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第八届中国（上海）国际风能展览会暨研讨会

第八届中国（上海）国际风能展览会暨研讨会

  • 召开年：2014
  • 召开地：上海
  • 出版时间： 2014-04-08

主办单位：中国可再生能源学会风能专业委员会;中国电机工程学会可再生能源发电专业委员会;中国农机工业协会风能设备分会

会议文集：第八届中国（上海）国际风能展览会暨研讨会论文集

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  • 摘要：风能作为目前发展最快的可再生资源,正得到大规模的开发利用.国内外小型风力发电机组技术也得到长足的进步.本文综述了小型发电机组的类型、性能和技术特点.rn 风力发电机组的设计是每个子系统的设计过程，更是各个子系统相互平衡的过程。风力机的各个子系统很难同时达到最优设计，这就需要权衡各参数，使风力机整机系统达到最优。低成本、高可靠性、最优系统是风力发电机组设计的关键，也是研究、设计的难点和重点。rn 根据风力机总体参数和概念设计，对叶片进行气动设计和结构设计分析;对发电机进行磁路设计和结构设计;在完成后对整机机组进行初步整机载荷仿真。根据仿真结果分析各部件，完成部件分析后出具初步的BOM表和主要部件的技术规范。并与生产厂家共同对所有材料属性和加工工艺性进行分析。本文阐述了一种确定风力机总体参数的设计方法，分析了最优叶尖速比，额定风速与年发电量的关系。分别阐述了叶片设计、发电机设计、载荷计算、试验验证的方法和过程。重点介绍了在风机设计过程中需要用到的方法、思路和标准所缺的要求。提出了一种新的小型风机的设计过程及思路，为小型风力发电机组的研发提供参考，有一定的工程应用价值。
  • 摘要：叶片是风力发电机中最基础和关键部件，对风力机组的发电效率、运行安全起着至关重要的作用，其良好的设计、稳定的质量和优越的性能是保证机组正常运行的重要因素。叶片在工作中要承受风载荷、砂粒冲刷、紫外线照射、盐雾腐蚀等外界因素的作用，要求叶片具有比重轻、最佳的疲劳性能和机械性能，能经受极端恶劣条件和随机负荷的考验，具有良好的耐紫外线性能、耐腐蚀性能和良好的稳定性。叶片材料的选择是叶片设计的关键，优良的材料是风力机叶片具有优良特性的重要保证。现今国内风电行业形势严峻，市场竞争激烈，同时叶片向大型化方向发展，使得替代材料的选择和先进材料的开发显得尤为重要。国内目前尚未有特定的标准和评定方法，结合国内外叶片材料的要求以及实际生产要求，主要从基体材料、增强材料、胶粘剂和芯材等几方面对叶片材料进行了分析，提出选材的相关要求和方法。本文主要介绍风力机复合材料叶片用基体材料、增强材料、胶粘剂和芯材的选材要求以及评定方法,为现有材料的替代和新型材料的选择,寻求综合性能优异的材料提供参考,以满足叶片低成本、轻量化、质量稳定性的需求.rn 通过对以上叶片主要原材料的选材要求、测试方法以及选材原则进行了初步探索和总结，为选材提供了参考。随着大型叶片的开发，对材料性能要求越来越高，其相应的技术指标也相应提高，要不断研究和完善各种材料的检验要求，包括碳纤维织物、碳纤维预浸料、涂料等。充分了解各种材料的性能参数，寻求综合性能优异的材料，更好地把材料的性能发挥到最大程度，满足风力机复合材料叶片低成本、轻量化、质量稳定性的需求。
  • 摘要：风电机组变桨、偏航、主轴和发电机轴承等使用油脂润滑,目前采用集油瓶收集废旧油脂方法,轴承内旧油脂不能有效清理,变质硬化,轴承润滑失效.本文指出了现行的风电轴承废旧油脂清除方法及严重缺陷，重点对风电轴承废油脂自动清除及集中回收系统的详细介绍。风电轴承废油脂自动清除及集中回收系统结构组成: 液压泵、电磁换向阀、吸排脂器、废油回收器、监控器、传感器和管路附件等。rn 风电轴承废油脂自动清除及集中回收系统与集中润滑系统配套使用，在轴承充好油脂系统正常运行时，废油脂自动清除及集中回收系统从轴承中吸出的废油脂量接近集中润滑系统注入轴承的新油脂量。风电轴承废油脂自动清除及集中回收系统及时清理轴承内腔即将变质并带有磨屑的废旧油脂，减少轴承摩擦，利于轴承散热，大大降低轴承磨损，消除轴承内腔压力，保证内腔畅通，确保新油脂顺利注入轴承内腔，轴承油封也不再会被胀破，避免了油封漏油，也避免了污染物从油封胀破处侵入轴承内腔。和集中润滑系统配套使用，可使轴承内腔始终保持适量油脂，有利于润滑油膜的形成和保持，轴承寿命将得到大幅度提高，这时候才可以奢谈轴承20年的寿命。废旧油脂被集中压入废油回收器，既环保又清理便捷，利于回收利用。
  • 摘要：中小型风机叶片是应用于中小型风力发电机上的主要关键核心部件之一。目前主要采用玻璃钢手糊工艺生产，但玻璃钢生产工艺生产效率低、成本高，不适合未来大批量生产。采用长纤维热塑性复合材料注塑生产的风机叶片，无论从理论分析还是从实验验证都表明替代的可行性，发展前景十分广泛。rn 长纤维热塑性复合材料多采用注塑成型加工工艺，即将受热融化的材料由高压射入模腔，经冷却固化后，得到成形品的方法。该方法适用于形状复杂部件的批量生产，是重要的加工方法之一。注塑成型工艺模具费用采用优质模具钢加工制造，而手糊成型工艺模具多采用木质模，故注塑成型模具成本要比手糊成型工艺高出一些。但是注塑成型自动化程度较高、成型时间短，而手糊工艺成型时间长、人工成本高，故随着生产量的增加，注塑成型的经济优势会越来越明显，制造成本大幅减少。本文简单介绍了使用长纤维热塑性复合材料替代传统手糊工艺生产小型风机叶片的意义、优势、可行性以及生产方法,并以现有的一款叶片为例对相关环节进行分析验证.rn 用长玻纤增强热塑性复合材料制备风能复合材料叶片，具有更好的力学机械性能和成型加工性能，特别是密度低、高刚性、耐低温抗冲击性好、耐蠕变好，质量控制可靠，产品综合成本降低约30%，因而取代用手糊成型工艺加工的风机叶片是风电行业未来的发展方向。这一成果为国内实现小型风能热塑性复合材料叶片产品的高性能化、国产化奠定了重要基础，具有十分重要科研意义和巨大经济价值，必将为我国风光互补发电系统集成技术与小型风能发电机行业发展做出更大贡献。
  • 摘要：从实际情况来看，电机的机械或电气缺陷都会造成它的故障。机械故障诊断一直是采用传统的振动分析法和红外检测法，而电气故障的诊断则使用绝缘测试、直流高压测试、高压冲击测试、局部放电测试等方法。传统的测试手段对电机故障的判断存在着一些问题，大多需辅以解体测试才能准确判定故障点。rn 现在可以利用MCA技术进行电机非解体故障的快速诊断目前广泛国内运行使用的双馈式异步风力发电机多为转子励磁，只有很少的厂家采用直驱式永磁发电机，而永磁式发电机因为无法确保完全静止，目前还没有较为合适的诊断方法。双馈式异步发电机的主要故障为:①.绝缘故障:包括定子绕组绝缘故障、励磁绕组绝缘故障、换向器接地;②.励磁回路故障:包括匝间短路、绕组引线断裂、引线绝缘故障、接头松动;③.定子回路故障:包括绕组匝间短路、线间短路、相间短路。rn 可再生能源越来越受到重视,近年来我国风力发电的投运容量迅速增加.但在风电机组运行以后,发电机和齿轮箱的将会逐渐暴露出一些故障,对发电机的缺陷诊断成为技术人员急需探讨和掌握的实用技术.这几年,通过借鉴国外维修双馈式异步电机检测方面的经验,结合国内一些风电场的实践,对电机诊断已形成一个比较实用的测试方法和程序,本文在此简要进行介绍,以便共同提高风电机维修水平.MCA测试技术目前己成为替代动态电气测试(DET)与动态机械测试(DMT)的先进手段。ALL-TEST-IV检测仪是应用MCA技术的杰出的代表。
  • 摘要：可靠性是中国风电整个行业目前关注的主题.怎么提高风场机组运营的可靠性,尤其是针对在2006年到2010年风电快速发展时期所建的风场,成了一些中国风电业主急需解决的问题.政府政策与现实执行层面的脱节和中国本土风电技术的不成熟被普遍认为是出现这一问题的主因.本文谨从一个风能设备制造商的角度,以通用电气风能业务部门为例,探讨一下提高风力发电机可靠性的几种可行途径.rn GE提高风力发电机可靠性的第一条途径是渐进式的产品开发战略和先进的技术。第二条途径是严谨的产品设计和全面的验证。第三条途径是严格的供应链质量控制。最后一条途径是通过对风场故障分析来持续改进。rn 目前全球有超过20,000台GE风机正在平稳运行，GE在全球范围内拥有超过1,000名技术服务人员、7个服务中心和远程监控中心，每天多会收集到来自各个风场的海量数据，从中可以清楚的了解到每个风场的运行情况和哪里正在发生问题。80%以上的现场问题会被现场服务人员快速解决，其余问题则按影响规模进入不同级别直至最高级别的根本原因分析流程，根据分析结果，GE将实施相应规模的整改和预防性维护措施来改善风场性能。所有故障分析和现场教训都将被记录在案，成为下一代产品的设计改进依据。驱动可利用率提高的原因是设计改进和服务水平的提高。
  • 摘要：当今世界面临能源紧缺、环境恶化的难题，而太阳能和风能以其无污染、可再生、普遍存在、能量巨大等优点，得到越来越多的关注与发展。近年来，国际光伏发电发展迅猛，光伏发电正在由边远农村和特殊应用的独立型供电向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电己由补充能源向替代能源过渡。rn 本文所述的系统产品是一种风光储供电系统，将太阳能与风能这两类可再生能源的电力汇合到一起，经过可并网的逆变器的设计与能量控制策略的选择，实现对某些不便于电网供电负载的综合供电控制，既满足负载的供电需求，又达到对新能源的最佳综合应用。rn 太阳能与风能是两种广泛存在并可被很好获取的可再生能源,在风力发电与光伏发电互补供电系统工作模式下,如何实现对这两类可再生能源的最大限度利用,同时满足系统中能量流动的要求,是一个实际应用的关键问题.本文结合风光储供电系统两种运行方式中的能量流动分析,给出了相应的能量控制策略与实现方法,并给出了其工作状态切换的具体切换逻辑设计,保证了最大限度利用可再生能源系统的发电量,同时也确保向用电负载可靠供电.
  • 摘要：风光互补供电系统是小型风力发电的一种主要应用,通常由一种称之为风光互补供电控制器的智能设备负责发电和用电管理.随着风光互补供电系统应用的日益广泛,对风力发电机的管理和维护提出了更高、更复杂的要求,因此一种称之为风光互补供电远程管理系统出现了.本文讲述了基于风光互补供电远程管理系统的对风力发电进行管理和控制的主要功能,以及实现方法,介绍了中科恒源科技股份有限公司的风光互补路灯远程管理系统WSRM2.1的组成和功能、作用,以及应用验证结果,指出了风力发电在离网型风光互补供电系统方面的应用前景.
  • 摘要：目前风力发电机传动系统布置主要包括双馈式、直驱式、半直驱式及液力传动等几种常见方式。由于主传动链形式的不同，风电机组主轴系的结构方案亦有多种形式。主轴系的功能是支撑叶轮，将扭矩载荷传递给齿轮箱或者发电机，而将其他载荷传递给底座等支撑结构。主轴系是风电机组传动系统的重要组成部分，是机组传递载荷的主要部件，其性能的好坏不仅影响风能转换效率，而且决定了主传动链的维护成本，影响机组的竞争力。rn 主轴系在直驱风力发电机组的传动系统中起到传递叶轮扭矩和支撑发电机的作用,常见直驱机组采用不同方案的主轴系设计具有不同的特点.通过对影响轴系的主要因素,包括轴系性能、轴承性能、制造及装配工艺性和运维、成本等几个方面进行综合考虑进行设计,并且通过类比等方法对各项指标进行归一化综合评估,根据评估结果确定优化设计的主要目标和方向,从而通过多次迭代达到各主要因素的平衡.实际设计结果表明,本文提出的设计和评估方法,为直驱式风力发电机组的零部件开发提供了一种更为系统化的解决思路,具有工程实用意义.rn 本文提出的基于类比法的专家评估方法融入到设计过程的体系，对于在己有概念的主轴系升级上具有非常好的适用性，但设计的所有阶段采用同样的评估指标和方法，对从概念到详细的设计过程支撑不能做到完全吻合，另外对于全新的设计概念，在初始阶段，很难提出量化指标，影响了评估一设计的效果。后续需要对设计不同阶段的评估进行分级，做到设计一评估的对等，并且可以通过累积各种传动系评估数据库，从数据库中提取初始阶段指标，驱动设计过程的开始。
  • 摘要：电力系统的无功平衡,是保证电力系统的电压质量要求以及安全稳定运行的重要条件.为满足电网公司对风电场无功补偿装置响应速度的要求,目前新建风电场的集中无功补偿装置一般采用以SVG设备为主体的方案.技术上,SVG设备已展现出其无可替代的优势,然而也存在建设成本较昂贵、运行时单位容量损耗较高的问题.为估算所设计的无功补偿装置在风电场整个设计运行时限中的综合成本,本文提出了综合考量无功补偿设备建设期投资与运行期损耗的总和,作为估算综合成本的指标,并给出一套相应的估算综合成本的计算方法.
  • 摘要：中国小型风机起步于上世纪八十年代,为解决内蒙古村民照明用电问题得到迅速发展并开始销往世界各国.客观地讲,由于控制技术、生产工艺、经营理念的差异导致小风机品质的稳定性、可靠性、安全性较差,世界各国对中国小风机的印象和口碑并不是很好.但近几年来,随着中国小风机厂家积极采用新技术、新工艺,按照IEC61400-2 国际标准设计、制造,小风机的品质有了本质的提高.涌现了像浙江华鹰、广州红鹰、上海致远、青岛安华等许多优秀小风机制造厂家.rn 本文讲述了英国MCS与美国SWCC认证现状与认证流程，重点讲述了中国小风机制造企业参与国际认证的体会。现在越来越多的国家要求通过国际认证，以获得该国的新能源电价补偿，这既是为了保护小风机用户的切身利益，也有利于小风机行业的健康发展。但是仅从认证本身而言，无论是MCS还是SWCC，要取得相关认证，除了风机本身的品质要过硬以外，还需要大量的时间、人力与财力。在认证过程中，设计文件是基础，非常重要，是小风机测试认证的理论依据。测试是根本，包括功率测试、耐久性测试、噪音测试等几个环节，难度大、时间长、风险高。工厂制造控制(FPC)是保障，推动MCS认证保持恒定。rn 建议以MCS认证为基础，获得MCS认证即获得欧洲各国的认可。建议以SWCC认证为基础，获得SWCC认证即获得美洲各国的认可。欧洲、美洲、亚洲等各国可以建议建立适合自己国家小型风机测试与认证标准，允许进行测试并认证。但己通过MCS认证或SWCC认证的小风机可不用测试，可提供资料申请转换。建议合适的时候在中国建立国际测试认证场地，并对中国小风机进行认证。
  • 摘要：近年来，我国风电行业发展势头迅猛，风电机组机型技术口趋成熟。但在市场竞争越来越激烈的今天，风电企业要取得竞争优势，不仅依靠技术领先，而且要依靠工艺领先。产品的质量、成本、交期很大程度取决于工艺水平。而工艺管理是机械工业企业的基础管理，是企业管理的重要组成部分。它贯穿于企业生产的全过程，是实现产品设计、保证产品质量、发展生产、降低消耗、提高生产效率的重要手段。为更好发挥工艺管理在风机行业的重要作用，提高产品竞争力，必须提高企业的工艺管理水平。针对兆瓦级风机结构复杂,装配过程繁琐导致生产效率低下、质量无法保证等问题,进行工艺管理研究.通过工艺准备、工艺过程控制、能力提升等几方面提高风机制造工艺管理水平,形成工艺管理体系.通过加强工艺管理,风机装配效率明显提高,质量得到保证.工艺管理水平提升直接提高风电企业在行业中的竞争力.rn 风机工艺管理涉及风机生产的方方面面，对质量、安全和成本都起到了非常重要的作用。强化发挥工艺管理的作用，能有效发现质量、安全隐患，促进风机设计水平的提升。本文中的工艺管理方法在本公司的使用过程中取得了良好效果。实践证明，在国内技术、生产水平相同的条件下，将工艺管理工作在现有基础上不断创新，积极探索，建立一套高性价比的风机制造工艺管理体系，将有效提高风电企业在行业中的竞争力。
  • 摘要：叶片是风电机组的关键核心部件之一，直接影响着整个机组的性能和成本，而叶片的开发和制造离不开对叶片性能的测试和研究。因此，叶片实验平台对风电叶片事业的发展有着不可或缺的积极作用。风力发电机组叶片通常采用玻璃纤维增强复合材料，与金属材料不同，复合材料结构和材料的成型通常同时完成，复合材料结构的强度受原材料性能、材料组成、加工工艺等诸多不确定因素的影响，仅仅依靠基于材料性能数据的理论分析很难保证叶片满足结构强度要求。几乎所有的国内外叶片制造商和认证机构对于新研制的叶片以及在叶片材料、结构、工艺有大的改动情况下都要求进行全尺寸叶片试验，以验证叶片强度。另外，全尺寸试验还可以为叶片设计、使用、维护提供重要依据。建设大型叶片实验平台是进行叶片基础研究的基础。由于历史原因，我国风能技术的基础研究和应用研究都还落后，导致我国叶片产业基本依赖于国外技术转让和技术支持这一现状。如何迅速消化吸收引进技术，并对其进行再创新，培育叶片的自主设计能力和自主测试能力，成为摆在我国叶片领域科技人员面前的难题。rn 相对而言，大型、全面、高水平的叶片实验平台是开发研究的必备项目，只有叶片基础研究水平上去了，才能为产业领域提供更有力、更持续的支撑。实验平台可为风电叶片行业的测试、检测、标准、认证提供保证，为我国风电叶片的新产品开发、设计优化、及修订相关风电标准提供强有力的技术支持，所以建设大型叶片实验平台是关系风电产业发展的长远问题。由于风电大型化的快速发展,使原有的叶片实验台无法安装超越实验台台面和高度的大型叶片.在采取实验台上加装能连接叶片的实验台台面端工装,并对设计方案进行非线性接触分析,校核叶片实验台及实验台台面端工装的强度和刚度,使其成为设计能力达5MW及以上的大型叶片实验台.该实验台台面端工装设计不仅提升了实验台进行大型叶片测试的能力,同时还解决了叶片测试过程中出现叶根固定处变形松动等问题,提供了一种能提高叶片测试准确性和适合大多数型号叶片试验的实验台台面端工装结构,提高了实验台使用率.
  • 摘要：本文介绍了多种计算湍流强度的方法,重点阐述了基于CFD湍流模型的湍流强度计算方法,并利用Meteodyn WT 软件的CFD方法对某复杂地形风电场机位湍流强度进行计算,将结果与线性模型计算结果、实测数据进行对比分析,分析表明该方法模拟结果较好,对风电场风资源评估、微观选址有较好的指导意义.rn 风电项目开发中，选择合适的机型和确保机组安全性是影响风电场收益的主要因素，其中湍流强度是机组选型和安全性评估的一个很重要的参数，特别是在地形复杂的山地风电场尤为突出。湍流强度与风自身特性、地形、地貌、障碍物等因素息息相关，而在风电场设计中，机位湍流强度往往是较为忽视的参数，对后续风电场发电量收益以及机组安全性产生了隐患。因此湍流强度计算与评估的准确性也是评判建设风电场成败的关键指标之一。湍流强度是风电场风能资源评估中的重要参数,也是风电机组设计与选型的主要依据.
  • 摘要：传动链扭矩振荡在风力发电机组的主轴、齿轮箱等机械部件会形成很大疲劳应力,影响机组及其传动链部件的运行安全和寿命.本文根据风力发电机组轴系机械传动链的特点,利用等效集中质量法和动力学方程建立了考虑机械传动链动态的轴系模型.针对轴系机械扭矩在风速变化时容易出现振荡的问题,详细分析了额定风速以下和额定风速以上传动链的稳定性,提出了传动链主动阻尼控制方案,仿真结果表明该控制方案能有效的抑制传动链扭转振动.
  • 摘要：风电场建设前期发电量的预估对风电场运营收益分析是极其重要的.通常风电场年发电量采用风电场测风塔测风数据、制造商提供的静态功率曲线和能量折减系数进行估算.这种计算并没有考虑各机位点空气密度变化、湍流强度、布机尾流影响、风剪切、风频分布等因素影响.准确的风电场年发电量预估有必要尽可能全面的考虑风电场各机位点实际风资源状况.本文研究并给出了影响风力发电机组能量产出因素的关联关系图,并对这些影响因子做了定量计算分析.研究结果有助于风电场运营商预估出更精准的风电场年发电量并以此来选择合适机组用于投资回报分析.
  • 摘要：本文介绍了一种简便的针对1.5MW 双馈风电机组的低压穿越改造方法,该方法不需要对机组的主控系统、变桨系统以及变频器进行任何改造,只要在机组并网点处串入一台低压穿越控制设备,就可使风电机组满足GB19963-2011要求的低压穿越能力.该低压穿越控制设备由主功率旁路和电压支撑回路组成,主功率旁路在正常工况下传输机组的发电功率,在电网故障工况下,主功率旁路快速关断,同时电压支撑回路在向电网端输出无功功率来支撑电网电压,并在发电机端迅速建立起变频器正常工作所需的电压,让发电机继续保持功率、转速稳定.电网电压正常后,恢复到主功率旁路传输发电功率,电压支撑回路准备好的状态.这种简便的低压穿越改造方法,特别适用早期的风电机组,其主控系统、变桨系统以及变流器的型号较老,低压穿越改造所需的升级维护工作量大,甚至无法进行升级.应用此种方法,已使山西电网部分风电场完成了低压穿越改造,并通过电科院的低压穿越认证测试.
  • 摘要：此风电场高压侧(110kV)接线为线路-变压器组接线,35kV 母线侧共接入4回集电线路,其中一期工程为2回为架空线路,二期工程为2回以电缆为主的线路.一期风电场为限制电容电流,配置了消弧消谐装置,二期投运后,线路电容电流过大,因此取消了消弧消谐装置(国内厂家生产的消弧消谐装置,没有质量保证,该类产品已被国家电力部门取缔使用),配置了低电阻接地方式.由于一期工程为全架空线路,二期工程以电缆为主线路,因此集电线路零序保护定值的确定一度成为技术难点.本文通过图表对研究对象的整定电流进行数据分析,详细说明每回集电线路零序整定值的选择原理,并计算出最终整定值,为风电场可靠运行提供了保障.本文对采用低电阻方式的风电场设计具有一定的参考意义.

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