风电机组叶片加长提升发电量分析摘要：介绍了北方某风电场华锐 SL1500 风电机组运行多年，风机设备老化 发电效率降低，为了提高风机发电效率进行理论分析，提出加长机组叶片技改方 案，从而为老旧机组提升发电量的技改提供了理论依据和现实参考关键词：华锐SL1500风电机组；叶片；功率曲线；发电量；扫风面积；风 能利用1. 概述“十一五”到“十二五”期间，我国风电经历了飞速发展的10年设备由 进口逐步国产化，但由于扩张初期国产化技术不够成熟，无论施工技术还是设备 都处于摸索和发展阶段而初期风电场多为低塔筒、短叶片，整机发电效率较低 而随着国内风电市场的快速发展，新机型不断出现，通过加大风轮叶片长度来增 加扫风面积，增加低风速下的发电效率，已经成为当今风电行业的发展趋势对 于已投运10年以上的老旧机组，如何提高原有机型的发电效率成为关键，如何 在高空进行叶片加长改造，提高低风速发电效率尤为重要叶片加长不但要保证 叶片本身运行的安全性，还要保证在叶片加长、加重后的承载能力本文主要针 对华锐SL1500风电机组加长叶片后的相关参数变化进行了分析及研究2. 基本原理北方夏季，风资源比较薄弱，由于叶片短扫风面积相对较小，从而造成了夏 季风资源的浪费。
而叶片作为实现风力发电机组风能转换的关键部件，对机组的 整体性能影响很大，利用增长叶片长度提高风机的功率和发电量从公示，其中P-风机实际获得的轴功率，单位为w，Cp为风能利用系数，P-空气密度，「-实际风速，s-风轮的扫风面积因此，在空气密度P 一定的情 况下，影响功率的主要参数是扫风面积S及功率系数Cp增长叶片相当于增大风 轮受风面积，而叶片整体外形并没有改变，功率系数Cp不会明显变化，风速相 同的情况下，长叶片比短叶片发电功率会明显上升3. 技改方案考虑到风电机组发电功率和风轮扫风面积呈现出一种正比的关系，如果通过 叶片加长增加扫风面积，从而提升不同风速下风机的发电功率目前市场常见的 叶片增效技改方式包括更换长叶片、叶尖延长、加装叶尖小翼、加装增功气动附 件等四种方式方案一：更换长叶片，即将机组的原叶片更换为同功率等级较长的叶片，增 加风机叶轮的扫风面积，技改效果显著但需要对机组的安全性进行全面评估， 保证机组安全运行方案二：叶尖延长，即延长叶片做功的有效长度，增加出力，但同时增加了 相关载荷，需要对叶片本体结构和根部螺栓的强度进行校核同时由于叶片的延 长，叶尖处的线速度更快，因此对延长部分的粘接施工工艺要求相对严格，若粘 接不良很容易造成叶尖飞出等事故。
方案三：加装叶尖小翼，即将叶尖延长和叶尖小翼技术进行融合，一方面叶 尖长度增加能够提升叶轮扫风面积，另一方面在叶尖增加特殊的小翼，最大限度 的减少叶尖扰流的消极影响，提升叶片风能利用系数此方案由于叶片气动外形 和质量问题的限制，叶尖小翼技改一般不适用于 华锐1.5MW/70机组方案四：加装增功附件，即通过在叶片表面粘接增功附件（涡流发生器、扰 流条、格林襟翼等）的方法，减少叶片的气动损失，提高升阻比，改善风能利用 系数Cp，理论计算此类方法能够实现约2%-3%的机组发电量提升，但据实践效 果通常只能实现 1%-1.5%范围内的提升，性价比并不高且提升效果不明显4. 现场实施及措施北方某风电场2008年投产，机型均为华锐SL1500风力发电机组，塔筒高度 65米，叶片为70/77型号叶片由于风机运行已由12载，目前已有个别叶片出 现裂纹、风化等现象风电场风资源较好，但夏季小风季节风力发电机组出力较 差，因此，现场计划技改2台风电机组作为技改样机1）电量提升考虑以上四种方案的优劣性，北方某风电场根据现场原基础和塔筒情况，通 过各种测算和校验，选用方案一，即通过更换长叶片，将原 77 型号叶片更换为 82/90 叶片，增加原风轮的捕风面积，提高低风速时段机组的功率，从而提高机 组的年发电量。
现场技改过程中 77 型号叶片更换为 82 型号叶片的情况是，齿轮箱速比一致 因此不需要进行齿轮箱速比轮的改造，可直接更换叶片并更换主控选型而为保 证机组健康稳定运行，针对 77 型号叶片更换为 90 型号叶片，则还需对变桨电价 变频器、主控程序等进行技改现场更换叶片时，由于配合齿轮箱高速端技改及主控程序升级，叶片更换前 后机组功率曲线有明显改善：77 叶片更换为 82/90 叶片后所带来的电量增量基本 都超过了 5%，以东北某风电场为例，风场年均风速 6.5m/s，77 叶片更换 82 叶片 扫风面积增大 15%，理论电量提升为 5-8%左右，成本回收期约 6.5 年；77 叶片更 换 90 叶片，理论电量提升为 15-20%左右，成本回收期约 3.75 年5. 结论综上所述，两台风电机组叶片长度为 37.25 米，叶轮直径为 77 米叶片直 径分别加长为 82和 90 叶片技改后，通过对风机塔筒、基础及齿轮箱等进行测试 和计算，机组运行正常，但发电量有不同程度的提升因此，实际技改证明，风 机叶片加长是一种操作可行、安全可靠的提升风机发电量的方法过去十年间， 风机技术日新月异，随着风机单机容量的不断扩大，其搭载的叶片长度随之增长， 机组大型化已成为行业发展趋势。
加之风电平价上网时代的到来，进一步增效降 本已成为风电行业实现可持续发展的不二话题参考文献：[1]黄有慧，杨瑞志•风力发电叶片加长改造分析及研究[J].天津科技 ,2019,46(07):36-37+42.[2]贺婷婷，赵晓丽•风力发电的成本效益分析——以张家口为例 [J].中外能源，2019,24(05):21-25.。