某风电场1.5MW-82叶片增效技改效果评估

郭剑雄 宋洋 阎军

摘 要：早期投运的低风速风场由于风速预期不足或机组产品选型局限导致风场效益不够理想。本文简述了各种增效技术路线，尤其是目前已成熟应用的叶尖延长小翼增效技术，并重点介绍了某1.5MW-82风电场叶尖延长小翼增效技术的应用及效果。

关键词：叶片增效 叶尖延长小翼

1、叶片增效必要性及各种技术路线简述

1.1叶片增效必要性

针对目前实际风资源普遍低于设计风资源，较多风机由于风资源低于设计条件而导致出力严重不足，直接影响风场经济效益现状。采用叶片气动优化的方法提升风机出力，特别是低风速风电场的机组利用效率，大幅提升风电场运营的投入产出比，缩短风电场投资回收期。

1.2各种增效技术路线简述：

叶片增效技术包括：延长叶尖、叶根延长节、涡流发生器、格林襟翼以及主动流动控制、叶尖延长小翼等。

1）叶尖延长，即延长叶片做功的有效长度，增加出力，但显而易见的这种方法也增加了叶片本体特别是叶片根部的载荷，因此对叶片根部螺栓的强度校核是必不可少的。同时由于叶片的延长，叶尖处的线速度更快，因此对延长部分的粘接施工工艺要求相对严格，若粘接不良很容易造成叶尖飞出等事故。

2）叶根延长节，即在原叶片根部增加一段圆柱型的延长叶片，但叶根部分对气动毫无助益，这种方法实际是将叶片做功部分向外延伸，从而提升叶尖速比λ_opt。但叶根延长节本体强度要求较高，且对于一般的1.5MW机组，单支叶片重量增加超过1500kg，施工成本也非常高。

3）涡流发生器，即通过在叶片表面粘接涡流发生器，延缓在前缘附近分离流动的产生，改善风能利用系数Cp。理论计算这种方法能够实现约2%的机组发电量提升，但据实践效果通常只能实现1%左右的提升，性价比并不高。

4）格林襟翼，为了控制翼型后缘的流动情况，国内外在上世纪末就开始了格林襟翼在风电机组上的应用研究，且取得了一些成果，证明了加装格林襟翼叶片后缘表面流动减少分离，提高升阻比，提高机组的气动性能。但目前这种技术还处于实验当中，效果有待检验。

5）主动流动控制技术是近年来欧洲新研发出来的技术方法，主要是在叶根前缘位置增加一些通气孔，通过叶片内部的气泵主动吸入气流，从而减弱叶片附面层分离，提升Cp，但基于国内气候条件，沙尘或凝冻很容易阻塞气孔，导致效能下降，另外叶片在运行中旋转和振动对气泵的稳定性也是一种考验。

6）叶尖延长小翼技术，将原风机叶片尖部适度延长并加装特殊气动外型的小翼，在增加叶轮扫风面积的同时最大限度减少叶尖扰流的消极影响，提升叶片风能利用系数Cp，从而增加叶片的捕风能力，提高机组发电量。此技术应用源于航空领域的机翼翼梢小翼设计理念。

2、项目概况

该项目技改机组为某品牌1.5MW-82风力发电机组，整机设计风资源和现场实际风资源对比如下：

采用叶尖延长小翼技术技改机组19#及23#基本情况：

19#：近4年可利用小时数1368h，年均风速4.75m/s，可利用率99.76%。

23#：近4年可利用小时数1411h，年均风速4.85m/s，可利用率99.71%。

3、增效技改措施

本项目2台科技项目机组采取的增效技改措施如下：

1）叶尖加装小翼（0.6m，夹角约118°）

2）叶尖延长1.5m

技改时间：

23#机组：

技改开始时间2020年10月25日，技改完成时间2020年11月4日，机组恢复运行时间2020年11月4日。

19#机组：

技改开始时间2020年11月7日，技改完成时间2020年11月15日，机组恢复运行时间2020年11月15日。

技改后机组控制参数相应调整以发挥增效叶片的最佳性能。

安全性评估：

完成了机组原设计载荷和增效后基于项目资源的载荷计算及对比，结论为：机组叶根、变桨系统、轮毂中心、塔顶、塔底及基础等主要部位处极限载荷和疲劳载荷与原设计载荷基本相当或显著小于原设计载荷，因此机组的安全性符合标准要求，增效后净空满足GL规范要求。

完成了叶片结构校核报告，结论为：增效后叶片（包括叶尖延长小翼）结构强度及粘接强度均满足安全性要求。

4、效果评估

4.1评估方法

为评估增效技改对机组发电量的实际提升效果，选取一台技改机组于技改前开始进行激光雷达测风，并安装功率采集设备同步采集机组输出功率，与机组技改前的SCADA运行数据进行比较，分别统计拟合技改前后机组功率曲线，并对比折算年发电量，评估机组技改提升效果。

对于未开展激光雷达测风的机组（19#和23#），根据测风机组的风速传递函数，对技改机组SCADA风速修正，然后采用同样方法进行增效评估。

4.2雷达测试风机选取

参考相关标准，测试风机选取原则如下：

1）在风场边缘位于主风向上风向位置。

2）叶片不应有砂眼等缺陷。

3）风机其他部件完好，运行稳定可靠。

4）主風向上风向无明显障碍物。

根据机组选取原则、地形图、邻近风机及障碍物的要求，经过现场实地踏勘，确定17#机组可以作为测试风机。雷达安装于风机北偏西方向。

风机技改前叶轮直径为82.6m，技改后叶轮直径86.2m。轮毂高度65m，对激光雷达测风仪设置测试高度为：40m、45m、50m、55m、60m、65m、70m、75m、80m、85m、90m、100m。

4.3雷达测试数据

4.3.1数据采集