某風電場1.5MW-82葉片增效技改效果評估

郭劍雄 宋洋 閻軍

摘 要：早期投運的低風速風場由于風速預期不足或機組產品選型局限導致風場效益不夠理想。本文簡述了各種增效技術路線，尤其是目前已成熟應用的葉尖延長小翼增效技術，并重點介紹了某1.5MW-82風電場葉尖延長小翼增效技術的應用及效果。

關鍵詞：葉片增效 葉尖延長小翼

1、葉片增效必要性及各種技術路線簡述

1.1葉片增效必要性

針對目前實際風資源普遍低于設計風資源，較多風機由于風資源低于設計條件而導致出力嚴重不足，直接影響風場經濟效益現狀。采用葉片氣動優化的方法提升風機出力，特別是低風速風電場的機組利用效率，大幅提升風電場運營的投入產出比，縮短風電場投資回收期。

1.2各種增效技術路線簡述：

葉片增效技術包括：延長葉尖、葉根延長節、渦流發生器、格林襟翼以及主動流動控制、葉尖延長小翼等。

1）葉尖延長，即延長葉片做功的有效長度，增加出力，但顯而易見的這種方法也增加了葉片本體特別是葉片根部的載荷，因此對葉片根部螺栓的強度校核是必不可少的。同時由于葉片的延長，葉尖處的線速度更快，因此對延長部分的粘接施工工藝要求相對嚴格，若粘接不良很容易造成葉尖飛出等事故。

2）葉根延長節，即在原葉片根部增加一段圓柱型的延長葉片，但葉根部分對氣動毫無助益，這種方法實際是將葉片做功部分向外延伸，從而提升葉尖速比λ_opt。但葉根延長節本體強度要求較高，且對于一般的1.5MW機組，單支葉片重量增加超過1500kg，施工成本也非常高。

3）渦流發生器，即通過在葉片表面粘接渦流發生器，延緩在前緣附近分離流動的產生，改善風能利用系數Cp。理論計算這種方法能夠實現約2%的機組發電量提升，但據實踐效果通常只能實現1%左右的提升，性價比并不高。

4）格林襟翼，為了控制翼型后緣的流動情況，國內外在上世紀末就開始了格林襟翼在風電機組上的應用研究，且取得了一些成果，證明了加裝格林襟翼葉片后緣表面流動減少分離，提高升阻比，提高機組的氣動性能。但目前這種技術還處于實驗當中，效果有待檢驗。

5）主動流動控制技術是近年來歐洲新研發出來的技術方法，主要是在葉根前緣位置增加一些通氣孔，通過葉片內部的氣泵主動吸入氣流，從而減弱葉片附面層分離，提升Cp，但基于國內氣候條件，沙塵或凝凍很容易阻塞氣孔，導致效能下降，另外葉片在運行中旋轉和振動對氣泵的穩定性也是一種考驗。

6）葉尖延長小翼技術，將原風機葉片尖部適度延長并加裝特殊氣動外型的小翼，在增加葉輪掃風面積的同時最大限度減少葉尖擾流的消極影響，提升葉片風能利用系數Cp，從而增加葉片的捕風能力，提高機組發電量。此技術應用源于航空領域的機翼翼梢小翼設計理念。

2、項目概況

該項目技改機組為某品牌1.5MW-82風力發電機組，整機設計風資源和現場實際風資源對比如下：

采用葉尖延長小翼技術技改機組19#及23#基本情況：

19#：近4年可利用小時數1368h，年均風速4.75m/s，可利用率99.76%。

23#：近4年可利用小時數1411h，年均風速4.85m/s，可利用率99.71%。

3、增效技改措施

本項目2臺科技項目機組采取的增效技改措施如下：

1）葉尖加裝小翼（0.6m，夾角約118°）

2）葉尖延長1.5m

技改時間：

23#機組：

技改開始時間2020年10月25日，技改完成時間2020年11月4日，機組恢復運行時間2020年11月4日。

19#機組：

技改開始時間2020年11月7日，技改完成時間2020年11月15日，機組恢復運行時間2020年11月15日。

技改后機組控制參數相應調整以發揮增效葉片的最佳性能。

安全性評估：

完成了機組原設計載荷和增效后基于項目資源的載荷計算及對比，結論為：機組葉根、變槳系統、輪轂中心、塔頂、塔底及基礎等主要部位處極限載荷和疲勞載荷與原設計載荷基本相當或顯著小于原設計載荷，因此機組的安全性符合標準要求，增效后凈空滿足GL規范要求。

完成了葉片結構校核報告，結論為：增效后葉片（包括葉尖延長小翼）結構強度及粘接強度均滿足安全性要求。

4、效果評估

4.1評估方法

為評估增效技改對機組發電量的實際提升效果，選取一臺技改機組于技改前開始進行激光雷達測風，并安裝功率采集設備同步采集機組輸出功率，與機組技改前的SCADA運行數據進行比較，分別統計擬合技改前后機組功率曲線，并對比折算年發電量，評估機組技改提升效果。

對于未開展激光雷達測風的機組（19#和23#），根據測風機組的風速傳遞函數，對技改機組SCADA風速修正，然后采用同樣方法進行增效評估。

4.2雷達測試風機選取

參考相關標準，測試風機選取原則如下：

1）在風場邊緣位于主風向上風向位置。

2）葉片不應有砂眼等缺陷。

3）風機其他部件完好，運行穩定可靠。

4）主風向上風向無明顯障礙物。

根據機組選取原則、地形圖、鄰近風機及障礙物的要求，經過現場實地踏勘，確定17#機組可以作為測試風機。雷達安裝于風機北偏西方向。

風機技改前葉輪直徑為82.6m，技改后葉輪直徑86.2m。輪轂高度65m，對激光雷達測風儀設置測試高度為：40m、45m、50m、55m、60m、65m、70m、75m、80m、85m、90m、100m。

4.3雷達測試數據

4.3.1數據采集