特定条件下风电机叶片选型的优化设计与应用

陈军

摘 要：在内陆风电场的开工建设过程中，复核实际风资源有时会比可研阶段降低，为了保证风电开发的效益，应采取有效手段，在降低工程造价的基础上，争取风电开发效益的最大化。文章以云阳风电场工程建设中风机叶片改型实例阐述了内陆风电建设应结合实际，把握风资源，及时灵活优化设计，保证开发风电的持续性。

关键词：风资源；叶片改型；发电效益

前言

风电作为清洁的可再生能源，在我国能源布局中占有重要的地位，是我国节能减排的主力军。随着我国风电发展建设的高潮，弃风限电、产能过剩、利润下滑等一系列纷至沓来的问题日趋凸显了内陆风电场的特点和风险，其中包括部分内陆风场建成后实际等效发电小时数远低于设计值，造成企业亏损严重，极大挫伤风电开发的积极性。

云阳风电场项目在2012年开始开发，2013年下半年工程实质开工。从风机定标到开工建设的近两年来，工程建设人员与风机厂家经实际测风和复核，发现微观选址后部分机位相对可研风速降低，但2013年底云阳项目所需安装的WT2000/93风机机型的基础已全部浇筑完成。鉴此，工程建设单位决定根据风资源的实际情况配置更优的同机型风电机组，达到提高发电效益目的。

经与项目勘测设计研究院沟通，在现有工况和现场条件下，首先对叶片选型变更方案的可行性、安全性和经济性进行复核论证，并且对同型号风机100叶片在基础、机位、塔筒设备不变的情况下进行机型的适应性的复核论证工作。文章比选机型为WT2000/93型风电机组与WT2000/100型风电机组。

1 风资源情况介绍

依据云阳风电场项目勘测设计院提供的风能资源报告得知风资源数据如下：

（1）空气密度：风电场现场空气密度1.196kg/m3。

（2）湍流强度：场区50m高度以上的湍流强度在0.1103～0.01210之间，属于中等水平；平均风速为15m/s时，湍流强度在0.0813～0.0891之间，低于IECC类（0.12）。

（3）50年一遇最大风速：本地区轮毂高度50年一遇最大风速在标准空气密度下为35.0～37.1m/s。

（4）两年后经测风复核，所安装机位（80m轮毂高度）的年平均风速：测风塔由可研阶段测量的6.9米降低为6.6米，其中变化较大的7台机位可研阶段测量结果由平均6.42米降低到平均6.157米。

2 比选机型技术特性参数

WT2000/93型风电机组：单机容量为2000kW，轮毂高度为80m，转轮直径为93m，功率调节为变桨变速，切入风速3m/s，切出风速20m/s；WT2000/100型风电机组单机容量为2000kW，轮毂高度为80m，转轮直径为100m，功率调节为变桨变速，切入风速3m/s，切出风速20m/s，湍流强度I15（15m/s）为0.16。

3 比选机型推力系数（现场空气密度1.196kg/m3）参见表1。

由上述可知，在云阳风电场湍流较小、极大风速可控的条件下，云阳风电场的风资源适用于100风轮直径的同机型风电机组。

4 技术经济比较

不同机型各机位的尾流影响折减系数均未超过10%。WT2000/100机型设计年平均风速为6.5m/s，各机位均满足要求。且WT2000/100机型平均每台年上网电量比WT2000/93增加42万千瓦时，等效满负荷年利用小时数增加209h，增幅约12%。

5 载荷验证及安装场地说明

本机型载荷采用包络式载荷设计，即不同叶片不同工况下载荷计算比较，设计值取其大者，经进行现场工况下的校核计算，校核结果满足云阳项目现场的工况要求。由于比选机型的塔筒设备的配置完全一致，且两机型轮毂高度均为80m，安装时起吊高度要求一致，安装场地要求基本不变。

6 结束语

经过从叶片选型变更方案的可行性、安全性和经济性多方面论证，综合考虑风电机组的发电量及投资，将WT2000/93更换为WT2000/100，年上网电量增加约12%，而单位千瓦静态投资的增幅约1.9%。无论从发电效率，还是从经济性角度看，WT2000/100均优于WT2000/93，风资源利用效果显著改善，同时可以有效降低工程造价，为推动风电有效开发、可持续发展提供成功的借鉴案例。