风电机组叶片增效小翼技改技术应用

风电机组叶片增效小翼技改技术应用

杨小岗

大唐贵州昌平坳风电开发有限责任公司

摘要：随着能源需求的不断增长，可再生能源在能源结构中的地位日益突出。风能作为绿色、清洁的可再生能源，具有巨大的开发潜力。提高风电机组效能，降低成本，对于推动风能产业的发展具有重要意义。本文分析了风电机组叶片增效小翼技改技术的优势，其能够提高能量转换效率、增加风能利用率、提高企业盈利能力。并且分析优化翼型设计、使用高性能材料、多种制备工艺相结合的增效小翼技改技术，能够为提高风电场风能捕获率提供借鉴意义。

关键词：风电机组；叶片增效；小翼技改；应用

引言：风能作为一种绿色、清洁的可再生能源，具有巨大的开发潜力。风电机组作为清洁能源的代表，已经在全球范围内得到广泛应用。为了使风电机组叶片更好的吸收风能，提高风电机组发电量，提升企业盈利水平。因此，风电机组叶片的增效小翼技改技术应运而生，通过风电机组叶片增效小翼技改技术的应用，能够提高风电机组的效能，对于推动风电新技术产业的发展具有重要意义。

1.风电机组叶片增效小翼技改技术的优势

1.1提高能量转换效率

通过增效小翼技改，风电机组的叶片能够更有效地转换风能为电能。具体来说，叶片加长可以增加叶片的受风面积，提高叶片的扫风速度，从而增加风能捕获量[1]。优化翼型设计可以使叶片在相同的风速下产生更大的升力，进一步提高能量转换效率。使用高性能材料可以保证新增叶片机械强度和耐候性能，保证叶片在长期运行中的稳定性和耐久性。增加阻尼装置可以减少叶片振动和机械损耗，提高能量转换效率。

1.2增加风能利用率

风能利用率对于风电机组的发电量有着重要影响。通过增效小翼技改，可以提高风电机组对风的利用率。通过技改在叶尖安装小翼可以提高风电机组叶片在各种风速下都能达到最佳的捕风效果。对原叶片的气动外形进行优化和修改，形成新的气动外形，减小叶尖扰流损失、增大叶片风能利用系数，提高叶片的捕风能力，进一步提高风能利用率。

1.3提升发电量

通过增加风电机组的叶片长度，增加其增加扫掠面积，提升风能系数。从而是提升发电量。在应用风电机组叶片增效小翼技改技术之后，可为定桨距机组提高发电量约15%，变桨距机组提高发电量约5%～15%。在确保整机、基础和各零部件安全的前提下，有效提高机组发电量，进而提高机组的经济效益。

2.风电机组叶片增效小翼技改技术的应用

2.1 优化翼型设计

在风电机组叶片增效技小翼改技术中，可以通过改进叶片的翼型设计，实现提高叶片的升力和阻力性能，从而增加风能捕获量的增效要求[2]。在对叶片翼型进行优化设计时，需要考虑气动性能、结构强度和稳定性等因素。例如，可以使用L型叶尖小翼技术，该技术主要来源于航空航天领域，美国国家航天局于20世纪70年代首次提出，并且通过实践证明，在使用的过程中能够有效降低飞机飞行阻力。在该技术上研究设计的过程中，需要综合考虑不同风电场的实际情况以及机组特性，并且利用流体数值模拟软件Fluent对原有风电机组叶片进行气动性能模拟，根据模拟结果以及航空领域成熟的小翼设计方法进行设计，以此来形成新的气动外形，减小叶尖扰流损失、增大叶片风能利用系数，提高叶片的捕风能力。在设计该结构时，需要确保其安全性能，主要包括叶片载荷及强度、各连接结构强度（含螺栓）、叶片频率、整机各大结构件载荷及强度、变桨机构扭矩及强度、轴承载荷及强度等。

图1 L型叶尖小翼内部结构图

如图所示，在该L型叶尖小翼设计过程中，内部设计有小翼腹板、黏结角、黏结环等结构，此类结构能够在很大程度上增加小翼的抗疲劳性能以及强度。并且在此次设计过程中，对小翼与原叶片搭接宽度进行延长，延长范围在1.0m-1.2m之间，通过该方法最大程度提高了小翼的粘接强度。

2.2使用高性能材料

在风电机工作过程中，叶片的重量以及强度、抗疲劳性等都会影响到风电机的使用效率[3]。因此在对风电机组叶片进行增效小翼技改的过程中，可以使用碳纤维、玻璃纤维等高性能增强材料，代替传统的玻璃钢或木材；可以选择高强度、高模量的树脂材料，能够提高叶片的抗拉强度和弯曲性能；在叶片表面覆盖一层耐候涂层，以抵抗紫外线和水分子的侵蚀，延长叶片的使用寿命。因此，在对风电机组叶片进行增效小翼技改的过程中，使用轻量化、高强度和高耐候性能的材料是非常重要的。这些材料可以减轻叶片重量，提高其机械强度和耐候性能，延长使用寿命。通过采用这些材料和措施，可以显著提高风电机组叶片的性能和质量，降低度电成本，同时也有助于减少对环境的影响。

同样以上述L型叶尖小翼结构为例，在小翼内部包括单向布、双向布和三向布，玻纤布均匀层以及PS面和SS面各铺设7层玻纤布，实现对小翼强度和抗疲劳性能进一步加强。另外，在主体结构材质方面，可以考虑采用更多种类的材质来制作风电机组叶片。例如，树脂、玻璃纤维、胶黏剂、PVC芯材等等，这些材质在国内风电机组叶片生产行业已经被广泛应用。采用这些材质不仅能提高叶片的物理性能，还能延长叶片的使用寿命，对于叶片性能的提升起到了重要的作用。

2.3多种制备工艺相结合

制备工艺对于风电机组叶片的性能以及增效降本有着极大的影响，正确的制备工艺可以提高叶片的质量和性能，减少生产成本和维护费用。目前常用的叶片制备工艺主要为真空辅助管灌注工艺与手糊两种。在实际生产过程中，需要根据风电机组叶片的主体生产要求、生产规模和可用资源对于风电机组叶片的增效小翼技改，通常需要根据叶片的形状、尺寸和性能要求来选择合适的工艺。同时，考虑到生产效率、成本和环境影响等因素，选择合适的工艺也是至关重要的。在常用的加工工艺中，真空辅助管灌注工艺可以获得较高的树脂充填速度，减少空气的混入，提高产品质量。同时，可以通过真空压力控制树脂的流动，实现对复杂形状的精确充填。该工艺较为适用于生产大型、复杂形状的复合材料制品。而手糊工艺可以灵活地适应各种复杂形状，包括曲面和夹角。同时，可以使用各种纤维和树脂类型，以满足特定的性能要求。在生产L型叶尖小翼叶片过程中，可以结合两种制备工艺的优点，在确保叶片质量的前提下，能够快速提高生产效率，并且叶片性能能够满足相关使用需求。

结语：总之，风电机组叶片增效小翼技改技术的应用，可以提高风电机组的发电效率，增加发电量，为企业创造更大的收益，减少环境污染，实现可持续发展。然而，这也需要大量的研究和实验，以及根据具体情况选择合适的技术。相信随着科技的不断发展，风电机组叶片增效小翼技改技术将会得到更广泛的应用，为清洁能源的发展做出更大的贡献。

参考文献：

[1]朱继新,王绍奎,张继全等.高原山地低能效风电场风电机组叶片气动性能优化研究与运用[J].中国设备工程,2022(S2):142-145.

[2]余文博.“平价时代”的海上风电降本增效技术研究[J].上海节能,2022(04):468-475.

[3]韩常仲.浅析大型风电场发电运行提质增效技术[J].中国设备工程,2021(08):202-205.

[4]风力发电机组风轮叶片JB/T10194-2000;

[5]玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法GB/T1447-2005;

[6]玻璃纤维增强塑料弯曲性能试验方法GB/T1449-2005;

[7]纤维增强塑料密度和相对密度试验方法GB/T1463-2005:

[8]纤维增强塑料树脂不可溶分含量试验方法GB/T2576-2005:6.玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法GB/T2577-2005:

[9]风力发电场安全规程DLT796-2012