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风电机组降载增效关键技术自主创新与产业化
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  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    TK831
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目属于自动控制、空气动力学、机械设计等学科在风电领域的融合交叉应用。 为实现能源安全、减少环境污染,国家大力推动风电发展,在《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中明确指出中国将于2020年实现风电火电同价目标,风电整机制造行业面临严峻挑战,大力开展降载增效等创新技术研究并实现产业化应用是降低风力发电度电成本的必由之路。 课题组依托国家“973”及企业内部立项联合攻关风电机组降载增效关键技术,在高效低载专用翼型设计、叶片一体化设计及模具制造、高风速段降载控制和低风速段增效控制方面进行了自主创新,研发出完整的叶片一体化优化设计方法和先进的稳定变桨控制策略。 该项目技术创新成果丰硕,取得发明专利38项,实用新型专利85项、软件著作权14项,发表SCI/EI论文10篇,编写《双馈式变速恒频风力发电机组》《台风型风力发电机组》等国家标准8项,主要技术创新点如下: 1)自主创新研发了适合中国风资源特征且具有高度几何相容性的高效低载叶片专用翼型族。 采用优化算法耦合计算流体力学方法,以翼型的升阻比、失速特性、前缘粗糙敏感度等综合性能为目标,考虑翼型前缘半径、相对厚度、弯度等多重几何约束,自主创新研发了具有高升力系数、高升阻比、平缓失速特性、低粗糙度敏感性的叶片专用翼型族,实现增效3%,结构减重约5%,疲劳载荷降低约10%。 2)行业率先开发了基于整机最优度电成本的叶片“气动-结构-载荷”一体化优化设计平台。 融合了叶片气动设计-结构设计-载荷评估等技术成果,以风电机组度电成本最优为目标,综合应用智能优化算法,在行业内率先建立了叶片“气动-结构-载荷”综合优化设计平台。提出了一种可生产系列化叶片的分段模具技术,模具成本降低30%,叶片投产效率提高50%。 3)引领采用基于推力削减和智能停机的变桨控制技术攻克机组降载难题。 为了解决机组高风速段运行时载荷突变的技术难题,自主研发了基于桨距角预先补偿的推力削减控制技术,特别是针对单叶片卡桨等典型故障工况,研发了基于阶段性变桨的智能停机技术,攻克了因快速变桨而带来极限载荷突升的行业降载难题,降低疲劳载荷约2%、极限载荷约10%。 4)自主研发了基于最优桨距角跟踪和冰载优化运行的最大风能捕获控制技术突破风机增效瓶颈。 为了实现机组发电能效的有效提升,自主研发了基于桨距角自动微调的最优桨距角跟踪技术,解决了低风速段固定桨距角效率下降的问题;尤其在冰载运行工况下,自主研发了基于桨距角约束的冰载优化运行技术,机组能效提升1.5-3%。 上述技术创新成果已全面应用于1.5MW、2MW、3MW、6MW系列风电机组,引领了风电整机制造业的发展,累计推广应用190个风场4766台机组,总装机容量8581.6兆瓦,在南非完成了245MW中国海外最大的单体风电项目,在西藏创造了世界海拔最高4700米的工程项目,整机销售产值250.7亿元。
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