李文科：大家好。我叫李文科，我是来自上海电气的，现在在上海电气负责风力发电和叶片的增功研究。我今天演讲的题目是《大型风机叶片的增功研究》。

　　这次汇报我主要有三个方面的内容，第一个是目前风机市场面临的挑战，以及存量机组增功的机遇，第二个是上海电气所采取的增功方案和技术研究，第三个是根据存量机组采取一些针对性的资产优化方式。

　　第一个，早期的风力发电机尤其是2015年以前的风机，那个时候的风资源相对来说至少比现在要好一些，而且上网电价相对比较高，但是由于当时装机的设计技术相对比较陈旧，发电性能以及风机的运行稳定性都不如今天新设计的风机。

　　所以这里就产生一个矛盾，就是优质的风资源，上网电价比较高的风资源，反而装了一些早期技术比较陈旧的风机，他们的运营稳定性都不如今天的风机，而且这些风机立的相应的风场，他们的风直径目前来看都是比较偏小的。这些风机都是当时直接按照标准的风资源设计的风机，我们认为显然是不能适应国内风场的需要的。

　　这些风机在国内装机，有的风机一年可以达到4000小时，但是有的风机同样的型号在另外一个风电场一年发的电量1500小时都不到。如果按照标准风况，它很多方面都不太适合实际的情况。另外一个就是我们的一些山地的风场和一些平原的风场，它和采源的机组都是同一个机组，对于山地风场来说，这个机组装在上面，它因为控制策略采用了一些极端的策略，所以它的发电量是偏低的。同样的机组装在平原，这个控制侧略还是用以前的控制策略，所以它的一些能力是没有发挥出来。

　　而且早期一些微观选址的原因，导致有一些风机虽然是按照三类风机设计，但是实际上它有的机位一年平均风速只有不到六米，而且一年时间达到满发的时候达到额定功率的时间非常少。

　　上海电气是根据实际风况设计了四种方案，第一个就是气动增功，大部分是用一些涡流发生器、叶片扰流板作为方式。第二个是叶片延长节的方式。第三个不仅仅是更换叶片，实际上他是一个机组的全面升级，包括控制系统、变桨电机、变桨驱动等等，配合更长的叶片实现发电量的提升，至少是在20%左右的发电量。因为叶片本身的价值是比较高的，所以如果AEP提升量达不到这个数值的话，可能从经济性角度也很难满足我们的需要。最后一个第四个就是机组叶片的适应性改造。因为我们早期设计的叶片，可能有一些，比如说防雷和结冰都会使我们的机组有时候会处于长期停机的状态，这个实际上是减少了我们实际发电的时间。如果从这个角度来说，我们使这个叶片防雷性能变好了，如果说又具有防结冰的性能，这样可以使我们的发电时间增加，发电量也会相应的增加。

　　首先我介绍第一个方案，第一个方案是气动增功，气动增功就是在不改变叶片长度的情况下，通过提升叶片的性能来提升它的发电量。如果我们做叶片的话都知道，叶片的好坏取决于两个方面，一个是这个翼型好坏取决于两个方面，一个是它的本身的材料，第二个就是它的大小、分布。

　　根据这个叶片的需要我们可以把叶片分成三个部分，第一部分就是叶根到最大前端。第二个部分就是叶片的中段，这个地方的叶片设计基本上是完全符合叶片的气动设计和BEM理论的。第三个部分就是叶尖，叶尖由于有叶尖涡的存在，所以如果从气动增功角度可以分成这三个部分。下面我就从这个叶片的三个不同的部分介绍一下增功的方法。

　　第一部分就是叶根，叶根由于本身是一个圆柱端到翼型的过度，这个地方气动性能非常的少，一个是圆柱端本身是没有什么气动性能的，再加上气流到这里流动的时候会发生向叶尖流动的过程，它起到的升力系数是非常的低的，在这个地方我们就采用涡流发生器来一直它的气流失速。另外一个方面就是也跟的扰流板，让叶片前后产生的压差增大，这样可以产生一定的发电量。第三个方法就是直接把叶根的本体直接改变形状，提升叶片的发电量，我们大家都知道，它的功率和这个叶轮的扫层面积直接相关的，所以我们市场都喜欢从叶根这个地方做研究。

　　还有就是叶片中段，这个大概是叶片15%的位置到80%左右的长度，风机的整个功率基本上80%的AEP的贡献是来自于这里，从这个角度来讲，我们必须想办法提升翼型本身的能力，第一个是降低阻力，如果说叶片没有，如果这个地方没有失速的话，单纯的降低阻力系数，这个时候对风力发电机的功率影响非常的少。

　　另一个方式就是想办法提高它的升力系数，一个比较直接的办法就是安装涡流发生器，这也就是为了有的公司在设计涡流发生器的时候，不仅仅安装在叶根，而且也会接在叶片的中段部分，另外就是到锯齿尾源，它实际上就是增加了叶片的宽度。这三种分工的方式，尤其是在叶片中段的分工方式，我这里需要强调一点，这种方式比较适用于叶片设计比较瘦长的叶片，如果说这个叶片设计的本身已经很宽了，比如说早期的一些70的叶片或者是比较厚实的叶片的话，这种方式的效果不是特别的明显。

　　第三个是叶尖小翼，叶尖小翼目前是针对叶尖降低叶尖涡比较有效的一种方式，这个理念主要是来自于飞行器的设计。从左下角可以看出，如果没有这个叶尖小翼的话，它叶尖有一个非常强的叶尖涡，如果有小翼的话，这个叶尖涡会变的非常小，但是这个叶尖小翼，如果按照系统设计来说，这个叶尖小翼应该是弯向塔筒的一侧，但是我们这个叶片如果弯向塔筒一侧就会带来一个问题，有可能会出现扫塔筒的问题。现在设计的叶尖小翼基本上都是弯向风来流的方向，这样的话它的气动性能可能没有预想的那么好，如果想达到一定性能的话，这个叶尖小翼可能会做的比较大一些。

　　目前这方面的技术相对比较成功的就是德国的一家公司，因为他们本身叶片设计的非常厚重，所以装这个叶尖小翼对他们来说是比较合适的。如果是我们国内的叶片再安装叶尖小翼，可能要考虑一个是载荷计算，因为现在目前很多的二维计算载荷的软件可能不适合这种叶尖小翼的计算。另外还要充分衡量叶尖本体的振动或者是机组振动可能带来的问题。

　　第四个就是环境适应性，因为叶片在环境中有很多时候都是处于一个叶片脏污的状态，尤其是到了四五月份，天上的灰尘比较多，这个时候很多脏污都会粘在这个叶片表面，这个时候叶片的性能会降低的比较明显。这个时候采取的方式就是安装涡流发生器，我们通过一些计算和实验表明，安装涡流发生器可以提高它的升力系数，就是右边这个图，通过这种方式可以让叶片的失速余度变大，就是叶片就算变脏的情况下仍然有比较大的失速余度，它的发电量仍然会维持一个比较好的状态。

　　剩下来的一个就是直接通过叶片延长来达到提升发电量的目的。叶片延长节原理很容易理解，因为这个是直接通过增大扫风面积，这里有两个问题，一个是叶片延长节本身的设计，它包括延长节的设计，气动设计、结构设计和整机的载荷校核。如果叶片的本题是靠近叶尖连接部分的结构强度，这个地方是一个薄弱点，所以这个地方的校核要非常注意。

　　另外一个叶片延长节的难点是在于它的连接，如果是结构强度本身不够的话，这里可以通过加强甚至有一些叶片虽然是叶片中间结构强度不够，实际上这个是通过后期一点点补强来弥补这个东西，或者是通过控制降载来把载荷降下来。但是叶片延长节的连接这一块儿的确是一个风险点，而且前面确实有同仁讲过，就是我国确实有出现过叶延套甩落的现象。

　　各个公司都有各自的对一些细节的理解，比如说这里一个比较关注的点，就是结构胶和原来的本体是不是有空泡，如果有空泡的话，强度是不够的。另外就是如果你外面是手糊玻璃钢，或者是真空灌注，你还要看它的Tg值是否达到，如果达不到的话也还是有风险的。还有就是叶尖定位，叶尖的扭角对气动性能的影响是非常大的，而且这个是在天上施工，可控性不是太大。而上海电气设计了一个分体式工装方案，它连接好了以后，把下部分的工装随着叶尖套掉到天上去，然后把它和工装连接起来，这样可以把叶尖实现一个精准的定位。我们在某一些项目上做叶尖套的延长，理论发电量都是在7%以上，实际测下来这个发电量都是在7%到10%左右的发电量提升。而且这个叶尖套每一个型号的叶尖套设计完了，我建议都必须要做一下测试，静力测试和疲劳测试，以保证我们的粘接强度。

　　上海电气因为我们国内有一些风场的机组发电量比较低，甚至有的是在1500以下，针对这种情况，可能单纯的气动分工或者是叶尖延长节来提高发电量可能还不能达到我们满意的结果，所以我们上海电气正在考虑重点推出一些产品，就是直接更换叶片。

　　针对的机组应该就是一些早期的，尤其是我们上海电气自己的2.0兆瓦的机组，因为早期的机组当时引进的时候，它那个设计的余量相对比较大，而且那个时候的控制手段尤其是降本的手段比较有限，所以这就给我们留下了一定的余量，可以在原来的机组上更换更大的叶片。当然有时候如果是载荷校核不够的话还需要增加一些附属设备，比如说变桨驱动甚至是轮毂。

　　另外一个就是早期的叶片设计比较陈旧，因为早期的叶片大家都知道，就是可能很多企业早期的机组用的都是同一款叶片，那个时候叶片的适配性还不是很强，没有说针对一个风场或者是一个机型专门做一款比较好的叶片。而且那个时候的叶片重量相对来说都比较重，而且它的设计理念也相对比较老旧，那个时候做叶片结构的就是专做叶片机构，做叶片气动的就是专门做叶片气动。

　　我们现在已经发展到了今天，我们完全可以用一些新的方式，因为随着工程师的技术水平不断提高，我可以把风场的特性、机组的特性和叶片本体的特性结合起来，针对这个风场和机型全新设计一款更长的叶片，来直接更换，把原来的那个旧机组的叶片替换下来，达到一个发电量的提升。

　　发电量的提升，这里有两个关键点，第一个就是从我们的角度来说，我们如果换叶片，我们肯定更希望换的叶片更长更好，因为换叶片的话，本身投资就比较高，如果换一个发电量只提了5%到10%，这样的换叶片，从经济性角度可能在剩余的生命周期都不足以回收这个换叶片带来的成本。

　　所以我们就要从载荷边界的角度去衡量，我们计算一下对于同一个机组，我们最长能换到多长的叶片，另外一个就是叶片的轻量化设计。因为现在很多机组，它的制约点一个是风机的推力，一个是叶片的重量，如果这两个问题不解决的话，世界把现有的长叶片换上去的话，这个载荷肯定是通不过的。所以我们针对一些风场和机组全新设计一些新的叶片，去替换原来的叶片，这个叶片的设计点，我们一般会采取一种柔性的设计，比如充分考虑设计角度，还有就是在叶片设计之初直接考虑这个叶片直接应用于涡流发生器或者是其他一些技术来设计这个叶片。

　　针对换叶片，上海电气提供了一套全面的服务，从风资源开始评估，到如何评估这个机组的健康程度，以及叶片的健康程度，以及把这个风机的控制如何调到最优，最终做一些增值服务，换叶片以后同时做一些增值服务，比如说原来叶片的回收处理，还有防雷优化、降噪优化和前缘防护等等。

　　目前市场带来的急于就是现在国内很多风场的机组千差万别，有的是1500左右，有的不到1500，有的甚至到4000左右，你对发电比较高的机组的话，这种换叶片肯定是不太合适的，首先你疲劳寿命都过不了，那种的话我们只是做叶片的气动增功。另外一种情况就是这个风机80%到90%的时间都不能达到额定功率，这样的机组的话，我们建议是直接叶片延长或者是直接换一款更长的叶片。

　　另外一点就是从这个控制的角度来针对风场做一些优化，因为有一些风场，比如说到三四月份的时候湍流才会增大，但是平常大部分其他的时间湍流都非常小。对于这样的风场，我们现在的基础设计基本上是针对湍流有一个，因为湍流本身是产生机组极限载荷的重要因素，很多风机的最终设计安全余量就是根据湍流度相关的，如果我们筛选这样不同的风向、不同的时间，来建立我们的控制系统，我们就可以在湍流度增大的时候，我们开启这个安全保护，让这个风机保守的发电，如果是在平时湍流比较小的时候，我们可以让这个风机的能力全部释放出来，让它尽量提高发电量。

　　以上就是我对叶片增功的一点点浅见，我来自上海电气，这个微信是我个人的微信号，如果有需要进一步交流的话可以直接加我微信，我们可以线下再进行沟通。谢谢。　（内容来自现场速记，未经本人审核，如有不妥请联系修改）