研發(fā)背景

　　目前，中國裝機(jī)并網(wǎng)的風(fēng)電發(fā)電機(jī)組總量約有1.6億千瓦，以2兆瓦單臺容量來算，中國約有8萬臺的后市場，為提高在運機(jī)組發(fā)電量，聯(lián)合動力應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計理念和設(shè)計工序，通過葉片延長增功技術(shù)對在運葉片進(jìn)行技術(shù)改造，幫助業(yè)主降低平準(zhǔn)化度電成本，提升經(jīng)濟(jì)效益。

　　LCOE（平準(zhǔn)化的度電成本）等于成本除以風(fēng)場全生命周期的發(fā)電量總和，其中成本包括設(shè)備成本、安裝運輸成本以及運維成本。聯(lián)合動力葉片延長增功技術(shù)是通過增大分母，即通過增加風(fēng)場在全生命周期內(nèi)的發(fā)電表現(xiàn)、發(fā)電量來降低LCOE。

　　技術(shù)現(xiàn)狀

　　現(xiàn)有的4種提升發(fā)電量的葉片技術(shù)分別是渦流發(fā)生器、擾流器、翼刀、葉尖延長。其中前三種技術(shù)的原理都是葉片表面流場的流動控制的技術(shù)，對發(fā)電量的提升在0.5%-1.5%之間。效果最好的就是葉尖延長技術(shù)，按照兆瓦級的機(jī)組，單只葉片延長1米來計算，可提升2%以上的發(fā)電量。

　　方案概述

　　聯(lián)合動力采用的葉片延長增功技術(shù)方案是，在在運機(jī)組上面增加一個延長的襯套，起到增加掃風(fēng)面積和提高風(fēng)機(jī)風(fēng)能捕獲總量的目的。

　　上圖中，灰色的部分是原始葉片，綠色部分是延長的襯套。通過這種方式延長后的葉片，在外形上和原始葉片平滑過渡，可以保證排除掉因為形狀突變引起的一些應(yīng)力集中問題，和安裝的干涉問題。

　　關(guān)鍵技術(shù)

　　氣動外形設(shè)計技術(shù)

　　聯(lián)合動力應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計理念和設(shè)計工序，對葉片延長段的外形進(jìn)行詳細(xì)的氣動外型優(yōu)化（見下圖），在整機(jī)匹配性和葉片發(fā)電表現(xiàn)之間尋求一個平衡點，保證在有限的延長長度的前提下，最大限度增加發(fā)電量。

　　應(yīng)用這樣的方案，聯(lián)合動力UP82機(jī)組延長到了UP84，風(fēng)輪直徑增加了2米，經(jīng)過理論上的發(fā)電量評估，年均風(fēng)速為8m/s-5.5m/s的風(fēng)場，年均電量可提升2.2%-3.9%。

　　載荷計算和安全性能評估

　　聯(lián)合動力針對葉片和整機(jī)的全工況的疲勞載荷和極限載荷進(jìn)行計算，并應(yīng)用計算結(jié)果對葉片的強(qiáng)度和整機(jī)關(guān)鍵部件的強(qiáng)度進(jìn)行校核。

　　粘接強(qiáng)度校核

　　葉尖延長的襯套是通過粘接的形式裝配到原始葉片上的，所以粘接是非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。在理論層面上，聯(lián)合動力使用了有限元強(qiáng)度分析，對粘接位置的機(jī)械強(qiáng)度做了校核。在實踐層面上，進(jìn)行了地面型式試驗的測試，做了最大最小葉片揮舞擺陣以及沿葉片展向五個方向的測試，測試證明粘接非常安全。

　　安裝工藝

　　葉片延長增功技術(shù)定位為在運機(jī)組的改造，在線的安裝工藝無疑會成為一個關(guān)鍵問題，會直接決定安裝效率、安裝成本，包括人員和設(shè)備的成本，也直接決定了該技術(shù)是否能順利推向運維后市場。為此，聯(lián)合動力在安裝工藝方面做了充分的工作，設(shè)計了專門的定位和安裝的工裝。

　　樣機(jī)情況

　　聯(lián)合動力于2016年9月完成了一臺樣機(jī)的成功改造。下圖是安裝過程及安裝后的效果圖。完成葉片延長改造以后的葉片外形十分平滑，幾乎看不出認(rèn)可改造和調(diào)整的痕跡，表面效果良好。

　　根據(jù)樣機(jī)運行半年累積下來的實測數(shù)據(jù)，對葉片改造后（紅色功率曲線）與改造前（藍(lán)色功率曲線）的機(jī)組發(fā)電表現(xiàn)進(jìn)行評估，該機(jī)組的年發(fā)電量提升可達(dá)2.4%，與理論計算吻合。

　　總結(jié)

　　聯(lián)合動力在運葉片葉尖延長增功技術(shù)具有安全性強(qiáng)、發(fā)電量提升效果明顯、施工便捷和投入少（2.5——3年收回改造投入）的優(yōu)點，適合在后運維市場廣泛推廣，提高業(yè)主投資收益。