前言:根據(jù)4月7至9日第13屆世界風能大會上資深專家們的合理意見,現(xiàn)已將該裝置樣機設計進一步改進。本文是對在大會上相應發(fā)言的修改稿。

　　經(jīng)濟效益預計:風力發(fā)電總投資增加3%，在風電場就能使葉片變形，風電量可多20%，一年內(nèi)回收所增投資;變形裝置生產(chǎn)稅后利潤為成本的一倍。

　　1項目背景

　　為提高風能利用系數(shù),近年出現(xiàn)了中低風速時面積變大、高風速時面積變小的各種新式葉片，例如，折疊式葉片(國電聯(lián)合動力公司和清華大學的不同專利申請)、縱向伸縮式葉片(葉片根部伸縮,華銳風電公司的授權專利)和橫向伸縮式葉片(葉片中部橫向伸縮,西安交通大學的專利申請)。

　　2項目技術先進性

　　本專利“水平軸式風力機變形葉片”(簡稱變形葉片，示意圖見圖1),是一種大中型葉片，它有主葉片和副葉片，主葉片和副葉片可以相對移動其位置,從而變化葉片表面積大小，其特征在于：副葉片與繩索相連接，繩索由定滑輪限位轉(zhuǎn)向，副葉片是在繩索的作用下，沿著主葉片縱方向相對移動其位置的。副葉片可以是圍繞著主葉片部分身段的薄板環(huán)套，該環(huán)套前沿二端有除冰雪刀。

　　3首架樣機的設計

　　現(xiàn)已經(jīng)基本完成變形裝置樣機(80米直徑1500千瓦額定風速13米/秒的水平軸式風電變形葉片)工程CAD圖、工藝和安裝設計,計劃在三個月內(nèi)按此設計完成樣機試制、風電現(xiàn)場改裝，開始發(fā)電試驗。變形裝置分五個部分：①副葉片;②副葉片升降驅(qū)動系統(tǒng);③副葉片定位和限位系統(tǒng);④除冰雪系統(tǒng);⑤電器控制系統(tǒng)。

　　3.1副葉片

　　這是可圍繞著主葉片部分身段的薄板環(huán)套，長度近8米，變形后最大寬3.15米,可在近主葉尖段增加迎風面積10.8平方米,其主體用規(guī)格為0.6毫米×1米不銹鋼板制成，為能夠隨主葉片彎曲而分成8段,只有相鄰段副葉片前后沿，分別通過連接條相固定鉚接。

　　3.2副葉片升降驅(qū)動系統(tǒng)

　　主要由絞車(特制的卷揚機)、鋼繩和相關的幾組定滑輪裝置(其裝配草圖見附件2.1、2.2)構成。絞車架由穿過主葉片根部壁面的幾條螺栓固定。鋼繩由直徑11毫米拉回鋼繩和6毫米拉去鋼繩兩部分連接而成;為了減少對主葉片氣動效率的影響,拉回鋼繩定滑輪位于主葉片尖約11米處，并且與鋼繩一起全都安裝在主葉片前沿旁;為了減輕絞車架所受的力矩，拉回鋼繩在絞筒和絞車架之間沿著絞車架面伸出。經(jīng)計算,對于主葉片任一斷面,主葉片裝上副葉片風速8米/秒時的最大彎矩,是未裝副葉片13米/秒時的彎矩的80%，所以本樣機副葉片的升降時刻，定為風速約6米/秒以下時升，約8米/秒時降。

　　該系統(tǒng)有：

　?、俑比~片滑軌條及其限位板裝置(其裝配草圖見附件3.1、3.2)——副葉片滑軌條固定于副葉片內(nèi)前沿旁;主葉片前沿旁邊有間隔式軌道：每隔幾百毫米遠固定有一個滑軌條限位板，該限位板用約1毫米不鋼鋼薄板制成，鋼繩可拉著滑軌條和副葉片沿此限位板升降，副葉片升降到位時，雙向拉緊的鋼繩使副葉片前邊沿不能沿風輪徑向晃動，滑軌條限位板使副葉片前邊沿不能沿風輪軸向晃動;

　?、谇昂蠖ㄎ话?見附件1)——為了讓副葉片容易套入和風阻小，用約0.7毫米不銹鋼薄板制成，底部固定箍裝在主葉片表面上，使副葉片前后面被限位而不能沿風輪軸向晃動，并對形成預設的翼形斷面有主導作用。該預設的翼形斷面與相應主葉片斷面相比，形狀相似，而具有相同的氣動效率。

　　③左右定位桿及其軌道裝置(見附件1、4)——裝在主葉片后沿上，位于主葉片外后沿和副葉片內(nèi)后沿之間;定位桿至少并列有二條，其一端由定位桿滑塊與該軌道滑動鉸連，另一端與副葉片后沿加強板鉸連;

　?、軓较蚨ㄎ绘i卡(見附件1)——主葉片后沿有近遠二個徑向定位鎖卡，副葉片連同定位桿升降到位時，這二個近遠鎖卡分別通過定位桿，將副葉片后邊沿鎖定而不能沿風輪徑向晃動。遠定位鎖卡和定位桿一起，對副葉片還有展開撐大、左右定位形成預設的翼形斷面有輔助性作用。近遠鎖卡的開關均由彈簧和細鋼繩控制，該鋼繩通過一個滑輪與安裝在鉸車架的鎖卡電機連接并由其提供動力。這樣該鎖卡的開關動力可以足夠大。

　?、蒌摾K限位滑套(見附件3.2)——有二種不同結構，裝在主葉片邊沿旁有鋼繩經(jīng)過的地方，以防止鋼繩過于晃動。

　　3.4除冰雪系統(tǒng)

　　可能碰上冰雪天的變形葉片應裝上該系統(tǒng)，以確保副葉片的升降順利和減少冰雪對發(fā)電量的影響。該系統(tǒng)有：①前后除冰雪刀——分別位于副葉片滑軌條前沿二端和左右定位卡滑塊的二端，會隨著副葉片的升降鏟除主葉片前后沿的大部分冰雪;②鋼繩慢動裝置(其裝配草圖見附件2.1)——這是在零度以下氣溫時,主葉片根部內(nèi)的鋼繩慢動電機能使鋼繩被小幅度慢慢拉來拉去的裝置,讓主、副葉片前沿軌道間隙和鋼繩與其限位套間隙內(nèi)的水結不成硬冰。

　　4項目效益

　　4.1葉片變形裝置制造商效益

　　以一套1.5兆瓦三葉片變形裝置為例,制造和現(xiàn)場卸裝成本共約20萬元,因能使風電公司效益大增而售價30萬元，稅后利潤約9萬元/套,即每兆瓦容量稅后利潤約6萬元。

　　4.2發(fā)電企業(yè)新增效益

　　發(fā)電增量估計本樣機在近主葉尖約8米長的一段迎風面積增加約11平方米,即相當于該段主葉片面積增加了一倍多,而該段主葉片對風電量的貢獻約占50%，以此估計出平均風速6米/秒時功率增加率約0.28。以本文作者現(xiàn)場考察過的廣西資源縣金紫山風電項目(中國第一個高山風電項目)為例，一期工程已安裝33臺1.5兆瓦的風力發(fā)電機組，年上網(wǎng)實際發(fā)電量9500多萬千瓦時，即每1.5兆瓦容量年風電量288萬度。設該風區(qū)8米/秒風速以下時段全年達8000小時,若此時段平均風速6米/秒、1.5兆瓦機平均發(fā)電功率235千瓦,裝上副葉片后功率增加235千瓦×0.28=66千瓦,年發(fā)電增量66千瓦×8000小時=53萬度,得增量53萬度/288萬度=18.4%,考慮除冰雪增加的風電量,和鋼繩和前后定位板等附加零件減少的風電量后,共增風電量約20%。

　　若按1.5兆瓦風電容量、購置改造卸裝費用30萬元(相當于1.5兆瓦風電一般總投資1000萬元的3%)、發(fā)電量增20%、上網(wǎng)風電費0.55元/度(國家定價0.5至0.6元)計算,則可得：①每1.5兆瓦容量年新增發(fā)電效益31.7萬元。②改裝費用投資回收期約一年。③若2020年后每年有0.25億千瓦容量(全球3.3%的風電機)改裝成“變形葉片”機,則年均新增風電效益52.8億元/年。

　　5項目實施方式

　　已和大唐電力下屬廣西桂冠開投電力公司簽訂了合作協(xié)議，還要歡迎多家風電和風險投資等有較強相關能量的單位或個人支持合作研發(fā)(主要內(nèi)容是為風電現(xiàn)場免費將一臺大型舊風電機改裝為全球第一臺變形葉片風電樣機)，合作支持方式不限，專利效益共享。

　　本文作者：陸中源，原廣西輕工業(yè)廳職工技協(xié)秘書長、退休高工