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“柔性智能叶片”是风电技术的发展方向 内容简介 欧美风电技术是以海洋性气候和螺旋桨理论发展起来的高风速风电机，低风速空气动力性能弱，高风速又会产生强风载。发电效率低、并网稳定性差、故障率高、生产维护成本高，这些问题随着风电机组的大型化表现的越来越突出，并已严重影响到风电产业的发展。风电技术的不成熟将断送我国风电产业的健康快速发展。 关键词 风电技术 性能不合格 刚性叶片 效率低 故障率高 风变小了，我们的风电机该怎样变？这个问题是我们必须面对的问题，随着地球环境的变暖，风越来越小了，大风的频率也越来越少了，这些我们都可以明显感觉到。国家气候中心高级工程师江滢曾到辉腾锡勒等国内几家起步较早的风电场考察，电场工作人员对于风的减弱已经有了直观感受。江滢说，除了测风仪留下的历史记录，寒潮、沙尘暴、温带气旋等天气事件的逐年减少，也都是风速减小的佐证。此次研究中，江滢发现了一个有趣的现象，即在风能资源相对匮乏的内陆地区，无风的日子减少了，风速在4m/s~8m/s之间的和风日数反倒增加了。如何发展适合陆地使用的微风型风电机是目前急需解决的问题，只有解决好这个问题才能保证我国风电产业的快速发展。 随着陆地装机容量的扩大，微风发电性能低的问题也越来越突出，提高微风发电性能已成人们的共识，有企业采用加长叶片的方法，也就是降低了风电机的设计风速，以此来提高微风发电性能，这样做效果会有，但不会很明显。因为现有叶片是以空气动力性能为基础设计的，低风速情况下空气动力性能肯定很弱，又如何来提高风能的输出呢？微风状态下起决定作用的主要是结构动力性能，就是受风面积的大小，决定着获得风力的大小。就像风筝有风会飞，不是靠结构的空气动力性能，而是靠结构的受风面积产生升力；以鸟的翅膀为例也能说明这个问题，陆地上的雄鹰翅膀宽而大，海边的海燕翅膀窄而长。而结构动力性能在目前的叶片设计中没有得到应有的重视，我们应该补上这一课，加强对叶片的结构动力性能的研究和设计，大幅提高叶片的受风面积，降低叶片的重量，使风电机的微风发电能力大幅提高。 大自然永远是我们最好的老师，人类通过对鸟翅膀的研究造出了飞机，飞上了蓝天。鸟的翅膀是最轻巧的飞行装置，也是利用风能的高效装置，我们要想提高风能利用率，提高风电机的微风发电性能，鸟翅是我们最好的研究对象。鸟翅主要是靠羽毛捕获风能，羽毛结构非常轻盈，但有很好的捕风性能，而且具有灵活调节风载的功能。根据仿生学的原理，通过对羽毛结构特性的研究提取，研究开发出了柔性智能羽形叶片。 柔性智能叶片可以完全克服刚性叶片的缺点，并可以增大受风面积，由于柔性智能叶片可以根据风速的变化相应改变受风的型面，在增加风能获取量和转化量的同时，改善叶片的受力状态，化解风的破坏力，有利于风电机安全稳定的运转。在低风速情况下，叶片变形小，以最佳迎风角和最大迎风面积获取最大风载；在中风速情况下，随着风速增大，叶片变形会逐步增大，逐步减小迎风角和迎风面积，保持所受风载大小的相对稳定，保证发电功率的平稳输出；在高风速情况下，叶片随风速大幅变形，迎风面积大幅减小，风载减小，所受风阻大幅增加，叶片的转速不会增快，反而会变慢，不会造成风电机过载，也毋需停机，仍然可以保持正常发电。此时叶片所受风载会大幅减小，就像一颗树会随风弯曲，大幅减小树所受到的风载，这样可以完全避免狂风对风电机的破坏。所以柔性智能叶片这种智能化的调节过程更符合风电机风载特性的要求。而且风载特性是靠叶片自身结构的受力型态实现的，不存在滞后性，也不存在机械和电子故障，更加简单可靠。 柔性智能叶片还可以化解阵风的冲击能量，使风电机的转速更平稳。柔性智能叶片还可以避免叶片紊流和阵风波动对风电机造成的振动，可以降低疲劳损坏，提高风电机寿命。柔性智能叶片对刚性的要求大幅降低，所用的高强材料也大幅减少，制造难度也大幅降低，可以大幅降低叶片的制造成本。所以柔性智能叶片对提高发电量，保证风电机的稳定可靠，降低风电机成本都有非常显著的作用，这些优点也将会使柔性智能叶片成为今后的发展方向。 采用柔性智能羽形叶片可以开发出陆地使用的微风高效新型风电机。通过对小型样机的试验，这种风电机一级风就能启动，二三四级风就能很好发电，五级风就可以达到满负荷，六级风以上随着风速的增大，叶片的风载会逐渐减小，发电功率也会逐渐减小，可以完全避免叶片产生高风载，可以保证风电机运行平稳，避免强冲击电流的产生，并附加惯性储能装置，保证风电机具有良好的并网稳定性。基本实现免维护，让人人都敢用，人人都好用，可以大幅提高发电量2~3倍，并且风电机成本大幅降低60%以上。成本的降低，发电量的增大，可以大大缩短投资的回报时间，也可以使风电的价格低于火电和水电的价格，并网将不再是难事，反而会由于风电的价格低，而多利用风电，这将会使风电的收益大幅提高，