上海电气刘吉辉：叶片气动优化助力客户收益-北极星风力发电网

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由中国农业机械工业协会风力机械分会主办的“第五届中国风电后市场专题研讨会”，于2018年6月13-14日在上海市召开。

上海电气风电集团有限公司工程服务分公司副总经理刘吉辉出席“第五届中国风电后市场专题研讨会”，在叶片改造修复与回收利用专题论坛，分享题为“叶片气动优化助力客户收益”的主旨演讲。

以下为发言内容：

刘吉辉：首先谢谢秘书长，还有在位的各位大家上午好，我今天演讲的题目是叶片的气动优化来助力客户的收益，我们是上海电气有十年的设计经验和一些设计成果，也就是说我们上海电气集团股份有限公司从2008年，我们跟德国的公司一起合作，我们有十年叶片的一个设计经验，包括近几年我们有一些气动优化的成果，我们把这些成果用到我们后服务的市场，我们通过这种技术的升级改造为我们客户带来收益的一个增加。

我的汇报分为四个部分：

第一个部分就是我们的客户需求，我们的客户需求虽然说我们风电代表是一种绿色，是一种情怀，但是我们投资人最根本的还是追求利润，利润一个首先是成本，还有一个是收益。收益肯定是希望发电量越多越好，运维成本越低越好，这是背后的需求逻辑。

发电量的提升来说目前后市场大家比较关心的三个方面：

第一通过控制手段，控制在近十年的技术发展，控制也有很多技术的提升。

第二还有就是一个能效，随着运维管理的惊异华，我们风机的单机或者是全场用电的精益化管理，能效管理上也有一些提升。

最后一个管理叶片，后面再详细介绍。

首先讲讲我们叶片发展有哪些关键技术，大家从这个图可以看到过去20几年的发展，叶片的直径越来越大，我们叶片的越来越长，从而对成本的要求越来越高，叶片的材料技术的进步也就是对叶片的要求越来越轻。还有随着我们互联网、大数据这种技术的进步，也要求我们叶片具备智能化的一些条件或者是一些要求。

再讲一下这几个关键技术，我们也是围绕着几个目标，目标首先是一个高的AEP，年发电量，还有我们安全性相关的，低载荷和环境友好性的低噪音，还有结构可靠、重量要轻、成本要低。

说一下我们长叶片的关键技术，因为长了，冲量肯定重了，我们希望设计的时候结构尽量让它轻盈。另外叶片加上气动之后效率和载荷平衡优化最重要，还有气动噪音，叶片加长线速度大了增印就上去了。

产业关键技术提几点，最左边是弯扭耦合的气弹设计，通过这种弯扭耦合的气弹设计能够有效降低叶片的载荷，通过叶片本身的形变来降低载荷。右边还有一个优化最大的弦长，通常早期设计的时候，最大的弦长一般是一个截面，很短的一个截面，我们现在通过对这块的优化实现最大的弦长，延长比较大的一段距离，增长叶片的时度，也就是能够增加叶片功能的吸收，从而能够提升它的气动效率。下面是优化的钝尾缘设计，这个从左右两边图对比，右边可以看出来传统的设计分离点和我们改进的设计，我们改进设计之后气流的分离点延缓了，这样也可以提高气动效率。

总的来说影响气动效率主要是三个方面，第一个我们在叶根部有涡流损失，还有我们在叶片的后缘或者是中间部分，有附面层分离，还有我们的尖部，叶尖扰流的损失。大概还是三个区域。

针对叶片气动提升有主动跟被动，我今天主要关注的重点是，给大家分享的是我们在被动提升的一些方面，主要聚焦的是我们在涡流发生器，叶片家常这方面。

这个讲的是我们客户希望的功率曲线，我们发电量能够比我们期望的更高。实际上影响我们发电量的因素也很多，除了叶片的设计，长度和气动性能，还有风场的一些实际环境，包括叶片运行一段时间以后，受到雨蚀或者是灰尘的污染，都会影响气动效率。还有风场的选址关系。

这个叶片的表面粗糙度会影响功率和发电量。针对前面说的叶片损失的三个区域，叶根、中间部、叶片的尖部，现在行业里面提出的几个解决方案。在叶片的根部大家可以看这个图，根部国外有一些成熟的应用根箱，叶片的根部可以增加风能的吸收，还有一个图层结机翼也有类似的解决方案，前面是一个完全实的圆板，这种是来吸收风能。

还有在叶片的中间部分，这个主要的技术是通过涡流发生器、扰流条、翼刀，后缘襟翼，这些东西把航空或者是飞机相关成熟的应用应用到我们风电上。气动增印是传统的仿生学在我们风电的应用。

下面再分享三个案例，第一个案例是涡流发生器(VG)的原理。这个原理对于我们在座的叶片厂家非常熟悉， VG增加了边界层克服逆压梯度的能力，延迟了气流分离点，还有VG增加了叶片运行工况内的最大升力系数，提高了升阻比，进而提高了风能捕捉效率。这几个图是我们设计过程当中方针的一些图片。这里面因为这个(VG)是我们上海电气自己设计的，也有一些设计验证的流程，方针、评估、计算、风洞的验证、最后做成成品，大概是样一个研发的过程。

现在(VG)我们现在在两个方面都有应用，一个是叶片出场的时候就已经贴上这个(VG)，还有我们在役的风场也有实施改造，有两个场景，一个是叶片厂，一个是风场。这里面值得一提在风场的实施相对来说难度比较大，安全控制也比较高。这个是人员通过绳的方式，我们通过十字型的工装，或者是吊篮的方式更安全。

这里面大家也可以看得到发电量的提升和功率曲线的一些对比。

第二个风险的案例是叶尖家常技术的应用，因为这个大家都知道风电发展其实尤其长叶片，也就是最近五年发展特别快，十年之前其实同样一个平台它的叶片相对来说都是比较短，而且设计的安全余量也比较大，我们上海电气设计93的叶片，我们对这个加长的叶片坚决方案设计。

设计的时候考虑三个方面，第一个气动外形的连续性，因为前期叶片自己设计的，这方面设计的连续性，这个是我们的优势，还有载荷增加对叶片刚度的要求，这个是我们的重点，另外一个是风场实际情况的定制化，并不是每一个风场都适合这个方案的设计，我们要根据他的特定条件，评估他是否适合做这个叶片加长。

这里面其实也是对前面几个进一步说明，延续原来叶片的设计，大家可以看到从弦长的分布和扭角的分布的设计，包括预弯曲线等等。

我们对风场的设计也比较难估计，或者是难以拿出来说明，我们以三类的分析做一个测算，我们93m增加至97M后，，在三类B地区，预计机组发电量可提升4%+，一般3～5年能收回成本。还可以根据不同的风区或场地条件，进行定制化设计，以期获得最大的投资回报率，风小可以延长多一点，风大了延长短一点。

这个是叶片尾缘的气动噪音大，我们降噪的设计，基本上噪声大的在尾部，这个原理也很简单，大家看猫头鹰的翅膀，我们现在是设计这样一个形状，其实就是仿生学的学习和应用。我们通过CFD仿真可以发现在叶片的尾部它的密度，噪声的能级有降音，分布的能级有变窄。

这个就是说恐龙尾的现场安装，一个是在工厂内，还有在风场两个场景进行安装。因为这个其实像我们的恐龙尾和涡流发生器材料成本比较低，但是安装成本比较高，一般我们都是建议客户，如果是做技术改造的话，建议涡流发生器跟龙孔尾同时做，同时加上叶片的清洗。

最后结合我们上海电气在系统优化，在后市场的技术应用总结了四点，第一个就是客户的需求，其实也是比较简单的，就是运维的降本和发电量的提升。

第二个还是回到我们这个主题，叶片气动优化能够在一定程度上提升机组的发电效率，助力客户收益。

第三个我们后市场叶片气动优化技术追随市场和行业发展的需求，在逐步推广应用。

第四个其实是一个大的趋势，就是叶片大型化是发展趋势，长叶片的气动优化设计仍具挑战，随着我们的竞价上网，我们主机厂降本压力越来越大，特别是我们到叶片厂家的压力特别大，叶片越来越轻，安全性越来越小，后续的成本越来越大，所以我们仍需业内专家共同深入探讨和研究。

谢谢大家！

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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