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(tǒng)分析師徐可就復雜山地低風速風電機組提質(zhì)增效整體解決方案發(fā)表主旨演講。
以下為演講內(nèi)容：
徐克：各位專家各位同仁，大家上午好，我今天向大家匯報的內(nèi)容是復雜山地低風速風電機組提質(zhì)增效的整體解決方案，今天的內(nèi)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(fā)還有現(xiàn)場項目以及后期的一些整體解決方案，最后再根據(jù)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(jù)我們80多年的經(jīng)驗，我們以電機作為核心，在電器、電機成套設(shè)備延伸了產(chǎn)業(yè)鏈，主要內(nèi)容涉及到電動輪的機械車，艦艇推進，軌道交通等一些內(nèi)容。
在2006年集團決定涉足風機制造產(chǎn)業(yè)，所以我們就直接選擇了直驅(qū)風力發(fā)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(zhàn)略，收購了荷蘭了達爾文和威維克設(shè)計公司，2010年科技部批準我們成立了海上的國家重點實驗室，最后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(jīng)過這十多年的發(fā)展我們業(yè)績不斷的攀升，注冊資本不斷升高，現(xiàn)在我們具有了2千套2兆瓦以上發(fā)電機組的產(chǎn)能。
我們科研團隊是一個國際化的科研團隊，我們是依托我們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(fā)中心，借助海上重點事實上平臺打造了我們重點研發(fā)團隊，我們風力發(fā)電機組一直是有一個相當于叫一脈相承，我們的技術(shù)引進是引進于荷蘭的一家公司，這家公司是國際上兩家最早做直驅(qū)風力發(fā)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），我們后期引進的這些技術(shù)包括合并達爾文的時候，我們技術(shù)路線是一脈相承的，從第一代到第二代到我們現(xiàn)在的第三代陸上產(chǎn)品，以及第四代海上風力發(fā)電產(chǎn)品，我們所有的結(jié)構(gòu)形式都是一脈相承。
我們目前具有5000臺以上2兆瓦級以上的直驅(qū)泳永磁風電機組運行業(yè)績，在很早的時候我們就實施了上山下海戰(zhàn)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(qū)以及西南部地區(qū)進行了裝機，低風速廠區(qū)不在少數(shù)，在這些項目里，我們總結(jié)了一些經(jīng)驗。這些經(jīng)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復雜，相對比較復雜的一個山地風電場，所以我們開發(fā)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(shè)計，第二就在工程實施，最后在現(xiàn)場進行最后的監(jiān)測和優(yōu)化。
我們再重新審視一下風能捕獲公式，這是很傳統(tǒng)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(jù)這個分類我們提出了兩項要求，第一項就叫高效節(jié)能可靠，第二就是環(huán)境適應性要強，在綠色區(qū)域就是機組本身運行的一個效率，我們要盡可能提升它的效能以及最后一項就是它的機組的自用電，這個是經(jīng)常人們忽略的一方面。第二方面就是一些環(huán)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，增加高風速的占比提升我們整體的收益。
通過這些我們對機組設(shè)計方案提出了以下幾點，第一我們的設(shè)計理念叫做少即是多，就是我們很簡單的直驅(qū)的結(jié)構(gòu)，第二我們高效的傳動鏈結(jié)構(gòu)，使我們整體效率不斷的提升，更加適應于低風速的風場，我們發(fā)電機在實測下4米的時候效率就有93.4%，這是同步發(fā)電機的測試。第三個我們采用了多維度一個設(shè)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，平臺化乃至定制化。
最后是一個自適應的智能控制，進行自學習自調(diào)節(jié)的過程控制，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臺，還有它的基礎(chǔ)的一些形勢的，也就是地質(zhì)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，還有小平臺吊裝，小平臺吊裝可以使我們選址的余地更大，還有一些單葉片的調(diào)轉(zhuǎn)技術(shù)，適應山地的風電場這種復雜地形。
第三方面也就是監(jiān)測優(yōu)化方面，包括了運行狀態(tài)的監(jiān)測，效能分析，廠址再優(yōu)化，以及收益和安全的一個平衡性。
基于以上三個方案，我們對現(xiàn)場進行了提質(zhì)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，常年云霧繚繞，風向變化很嚴重，首先我們對這個場址進行一個分析，在場址后續(xù)過程中我們還要注意環(huán)境對機組整個運行狀態(tài)的影響，下面這張動圖顯示是對環(huán)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范圍之內(nèi)，這個紅色線是公角的臨界狀態(tài)，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(qū)域，我們依據(jù)這個結(jié)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(qū)域，但是經(jīng)過我們評估，覺得可能是它這個模型數(shù)據(jù)不太準確，因為是一組數(shù)據(jù)不會差異有這么大，所以呢我們這次的改造還是針對于葉片的根部。
對于失速解決呢，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(fā)生器，同時呢我們對它進行一定的仿真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(shù)據(jù)。
第三就要進行現(xiàn)場的施工，包括施工方案的制訂，施工工程控制，在現(xiàn)場很多施工狀態(tài)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。最后就是對方案改造后運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，有數(shù)據(jù)分析以及現(xiàn)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云霧繚繞，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(fā)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(tǒng)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，由于結(jié)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(jié)冰以后不均勻，葉片是在顫振狀態(tài)，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(zhì)量產(chǎn)生嚴重不平衡，對整機產(chǎn)生了不良影響。
冰凍一個傳統(tǒng)解決方案，最簡單就是運行，發(fā)現(xiàn)結(jié)冰的時候就進行停機，一刀切的方式由于在西南部地區(qū)以及中南部地區(qū)現(xiàn)在不適用了，損失的電量非常之大，所以傳統(tǒng)的模式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在需要精細化管理要求，現(xiàn)在提出了一些替代方案，比如說葉片在結(jié)冰的時候?qū)ふ乙恍┫鄬Π踩倪\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(xù)運行，但是葉片還會運行在一個顫振的狀態(tài)，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(shù)。
首先我們在運行的時候，對整個機組的運行狀態(tài)進行一個監(jiān)控，會發(fā)生結(jié)冰的時候我們就提出一個預警，當預警報出之后我們進行一個防冰或者除冰，這是我們開發(fā)的冰凍預警系統(tǒng)，主要是三部分構(gòu)成，第一就是傳感器，塔架及數(shù)據(jù)傳出系統(tǒng)，第二就是預測系統(tǒng)的服務(wù)器，第三是軟件系統(tǒng)，它包括了一個氣象預測云平臺，風載排除模型，冰載模型和結(jié)冰預警模型，這是我們在一些結(jié)冰情況下的模擬以及實測的內(nèi)容，最后對于右下角這個圖就是實測結(jié)冰過程，以及厚度的一個估計。
預警系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)完畢了，我們又聯(lián)合了葉片場開發(fā)了一套氣熱除冰系統(tǒng)，因為是在役的風機嘛，如果再鋪設(shè)這種加熱層已經(jīng)不太顯示了，所以開發(fā)了一套氣熱除冰系統(tǒng)，這個系統(tǒng)主要包括了加熱系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，以及安全監(jiān)控系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)包括了鼓風機、加熱器、導熱管，控制系統(tǒng)包括了幾內(nèi)的控制系統(tǒng)以及遠程控制系統(tǒng)，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(tǒng)，我們還增加了其他的內(nèi)容，完成了一整套的抗冰凍的解決方案，包括智能識別，對環(huán)境以及特征以及風機狀態(tài)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(guī)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(jié)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(guī)定，完成一些智能設(shè)備無法完成的巡檢，最后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(nèi)容，謝謝大家。
（發(fā)言為現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)本人審核）
