái)說(shuō)，對(duì)于重力，葉片擺放也會(huì)影響很大。

另外一方面，也是去年才逐漸意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題，以前很多技術(shù)是平臺(tái)技術(shù)延伸的。隨著風(fēng)電葉片增加之后，葉片重量增加，或者風(fēng)能重量增加更合理一些比如說(shuō)輪轂本體，這都是重量主要原因。真正的重力FY、FZ對(duì)它的影響也是非常大的。

其次就是氣動(dòng)載荷，大家可能很熟知了，會(huì)影響葉片的方向，直接影響塔架的設(shè)計(jì)，同樣的塔筒和部件都需要重點(diǎn)去載荷，去進(jìn)行加載來(lái)滿(mǎn)足要求。

所以最終落到部件影響整個(gè)成本，保證風(fēng)機(jī)20年質(zhì)量壽命的成本，也是增加的。

通過(guò)前面的一些梳理，我們把葉片變長(zhǎng)之后的劣勢(shì)梳理出來(lái)，一個(gè)是葉片變長(zhǎng)帶來(lái)的，一個(gè)是塔筒增高帶來(lái)的，還有噪音增高和相應(yīng)供應(yīng)鏈帶來(lái)的。

首先，我們來(lái)看一下葉片變長(zhǎng)對(duì)葉根螺栓的影響，這個(gè)從1千瓦的77，我們國(guó)內(nèi)可能從這個(gè)級(jí)別走來(lái)，可能93以上的機(jī)組可能生命周期很短了，這個(gè)地方我們就只寫(xiě)到了93。

然后從2兆的級(jí)別，121、121、130的級(jí)別，我們看到不同的葉片長(zhǎng)度，質(zhì)量增加和載荷的增加，都是向上走的，只不過(guò)有的我們看到的從105級(jí)別到116級(jí)別的時(shí)候，為什么有個(gè)別地方下降和平緩，是為了我們保證整機(jī)設(shè)計(jì)平臺(tái)的時(shí)候，我們是刻意設(shè)計(jì)降低的，風(fēng)場(chǎng)能適應(yīng)等級(jí)會(huì)更窄一點(diǎn)，但是是成本考慮。

所以我們后面計(jì)算就發(fā)現(xiàn)，隨著風(fēng)輪直徑的增加，1的時(shí)候，我們的螺栓壽命就是20年，我的螺栓大部分的時(shí)候還是用扳手這個(gè)狀態(tài)，我需要涂抹相應(yīng)的潤(rùn)滑劑，來(lái)保證相應(yīng)的扭動(dòng)系數(shù)，這時(shí)候可能壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到20年，可能五六年就會(huì)斷了，會(huì)與我們?cè)O(shè)計(jì)20年有偏差的。

但是這個(gè)項(xiàng)點(diǎn)對(duì)當(dāng)前來(lái)說(shuō)，因?yàn)槿~片長(zhǎng)度到了這個(gè)級(jí)別，這個(gè)重量肯定會(huì)增加的，所以這是很大風(fēng)險(xiǎn)在這里。

第二，葉片長(zhǎng)度增加之后，轉(zhuǎn)速會(huì)下降。

首先，風(fēng)能的葉片長(zhǎng)度的增加，為了保持噪音保持現(xiàn)有的狀態(tài)，那我就要保持我的葉間的V達(dá)到80或者81，這時(shí)候我的R是增加的，我的風(fēng)能轉(zhuǎn)速是要下降的，我要維持功率的輸出，我的額定力矩肯定要增加，整個(gè)傳動(dòng)部件的需求就增加。那么對(duì)我的成本這個(gè)是會(huì)有增加的。

第二個(gè)，就是葉片性能這一塊的問(wèn)題，剛才前面中材科技已經(jīng)講過(guò)了，我大概提一下，因?yàn)轱L(fēng)輪轉(zhuǎn)速，我們選擇的時(shí)候會(huì)選擇某個(gè)值來(lái)匹配，它的最佳的接觸比是有一個(gè)值在這里，如果我的葉片在做別的匹配，或者加長(zhǎng)的時(shí)候，我還是要保證我的葉間長(zhǎng)度不變，額定降低之后，我的轉(zhuǎn)速比會(huì)降低，葉片越長(zhǎng)以后，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速就降低。

第三個(gè)例子，就是我們的葉片長(zhǎng)度帶來(lái)的噪音，剛才前面兩位專(zhuān)家都已經(jīng)提到了，我稍微提一下。這個(gè)是風(fēng)工程那本書(shū)里摘抄的，雖然是不同年代里的，但是風(fēng)的增加對(duì)葉片的增加都是線(xiàn)性增加的。

書(shū)上的理論和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)安裝做了對(duì)比，葉片的厚度，葉片后緣厚度噪音非常大，如果后緣厚度控制在物料需求里面，控制在比較均衡比較薄的時(shí)候，對(duì)整個(gè)機(jī)組噪音是有很大好處的。

所以這是一個(gè)前面帶來(lái)的問(wèn)題舉的三個(gè)例子，當(dāng)然后面會(huì)有相應(yīng)的解決方案，進(jìn)入第三個(gè)部分，針對(duì)這些重量、載荷、噪音，我們?cè)趺唇鉀Q它？

第一，降低葉片重量這一點(diǎn)，可能我們?nèi)~片廠(chǎng)會(huì)更加專(zhuān)業(yè)一些，比如說(shuō)用碳纖維等，但是可能現(xiàn)在的碳纖維應(yīng)用會(huì)在海上應(yīng)用多一些，但是在陸上幾乎是還沒(méi)有用的，可能我們這個(gè)地方要考慮是什么？就是我整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的COE，我使用碳纖維長(zhǎng)葉片之后，各種成本增加，但是對(duì)整機(jī)帶來(lái)很好的優(yōu)勢(shì)。

另外一個(gè)，就是我要使用更優(yōu)的翼型，大家都知道對(duì)于風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，就是簡(jiǎn)單的二分之一力法，我要葉片增常的話(huà)，翼型可能要改變，整個(gè)風(fēng)場(chǎng)和COE優(yōu)化，這個(gè)是一種考慮方向，因?yàn)楫?dāng)我考慮增加的時(shí)候，這是可以選擇的一條道路。

第二個(gè)，就是載荷成本這方面，對(duì)于載荷來(lái)說(shuō)，我們也不用說(shuō)太多的點(diǎn)，因?yàn)轱L(fēng)電發(fā)展了這么多年，各個(gè)部件載荷的性能，可能需要性能更好的葉片，可能我葉片濕度會(huì)大一點(diǎn)，載荷度大一點(diǎn)，性能和成本之間的矛盾點(diǎn)就需要找到一個(gè)平衡。

其次就是大家都在做的事情，就是我的控制參數(shù)，很多極端工況的時(shí)候，極限載荷會(huì)發(fā)現(xiàn)一些情況。葉片使用性能好、載荷優(yōu)的設(shè)計(jì)，選用更優(yōu)的控制參數(shù)，特定的控制策略，針對(duì)性的將在。

優(yōu)化部件結(jié)構(gòu)，使部件重量降低，部件承載能力不降低。

其次，新技術(shù)的應(yīng)用，比如海上風(fēng)機(jī)D128級(jí)別已經(jīng)在應(yīng)用的IPC，可應(yīng)用目前D130，D141級(jí)別的陸上風(fēng)機(jī)，整體成本最優(yōu)。

第三個(gè)，就是噪音，噪音的話(huà)，因?yàn)闉槭裁催@個(gè)單獨(dú)點(diǎn)放在最后？其實(shí)這個(gè)問(wèn)題我們公司是吃過(guò)這方面虧的，毫不避諱地講，早些年在南方的山區(qū)，這時(shí)候某些居民拆遷會(huì)遇到很大問(wèn)題，這時(shí)候設(shè)計(jì)院和業(yè)主就會(huì)離居民很近，就會(huì)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)反饋回來(lái)，旁邊的雞都不下蛋了，這是現(xiàn)場(chǎng)人開(kāi)玩笑反饋的。

后來(lái)我們做一系列的工作，國(guó)標(biāo)那邊是有一個(gè)要求的，在十米高度的地方，我的噪音要小于110分貝，就是我們拿的鋸子在施工的狀態(tài)，要求對(duì)居民生活來(lái)說(shuō)其實(shí)是很低的要求了，但是因?yàn)榘さ锰耍砩弦股钊遂o的時(shí)候就格外突出。

所以我們針對(duì)葉片的后緣，做了很多設(shè)計(jì)，最后發(fā)現(xiàn)噪音的降低還是非常明顯的。

這個(gè)風(fēng)場(chǎng)的狀態(tài)還是不一樣的，之前我們?nèi)y(cè)了，確實(shí)超標(biāo)了，然后在天上安裝之后，再進(jìn)行測(cè)量，噪音下降很明顯，它可以降低中低頻的噪音。

同時(shí)這個(gè)點(diǎn)，我們從施工前后，對(duì)整個(gè)功率曲線(xiàn)的影響，基本上影響很小，或者我們看到?jīng)]有明確數(shù)據(jù)表示。

國(guó)外的，站在他們塔筒下面，沒(méi)有聽(tīng)到很明顯氣動(dòng)帶來(lái)的噪音，只是明顯的電氣部件，后來(lái)了解他們有低噪音的部件，但是我不知道國(guó)內(nèi)應(yīng)用是什么樣的。

第二，是后緣厚度的控制，降低運(yùn)行過(guò)程中長(zhǎng)期噪音。這個(gè)是持續(xù)運(yùn)行的，降低是長(zhǎng)期的噪音。

其次是剛才講的降噪的來(lái)源。

第四，就是風(fēng)機(jī)機(jī)艙中的噪音源，比如我們的發(fā)動(dòng)機(jī)，這時(shí)候它高轉(zhuǎn)速的時(shí)候帶來(lái)的噪音，以及齒輪嚙合的時(shí)候的噪音，這時(shí)候我們加隔音棉，盡量把聲音控制在密封艙里，對(duì)周?chē)h(huán)境影響降低。

好，我的匯報(bào)就是這些，謝謝大家。

責(zé)任編輯：lixin

免責(zé)聲明：本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，與本站無(wú)關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本站證實(shí)，對(duì)本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實(shí)性、完整性、及時(shí)性本站不作任何保證或承諾，請(qǐng)讀者僅作參考，并請(qǐng)自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。

我要收藏

個(gè)贊