超低风速王牌机型撬动超低风场开发

种种迹象显示，风电行业掀起的低风速开发热潮，给处在“寒冬”中的风电设备制造行业带来了难得的发展机遇。

然而，低风速风场开发也对风机技术和性能提出了极大的挑战。风电机组如何在低风速的资源条件下，获取更高的发电效率是摆在每一个风电设备制造商面前的重要课题。

在联合动力风电技术中心系统设计副总工程师董礼看来，为了适应低风速风电开发，风机需要更大的叶片和更优化的设计来捕获更多的风能，从而提高风机的发电效率。

为此，联合动力的技术研发团队从2012年初开始，用1年半的时间，开发出一款面向超低风速领域的王牌机型——UP1500-97。

作为超低风速领域的王牌机型，UP1500-97是目前国内同等功率机组中风轮直径最大、扫风面积最大的机组，叶轮直径达97 m，单位千瓦扫风面积超过4.8 m2。

跟常规的低风速风机相比，联合动力超大风轮风电机组在结构设计、控制系统、叶片设计等方面进行了大胆创新和突破，可以把风机适用风速降到5.5 m/s的超低风速，并且在平均风速越低的情况下，其发电能力相比其他机组更具优势。

“相比常规1.5 MW-93低风速机型，该风机的风轮扫风面积增加近8%，发电量增加近6%，相比常规1.5 MW-86机型，其扫风面积增加近25%，发电量增加15%以上。这使得占我国风资源30%的超低风速地区具备可开发价值。”董礼如是说。

实际上，超大风轮给UP1500-97机型带来其他低风速机组不可比拟优势的同时，也给风机的设计制造带来了极大挑战。“随着风轮直径变大，风机的载荷也会急剧增加。”在董礼眼里，如何克服超大风轮带来的比常规机组更大的载荷，是联合动力研发团队在设计制造过程中的最大挑战。

为此，联合动力研发团队从结构设计与控制技术上入手来解决这一难题。首先，通过叶片发电量、载荷、成本多目标优化设计技术，实现高效轻质叶片的自主开发。在叶片结构设计方面，其选用了新型高膜玻纤作为叶片主梁，使得该叶片在成本没有明显增加的前提下，比同类叶片重量减轻25%，抗极限载荷强度和疲劳载荷能力分别提高25%、45%。在传动链上，其也采取了各部件的优化策略，对轮毂、变桨轴承、齿轮箱等关键部件进行加强设计，降低故障率，提高可靠性。

同时，研发制造适合低风速地区的发电机，以提高发电机的效率也是联合动力研发团队面临的重要课题。“我们在宜兴拥有自己的发电机制造工厂，通过电磁设计以及改善散热系统等诸多设计改进，我们研发出适应低风速风场的发电机。”董礼表示，这也是在核心部件全产业链布局的战略下，联合动力拥有其他设备制造厂商不具备的核心优势。

除了在结构上进行优化加强设计之外，联合动力的研发团队在控制技术方面也下足了功夫。为了解决大风轮高载荷的问题，其采用了优化降载控制策略，通过采用急停载荷控制策略，显著降低停机中超大叶轮的推力载荷，避免过大振动产生；采用传动链、塔筒阻尼控制策略，通过转矩动态调整技术调节阻尼，减弱疲劳载荷；采用推力控制技术，显著降低极限持续阵风下对机组偏航和叶根产生的推力载荷。

更加值得一提的是，联合动力虽然在风机的结构设计和控制方面进行了调整和优化，但通过塔筒基础优化技术，相比常规1.5 MW机型丝毫没有增加塔筒的重量，因此也不会增加用户在塔筒上的基础投资成本。

日前，该机型样机已在天津某风场完成吊装与调试，目前运行稳定，各项指标均达到设计指标，值得一提的是样机表现的发电能力要远超出同类型86机型20%以上。2013年底该机型将实现批量化生产。同时，该机型在同类别机型中已率先通过中国船级社的设计评估认证，未来将成为联合动力1.5 MW系列机组的主力机型。

相信，UP1500-97机组的诞生，将进一步完善现有风电发展格局，凭借超大的扫风面积、卓越高效的性能，助推风电行业更为健康、全面的发展，使“小”风也有大作为。