各位領導、各位專家，各位同行大家上午好，先做個自我介紹，我是劉偉超，來自國電聯合動力。那么現在在公司主要負責葉片的研發工作，今天也是非常榮幸再次有機會站在這兒為大家分享一下我們這個團隊在過去的一年時間所做的葉片相關的一些工作。
我今天的題目是風機葉片葉尖延長增功技術。在切入正題我想多說幾句，因為我去年在這個舞臺上做過一個報告是關于葉片的設計理念和設計方法的。做完之后反響還不錯，很多行業專家會后過來找我交流，但是第一句話就是說你們聯合動力自己還做葉片還設計葉片？所以暴露出來一個問題，我們這個宣傳力度貌似不是特別夠，所以我今天演講之前想插一個小廣告為我們的葉片，主要想先從這么幾個方面說一下聯合動力我們的葉片。第一個產能，第二個工具，主要是設計和研發工具，第三個是我們的設計理念，最后是我們所形成的一些關于葉片的優勢，快速的過一下。
第一，產能。現在我們聯合動力有三個生產基地，分別在河北保定、連云港和赤峰。這三各級地每年的產能保定400套，連云港350套，赤峰300套，三個基地加在一起大概每年在1050套左右的產能。這么大的一個產能從我們2007年開始做葉片，我們到底做了哪些葉片產品？其次想說一下這些年做的產品譜系。這個表格從1.5-2-3-6兆瓦，我們大概有15款產品，除了最早期的1.5兆瓦采用的是技術引進的方式，剩下10余款葉片都是我們這個團隊完全的自主研發設計的。在2016年包括到現在，我們也正在做兩款2兆瓦和3兆瓦低風速大葉片是我們正在進行的工作。這是我們的產品譜系15款。
第二，工具。分兩塊，氣動設計工具，主要有四款，是以軟件為主的。X-foil是二維運行氣動性能軟件，都是來源于風動測試的數據，我們用這個軟件做二維一些細小的迭代優化來做的。Aero-UPBlade，這是我們第一款計算葉片氣動性能和載荷軟件，也是整個軟件體系里面很重要的部分。第三是Fluent，我們用它評估一些非典型的氣動組件的性能。第四個是Catia，是一款三維造型軟件，就是氣動外形有了設計以后，需要一些造型軟件做一個3D的模型，這個模型最早用在航空航天領域比較多，現在我們把它用在風機葉片造型上，我們認為是現在功能最強大，精度最高的一款三維造型軟件。這是氣動設計我們用到的一些主要的工具。
結構也大概有四款，一是Bladed，我們其實嚴格意義上不能算是結構設計工具，它是計算結果的結構設計輸入，我們用它來計算葉片和整機的極限和疲勞載荷。二是Focus 6，這是ECN開發的一個全世界現在比較流行的葉片結構效何的軟件，應用的是工程算法，速度非?？?，所以我們用Focus做結構的概念設計。三是Heperworks，是網絡劃分工具，四是Abaqus，是做詳細葉片的載荷設計。
第三，理念。從2007年開始我們自主設計葉片到今天我們的設計理念大概有五代的更新，從一開始第一代我們單純的追求葉片的CP最高，到現在我們自主研發設計了多目標葉片設計優化平臺，也就是這張PPT里面最上面的這樣一個平臺，這個是我們實際工作的一個范例。這個平臺有三個要素，一是變量，二是目標，三是約束條件。變量包含很多，但主要分幾類，一類是氣動設計變量，二是結構設計變量，三是工藝信息。目標我們現在主要把目標設定為一是發電量最高，二是載荷最小，三是葉片重量最精。三塊是約束條件，主要是提高限定一些門檻，提高整個運行的效率。最后我們使用一個優化驅動的模塊，這個模塊里面套了一些非常先進的遺傳優化算法，來驅動整個三個要素做我的葉片自動巡優的設計，這是我們現在葉片的一個理念，綜合一句話就是我們現在葉片的設計理念是我們要在葉片的成本、載荷，就是整機匹配性，還有葉片發電表現之間尋求一個平衡點，沒有最好的，只有更好的，是一個平衡的尋求，這個是我們的設計理念。
做了這么多產品，有這樣的設計理念以后，我們到底有哪些優勢？我們選取了一款2兆瓦115級別的，我們自己設計的葉片和市場同類產品做了一個比較?？赡芸吹轿覀兊陌l電量0.37%的超出，重量會輕到10%，葉根極限載荷和疲勞載荷也有一定程度的降低，這就是我們這些年做的一些工作和一些小的成績、成果。這個是廣告時間，下面切入正題，葉尖延長增功技術。
我想從五個方面來介紹一下這項技術，或者是我們做的這個項目。一是背景、二是方案、三是關鍵技術、四是樣機，五是總結。
背景。想說兩個問題，一是我們的目的，就是我們為什么要做這件事。二是我們為什么要選用這樣的技術路線來做這件事。目的很簡單是兩方面，一是搶占運維市場，二是降低風場整機的LCOE。搶占運維市場非常好理解，昨天論壇環節的嘉賓也談到現在中國整個裝機并網的風電發電機組總量非常大，大概1.6億千瓦這樣的級別，如果以2兆瓦單臺容量來算，也有大概8萬臺這樣的一個后市場，這個是非常非常大的。我們聯合動力作為一家整機制造型企業，這些年也逐漸從制造企業到制造服務企業的轉型，所以我們當然不會放棄這樣一個龐大的后市場。二是我講到叫降低風場LCOE，這個是為了第一個目的做支撐的。簡單說一下LCOE，簡單說一點就是平準化的度電成本，它有一個非常復雜的計算公式，它等于我的成本除以風場全生命周期的發電量總合，而成本就是分子部分包含三個主要部分，一是設備成本，就是我們做的風機，二是安裝和運輸的成本，三是運維成本，這三部分大概是3、1、3的比例。所以我們做這項技術的目的是降低LCOE，通過這個公式可以發現有兩個途徑，一是把分母增加，二是把分子也就是成本下降。葉尖延長正是把通過增加風場在全生命周期內的發電表現、發電量來降低LCOE的，這是我們做葉尖延長技術兩個非常重要的目的。現狀方面大概列了4種葉片技術，一是渦流發生器、擾流器、翼刀、葉尖延長。那么其中前三種它的原理是類似的，都是一種葉片表面流長的流動控制的技術，它們對發電量的提升在5%-1.5%之間，其中渦流發生器在0.5-1.5之間。擾流器和翼刀，我們的評估和計算差一些，在0.5%以下，其中效果最好的就是葉尖延長，如果說按照兆瓦級的機組，單只葉片延長1米來計算，我們相信它在2%以上的發電量提升是沒有任何問題的。這也是我們要選擇這個技術路線做葉片延長增功的一個最根本的原因，當然后面還有一些成本的考慮，會在后面提到。
方案。其實原理很簡單，就是我們在載運機組上面加一個延長的成套，起到增加掃風面積和風機的風能捕獲總量的目的，右側這個圖片其中灰色的部分是我們原始的葉片，綠色的部分是我們加到延長的襯套，這個是效果圖先給大家展示一下。第二個就是我們通過這樣的方案，氣動外形的一些參數必然會有一些變化，比如說弦長，扭角、相對厚度、絕對厚度，這里面有一組圖片，讓大家直觀感受一下沿著葉片展向這些參數有哪些調整和變化。第一張圖片是葉片的弦長分布，可以看到在延長段之前兩條線合的非常好，在延長段到葉尖之間是有一個過渡和延伸，同樣的規律也存在在葉片扭角分布里面，在相對厚度分布里面，在預彎里面。再把這四張圖放在一起，有兩點需要說一下，一是通過這樣的方式延長以后，我們的外形是和原始葉片有一個平滑的過渡，這樣的好處是可以保證排除掉因為形狀突變引起一些應力集中的問題，二是排除掉安裝的干涉問題。第二點我們在葉片延長段，不管是1米也好，2米也好，應用了我們剛才提到的設計理念和設計工序，對葉片延長段的外形做了詳細氣動外型的優化，保證在有限的延長長度的前提下發電量增加最多。應用這樣的方案，我們UPBlade機組延長了84風輪直徑增加了2米，以后我們做了理論上的發電量的評估，可以看到風場年均峰在8米到5.5米之間發電量提升了2.2個百分點到3.9個百分點之間。
關鍵技術。說了這么多我們做的這個項目，大家都覺得可能原理上很簡單，但是實際做下來確實會碰到一些非常關鍵的具體的問題。關鍵技術有哪些？介紹一下。第一個就是氣動外形設計技術，這個也是應用了我們這些年來總結的一些經驗，在葉片延長段這邊做了一個氣動外形的優化，保證發電量性能的提升。這個不再重復說了，氣動外形很重要。載荷計算和安全性能的評估，我們做了葉片和整機的全工況的疲勞載荷和極限載荷的計算，應用計算結果對葉片的強度和整機關鍵部件的強度做了校核。整機關鍵部件包括哪些，葉片不說肯定要做，另外就是輪轂、主軸、機架、偏航，這幾大部件我們都做了嚴格的校核，校核下來UP82機組到84機組這個運行是沒有問題的，保證了運行的安全性，這是前提。剛才有提到夜間延長的襯道是通過粘接的形式裝配到原始葉片上的，所以粘接就成了非常關鍵的一個點。我們也是圍繞這個問題做了很多工作，一是理論層面上我們使用了有限元強度分析，對粘接位置的機械強度做了校核。第二個我們做了地面形勢實際的測試，做了最大最小葉片擺正、粘接、展向五個方向的測試，也證明我們的粘接強度非常安全，而且安全系數還非常高。既然這項技術定位為載運機組的改造，無疑在線的安裝工藝會成為一個關鍵問題，這就直接決定了我的安裝效率、安裝成本，包括人員的設備成本，也直接決定了我這個項目能否順利的推向運維后市場。所以第三點關鍵技術我想提一下，我們圍繞安裝工藝方面也做了很多工作，比如說幻燈片最左側我們設計了專門的定位和安裝的工裝，最右側這個圖片是我們對工裝夾持夜間襯套在現場裝配的效果圖。大家別看這些工作非常的細小，但是我認為它對于這項技術的推向市場是起到非常非常關鍵的作用。關鍵技術剛才我講了四點，氣動外形設計、載荷計算安全性評估、粘接強度校核、安裝工藝，這個是關鍵技術部分。
樣機。我們這項技術在去年的9、10月份的時候已經有一臺樣機成功的改造完成，并且到現在來說已經運行了半年多的時間這樣情況。這組圖片是我們的工程師和工人師傅在現場實際操作的圖片，左上角是我們通過特殊的改造設計的核心吊蘭，左下角是我們的安裝定位還有加熱的一個夾距，中間靠下這個圖片是我們完成葉片延長改造以后的效果圖。大家看到基本上外形是非常非常平滑的，基本上看不出來你做了任何的改造和調整，效果非常好，這是表面的效果。實際的能力是什么樣的？我們對改造以后的機組和改造之前在發電表現上做了一個非常嚴謹和詳細的評估。我們可以看到紅色的功率曲線是我葉片改造以后的表現，藍色的功率曲線是我這臺機組在改造之前的表現，有一個放大圖呈現給大家。我們還是要用數據說話，半年累積下來的數據實際測下來，我們的年發電量提升在2.4%，這個和我們的理論計算是非常吻合的。
總結。我覺得可以概括成四點：一是我覺得通過我們這么多的工作能夠保證它的非常強的安全性，包括整機和葉片。二是發電量提升的效果很明顯，剛才也提到有2.4個百分點的提升。三是施工的便捷，我們在樣機的階段會多花一些時間，但我們今年在批量的目標是大概一天一只這個水平，希望5天能夠改造一個機組，因為還有一些其他的工作要做。最后一個是投入少，我們的詳細的成本核算有，但是不方便今天展示給大家，所以我只能說這項技術的投入在2.5年到3年之間是可以幫業主收回來的，有利于發電量的提升。這是我今天的報告，風機葉片葉尖延長技術，謝謝大家！
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