海上风力发电机组抗台风设计

网络出版时间：2013-01-10 09:46

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海上风力发电机组抗台风设计

贺广零1，田景奎1，常德生2

（1.中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司，北京市100120；

2. 大唐国际发电股份有限公司，北京市100033）

摘要：为提出适合我国国情的抗台风概念设计方法，给出了台风的基本特征，分析了海上风力发电

机组在台风作用下常见的失效模式。在此基础上，探索了抗台风设计的基本理念，并提出了相应的

抗台风举措。

利水电工程国家重点实验室开放基金（sklhse-2012-D-02）；华北电力设计院工程有限公司科标业项目（K2011-T03）资助。

0 引言

在经历较长时间储备之后，我国即将迈入大规模的海上风电场建设阶段。我国东海、南海风能资源丰富，适宜进行风能开发。然而，在这两个海域，台风频频发生，抗台风设计成为海上风力发

电机组设计的重要内容。我国抗台风设计参考的规范（或标准）大多源自于欧洲，以欧洲的气候环

境特征为主要背景，并未考虑热带气旋的影响，未必适合我国国情。当然，在不计成本的前提下完

成海上风力发电机组抗台风设计并非难事，困难的是如何实现海上风力发电机组精细化抗台风设计。为此，本文立足于台风的基本特征，结合海上风力发电机组在台风作用下的失效模式，对抗台风设计进行探索。

1 台风基本特征

台风对我国东南沿海影响广泛（图1）。气象统计结果表明，1949—2012年热带气旋登陆中国大陆共531次，其中台风153次，强台风38次，超强台风6次。由于台风具有影响区域广、风向变化率大、风切变大、持续时间长、伴随强流巨浪等诸多特点，对风电场的破坏力惊人：基础倾覆、塔筒折断、叶片撕裂、机舱罩损坏等，经济损失巨大。为了抵御台风的破坏，降低经济损失，需要进行海上风力发电机组抗台风设计。

图1 我国近海台风统计结果

Fig.1 Statistical results of offshore typhoons in China

1.1 极值风速大

超大的极值风速则是台风的突出特征。2003年9月2日，13号台风“杜鹃”在汕尾登陆，登陆时中心附近最大风力达到12级，附近某风电场测得极值风速为57 m/s。2006年5月18日，1号强台风“珍珠”凌晨穿过南澳岛，在广东澄海登陆，登录时风力为12级，南澳某风电场测得瞬时风速高达到56.5 m/s。2006年8月10日，第8号超强台风“桑美”在浙江苍南沿海登陆，登陆时中心附近最大风力为17级（60 m/s），中心气压为920 hPa，浙江苍南霞关观测到的极值风速为68.0 m/s，福建福鼎合掌岩观测到的极值风速为75.8 m/s。理论上，风电场测得极值风速要比实际情况小，因为测风系统在遭遇台风时通常就损坏了，无法捕捉之后更大的瞬时风速。

迄今，海上风力发电机组多依据IEC规范或者GL规范进行抗台风设计。其中，IEC 61400—1标准“Wind turbine generator systems – Part 1：Safety requirements” [1]将风力发电机组设计等级分为4级，分别对应着不同的参考风速：50、42.5、37.5、30 m/s。GL规范“Guideline for the Certification of Offsh ore Wind Turbines” [2]亦将风力发电机组设计等级分为4级，分别对应着不同的参考风速：50、42.5、37.5 m/s和S（依据现场确定）。不难发现，尽管GL规范提出了第4种参考风速（即依据现场确定极值风速），大大提高了规范的权威性，但总体上这2种规范对于台风风速的规定与我国实际情况有较大出入，并不适合我国具体国情，盲目照办必将出现难以预料的后果。因此，在我国海域进行海上风力发电机组抗台风设计时，有必要提出适合我国国情的台风极值风速模型。让人欣喜的是，国内已有部分科研机构正在进行这方面的研究，并取得了一定的成果[3]。

我国各海域的极值风速各不相同，但总体布局有一定的规律性。一般，我国海域50年一遇最大风速的规律为：东海和黄海风速由南向北递减，其中东海风速为35.0~55.0 m/s；北黄海和渤海海域由于受台风影响次数较少，不作详细分析；南海风速由西向东递增，风速变化于35.0~70.0 m/s；江苏近海风速为25.0~35.0 m/s，杭州湾和长江口风速为30.0~40.0 m/s；浙江中南部、福建北部近海，热带气旋引起的大风最强，风速达45.0~50.0 m/s；福建中南部近海，由于台湾岛对台风的阻挡和削减作用，其受台风影响程度明显比其南北相邻海域小，风速为40.0~45.0 m/s；海南省东南海域、广东东部近海，受台风影响程度较其他海域大，风速大于45.0 m/s；由于雷州半岛和海南岛对台风的削弱作用，北部湾海域风速小于40.0 m/s。

由于极值风速随着时间的推移、气候的调整而变化，故而如何准确预测将来要发生的极值风速是一大难题。倘若单纯地以过去的实测极值风速作为现今的设计风速，即忽略极值风速的时间效应，则很有可能低估极值风速，从而留下安全隐患。比较合理的方法是认为极值风速是一个随机变量，满足某种概率分布模型，并依据实测极值风速确定模型中的各项待定参数。在给定超越概率的条件下，即可根据该概率分布模型预测将来可能出现的极值风速。由于热带气旋出现的随机性很大，对于某一具体地点而言，有些年份可能遭遇多次，有些年份可能一次都没有，因此常规的极值分布模型（如极值Ⅰ型分布、Weibull分布等）未必适用，需要建立能够全面描述这种风速序列特征的极值分布模型。为此，文献[4]提出了Poisson-Gumbel联合分布模型，能够较为客观地预测未来可能出现的极值风速。进一步地，借助分形特征分析，文献[5]能够从更长的时间尺度范围内实现极值风速分析与预测，以满足实际工程需要。

1.2 非平稳性强

假如随机过程的随机特征随时间变化，则称该随机过程是非平稳的[6]。风速是一种典型的随机过程，具有一定的非平稳性，而台风风速的非平稳性要远胜于一般风速。众所周知，风速可分为平均风速和脉动风速，风速的非平稳性通常是指其脉动性，可通过脉动风速来体现。然而，对于台风风速而言，其非平稳性不仅体现在风速的脉动性，而且也包括平均风速自身强烈的非平稳性。若将台风中的平均风速部分提取出来，发现其不再是一条直线（即平均风速不再是一个常数），而是一条类似于墨西哥帽形状的曲线（图2）。台风风速的强非平稳性可以通过湍流强度（定义为10 min脉动风速的标准差与平均风速的比值）来衡量。实测数据表明，台风中心的湍流强度可达到0.6~0.9，远大于无台风时的湍流强度（<0.1）。高湍流将导致17级台风瞬时风速突破100 m/s，此时风力发电机组将承受巨大的风荷载。

图2 台风平均风速曲线

Fig.2 Mean wind velocity curve of the typhoon

对于台风非平稳性的研究主要目的在于分析由其导致的动力效应，并进而确定在台风情况下的结构动力放大系数。在现有的设计规范当中，动力放大系数的确定方法均立足于常规风速，并未考虑到台风风速的强非平稳性。因此，依据现有的规范进行抗台风设计，极有可能低估结构的动力响应。鉴于此，在进行结构抗台风设计时，宜依据场地实测台风风速时程进行结构随机动力响应分析，获取较为准确的动力放大系数。如果不具备条件，则应考虑台风风速的强非平稳性，提出适合台风风速的动力放大系数确定方法。事实上，台风风速的强非平稳性对风力发电机组的结构强度破坏和疲劳失效休戚相关。台风风速的强非平稳性会导致较大的风力发电机组极端荷载，依据经典随机振动理论，将产生较大的结构随机动力响应，从而引起结构强度破坏。此外，由于产生的结构随机动力响应幅值较大，在反复循环荷载作用下亦容易引发疲劳失效。

1.3 风向变化快

当台风经过时，测风点的风向在数小时内发生根本性的变化，变化角度通常会超过45°，甚至可

能达到180°，亦即之前的北风、东北风转为南风、西南风[7]。风向的剧烈变化对风力发电机组的影响也极为显著，表现在：

（1）对于已经顺桨停机的变桨矩风力发电机组而言，风向突变意味着主风向从风力发电机组的正前方转到侧面，整个风力发电机组的受风面积也随之改变。一般来说，如果风力发电机组失去偏航能力（偏航系统在遭遇台风时可能损坏），则90°侧吹时塔筒平均倾覆力矩将比对风时大约增加37%，从而直接威胁到结构安全。

（2）侧风和湍流使风叶受力最不利，继而造成风力发电机组的偏航系统损坏。

1.4 与巨浪同步

由于环境特点，海上风力发电机组需要承受海风、波浪、地震等多重随机荷载。一般来说，台风、巨浪、强震等多重极端荷载难以同时出现。尤其对于台风和强震，其间并不存在必然的物理关系，故而同时出现的概率极小。但台风和巨浪则不同，由于其间存在直接的能量传递关系，故而二者同时出现的概率大为提高，亦即：台风通常伴随风暴潮。依据拟层流风浪生成机制[8]，随着台风的不断发展和加强，波高也随着风速的增大而增高，波高与风速大致成正比关系，且二者峰值之间存在一个时间差。西北太平洋50个台风的波浪统计资料表明，在台风初始阶段，海面上虽有较大风速，但波高不大，通常是台风外围有约3 m的大浪，而在台风中心附近有4~5 m的巨浪。在台风发展阶段，波高也随着台风风速的增大而增加。当台风发展到成熟阶段时，风速不再增大，而大风范围逐渐向外扩展，在这个阶段内，波高也已充分成长，波高不再增大，而巨浪区的范围向台风外围扩展。当台风处于消失或者减弱阶段，风速随之减小，但台风影响的海域仍有较大的波高。台风中心的巨浪形成后，就从台风中心向四周传播。

海上风力发电机组在台风与巨浪联合作用下，除结构强度破坏和疲劳失效，还容易出现海床过度冲刷、剪切破坏、海床液化等海床失稳现象[9]，兹不赘述。

2 海上风电机组失效模式

2.1 整体倾覆

海上风力发电机组在台风作用下，如果基础尺寸或者埋深不够，将导致基底大面积脱开，进而结构整体倾覆。这种结构失效形式又称为颠覆性破坏，将带来巨大的经济损失。2003年9月，台风“鸣蝉”登陆日本冲绳群岛的宫古岛，造成1台500 kW变桨距风力发电机组由于基底脱开而倾覆。2006年8月，台风“桑美”登陆我国东南沿海，浙江苍南鹤顶山风电场有2台750 kW风力发电机

组因台风风速过大、结构不能满足抗倾覆要求而被“连根拔起”（图３）。值得说明的是，鹤顶山风电场风机基础采用二次浇筑而成，先浇筑一块正方形的钢筋混凝土底板，然后再将基础筒置于该底板上进行第二次浇筑，上、下两部分通过预留插筋连成一体。显然，分2次浇筑严重破坏了结构的整体性，插筋数量、强度及锚固长度又不满足抗台风要求，故而留下了较大安全隐患。仔细研究不难发现，风机基础结构形式不合理、结构尺寸及埋深过小是结构整体倾覆最为重要的原因。由于海上风力发电机组整体倾覆会导致巨大的经济损失，在设计过程中应当规避这种颠覆性破坏。

(a) 整体倾覆

(b) 配筋情况

图3 风力发电机组整体倾覆

Fig.3 Overall overturning of wind turbine systems

2.2 塔筒破坏

对于风力发电机组而言，塔筒刚度远不如基础，但塔筒底部却要承受与基础相近的荷载。塔筒中最为薄弱的环节是塔筒底部且未设置加强环的部位，尤其是塔筒门处存在明显的应力集中，通常容易出现结构局部屈服（材料达到抗拉强度或者抗扭强度）或者局部屈曲现象。2003年3月，台风“埃丽卡”登陆西南太平洋上新喀里多尼亚岛，造成岛上洋李风电场5台Ｖ27桁架式风力发电机组

由于塔筒底部失效而倒塔。2003年9月，宫古岛上2台400 kW失速型风力发电机组在塔筒门处折断，验证了塔筒门处为结构薄弱环节。2006年8月，浙江苍南鹤顶山风电场有3台600 kW的风力发电机组因塔筒底部失效而倾倒（图4）。其中，有1台风力发电机组塔筒与基础环连接处的螺栓因弯矩过大被拉断，说明螺栓的安全裕度并不大。另外2台初步判断为塔筒局部环节比较薄弱而被拉断或者压屈。由于塔筒破坏亦属于颠覆性破坏，在设计过程中也应当避免。

(a) 塔筒折断

(b) 螺栓拉断

图4 风力发电机组塔筒失效

Fig.4 Failure modes of wind turbine tower

2.3 叶片损毁

在风力发电机组中，叶片刚度远小于基础与塔筒，是柔性最大的构件。此外，为了捕捉更多的风能，叶片通常采用较为复杂的结构形式，故其风致振动形式及失效模式亦复杂多样，其中以叶片根部折断、叶片局部弯剪扭破坏为主。叶片根部容易折断，是因为叶片根部的弯矩与剪力通常最大。一般来说，叶片会同时承受弯矩、扭矩及剪力，在三者共同作用下，叶片会在局部缺陷处形成纵向、横向2条主裂纹。在反复荷载持续作用下，裂纹逐渐扩展为裂缝，在纵向裂缝与横向裂缝完全贯通时，叶片局部脱落而损毁。2003年3月，台风“埃丽卡”造成洋李风电场12台Ｖ27风力发电机组

叶片失效。2003年9月，台风“杜鹃”登录广东汕尾，引发红海湾风电场9台Ｖ47风力发电机组叶片破坏。2006年8月，浙江苍南鹤顶山风电场有15台风力发电机组叶片损毁（图5）。在各风电场损坏的叶片当中，叶根折断较多，局部脱落亦不少。为此，在叶片生产过程中，应进一步加强叶片局部缺陷的检测力度，以增强叶片的抵御台风的能力。

(a) 叶根折断

(b) 叶片局部脱落

图5 风力发电机组叶片失效

Fig.5 Failure modes of blades

3 抗台风设计

海上风力发电机组抗台风设计是在充分认识台风基本特征以及在台风作用下海上风力发电机组失效模式的基础上，形成科学合理的抗台风设计理念，并提出行之有效的抗台风举措，以确保海上风力发电机组实现“两阶段”抗台风设计：在遭遇最大风速小于设计风速的台风时，其主要结构和部件没有损坏；而在遭遇最大风速超出设计风速的台风时，其破坏损失控制在预期范围内，而不发生颠覆性破坏，在台风过后，海上风电场可以迅速修复投运。

3.1 抗台风设计理念

要实现海上风力发电机组抗台风设计，首先应树立正确的抗台风设计理念。

3.1.1 设计理念1

抗台风设计应避免颠覆性破坏。在遭遇台风侵袭时，如果发生风力发电机组倒塔，不仅风力发电机全损，风力发电机组支撑结构（包括塔筒与基础）亦彻底失效，甚至风力发电机组运输安装费用、部分输变电工程也受牵连损失，对于海上风电而言，这部分费用甚至超过风力发电机组本身，这种台风损失称之为颠覆性破坏。因此，为有效规避颠覆性破坏，应该根据风力发电机组各部件失效后造成的损失来确定各部件的安全系数，基础、塔筒、机舱、轮毂、叶片的安全系数依次降低。同时，要非常谨慎地计算和设计叶片强度，在必要的情况下“丢车保帅”，即允许叶片在超过设计风速的超强台风中屈服破坏，以降低风力发电机组整体风荷载，避免更为严重的破坏。在现有的风力发电机组结构设计规范中，均采用荷载安全系数法以确保风力发电机组结构安全达到一定的可靠度，且大部分荷载安全系数取为1.35。根据上述的原则，对于一些重要的部件，不妨将其安全系数提高到1.5~1.7，以保证整体结构可靠度达到预期水平。

对多家经历台风侵袭的风电场进行统计后发现，叶片损毁是最常见的失效模式，叶片失效约占总结构失效的75%，塔筒破坏约占15%，整体倾覆约占10%。可以肯定的是，这种分配趋势跟设计理念基本一致，但分配比例还有待商榷。事实上，仍需要进一步提高支撑结构（塔筒与基础）的安全系数，降低塔筒破坏、整体倾覆的概率，以避免倾覆性破坏带来的巨大损失。

3.1.2 设计理念2

实现基于可靠度的抗台风设计。在抗台风设计中，若将海上风力发电机组结构设计得非常牢固，在遭遇极为罕见（如100年一遇）的台风时，所有结构及部件丝毫无损，这也未必尽然合理：因为在这种情况下，结构成本会大幅度提高，与结构设计中的安全与经济均衡原则相违。此外，由于海上风力发电机组支撑结构属于工业构筑物，其结构失效在大部分情况下不涉及人身安全问题（不主张工作人员在台风期间去现场维修，维修工作可以选在台风过后风和日丽的某一天），故而相比民用建筑而言，可以适当降低其结构可靠度。至于可靠度可以降低到何种水平，则跟国家的经济发达程度休戚相关。总体上，倘若国家经济较为发达，不妨相应提高结构可靠度，反之亦然。此外，从投资商的角度来看，收益最大化将是确定结构可靠度的重要依据。如果大幅度提高结构可靠度，例如风力发电机组在遭遇100年一遇的台风时结构可靠度为99.9%（相应的失效概率为0.1%），则需要将结构建造得极为牢固，前期投资将会很大。如果将结构可靠度适当降低，例如结构风力发电机组在

遭遇100年一遇的台风时结构可靠度为99%（相应的失效概率为1%），此时结构仍然较为牢固，但前期投资会大幅度降低。即便在未来20年的设计周期里不幸遭遇了100年一遇的台风，100台风力发电机组里有1台失效，带来了一定的经济损失，但从总投资来看，还是较为合理的。因此，确定可靠度阈值的指挥棒是投资收益最大化，并且与国家经济发达程度紧密相关。

3.2 抗台风举措

3.2.1 引入结构振动控制技术

海上风力发电机组抗台风设计本质上是安全与经济的博弈，引入结构振动控制技术将促使其达到一个较为理想的平衡。迄今，工程界已经逐渐达成一个共识：结构振动控制是一门颇为神奇的技术，拥有着让人难以想象的投入产出比。在建筑工程以及桥梁工程中，被动控制技术已经能够游刃有余地应用，主动控制技术亦逐渐获得了认可，二者均在实际工程中取得了极好的效果。但在能源工程当中，结构振动控制技术的应用尚属凤毛麟角。有鉴于此，我们研发了适用于海上风力发电机组的2种阻尼器形式，并获得了2项实用新型专利技术（基于TLCD的风力发电高塔振动控制系统，专利号201020593903.2；基于圆环形TLD的风力发电高塔振动控制系统，专利号：201020593873.5），两者振动控制原理为：粘滞液体随着风力发电机组的振动而晃动，液体的晃动对管壁产生动压力，此动压力提供抑制振动的控制力。图6为调谐液体柱形阻尼器，主要借助阻尼器中晃动的粘滞液体耗能，因而制作方便，成本较低。该阻尼器可通过U型管底面与机舱底面固定连接，从而能够较为便利地置于风力发电机组机舱内部。图7为圆环形调谐液体阻尼器，除制作方便、成本较低之外，由于该阻尼器是圆环形，可以提供360°制振，任何方向上都能发挥控制效果。因为该阻尼器呈圆环形，故而能够方便地置于风力发电机组塔筒中。

图6 调频液体柱形阻尼器

Fig.6 Tuned liquid column damper

图7 圆环形调频液体阻尼器

Fig.7 Tuned liquid annular damper

在遭遇台风时，调谐液体阻尼器能够在短时间内消耗大量能量，从而维护海上风力发电机组整体结构安全，有利于实现抗台风设计。此外，在未遭遇台风侵袭之时，调谐液体阻尼器亦能有效控制海上风力发电机组振动幅度，以延长其工作寿命，并增加其运行稳定性。值得一提的是，与常规抗台风措施相比，阻尼器具有体积小、重量轻、成本低、效果佳、配置灵活等一系列优点，故而在实际应用当中，有望达到四两拨千斤的效果。

3.2.2 采用钢筋混凝土塔筒

一般来说，钢结构由于自重轻、延性好、变形能力强，其抗震性能要优于混凝土结构。然而，对于结构抗风性能而言，结论未必如此。首先，尽管钢结构自重较轻，由于作用于结构上的风荷载与自重关系不大，而与结构形状、迎风面积、自振周期等因素紧密相关，所以作用于钢筋混凝土结构上的风荷载未必大于钢结构，研究表明：在装机容量相同的情况下，作用于钢筋混凝土塔筒上的风荷载要明显小于钢塔筒[10]。其次，综合各国的情况，钢结构的阻尼比一般为0.01~0.02，钢筋混凝土结构的阻尼比为0.03~0.08。显然，钢筋混凝土的阻尼比要远大于钢结构，塔筒（图8）拥有较大的阻尼比，故而能够消耗较多的能量，对抗台风设计有利。此外，钢筋混凝土塔筒还有耐腐蚀性好、造价低廉、自重较大等优点。风力发电机组基底弯矩与水平荷载均较大，对海上风力发电机组更是如此，若此时结构自重荷载较大，对海上风力发电机组整体结构抗倾覆、控制风机基础基底脱开面积将是很有帮助的。

图8 钢筋混凝土塔筒

Fig.8 Concrete wind turbine tower

3.3 其他抗台风举措

与“三水准”抗震相似的是，海上风力发电机组抗台风设计亦大体可分为“三水准”：当台风来临时，风力发电机组宜启动偏航系统；如果不足以抵抗台风，还可进行机械刹车，此时最好能保持叶片空转以消耗台风能量；倘若仍然不够抵御台风，可以考虑丢车保帅：牺牲叶片以保证风机基础与塔筒的安全，等台风过去之后，再将新的叶片或者修复的叶片重新安装。

4 结论

（1）台风具有极值风速大、非平稳性、风向变化快、与巨浪同步等基本特征，这些特征与海上风力发电机组抗台风设计紧密相关。

（2）海上风力发电机组在台风作用下的常见失效模式为整体倾覆、塔筒失效、叶片破坏等。

（3）抗台风设计应避免颠覆性破坏，并力争实现基于可靠度的抗台风设计。此外，引入振动控制技术、采用钢筋混凝土塔筒等是较为理想的抗台风举措。

5 参考文献

[1]International Electrotechnical Commission. Wind Turbine Generator Systems，Part 1：Safty

Requirements[S]. International Standard 61400-1，Second Edition，1999.

[2]Germanischer Lloyd. Rules and Guidelines IV –Industrial Services，Part 2：Guideline for the

Certification of Offshore Wind Turbines[S]. Hamburg：Germanischer Lloyd，2005.

[3]张秀芝，阎俊岳，杨校生，等. 台风对我国风电开发的影响和对策[M]. 北京：气象出版社，2010.

[4]阎俊岳，陈乾金，张秀芝，等[M]. 北京：科学出版社，1993.

[5]钟莉. 风速时程的分形特征研究[D]. 上海：同济大学，2008.

[6]何迎晖. 随机过程简明教程[M]. 上海：同济大学出版社，2005.

[7]吴金城，张容焱，张秀芝. 海上风电机的抗台风设计[J]. 中国工程科学，2010，12（11）：25-31.

[8]徐亚洲. 随机海浪谱的物理模型与海洋结构波浪动力可靠度分析[D]. 上海：同济大学，2008.

[9]张永利. 近海风机基础系统安全性评估与监测技术研究[D]. 上海：同济大学，2010.

[10]贺广零. 风力发电高塔系统风致随机动力响应分析与抗风可靠度研究[D]. 上海：同济大学，2009. 建议补充以下参考文献

[1]贺广零，李杰. 风力发电高塔系统风致动力响应分析[J]. 电力建设，2011，32（10）：1-9.

[2]贺广零，仲政. 海上垂直轴风力发电机组结构分析研究进展[J]. 电力建设，2011，32（12）：1-8.

[3]贺广零，仲政. 风浪联合作用下的海上单桩基础风力发电机组动力响应分析[J]. 电力建设，2012，33（5）：1-7.

[4]贺广零. 风力发电机组结构建模研究进展[J]. 电力建设，2012，33（8）：16-21.

收稿日期：2012-12-19 修回日期：2013-01-08

作者简介：

贺广零(1982)，男，博士，工程师，主要从事新能源结构分析与设计工作，E-mail：hglcool@https://www.wendangku.net/doc/9411242575.html,；田景奎(1960)男，教授级高级工程师，主要从事新能源电站设计及项目管理工作，E-mail：tianjk@https://www.wendangku.net/doc/9411242575.html,。

常德生（1971），男，硕士，工程师，主要从事水电移民规划及新能源规划工作，E-mail：smcds@https://www.wendangku.net/doc/9411242575.html,。

风电机组叶片防雷检查

关于叶片防雷及接地的避免措施和检查方法整理如下，希望有所帮助。 一、目前叶片雷击基本为：雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解叶片内部气体高温膨胀， 压力上升造成爆裂破坏（更有叶片内存在水分而产生高温气体，爆裂）。叶片防雷系统的主要目标是避免雷电直击叶片本体而导致叶片损害。经过统计：不管叶片是用木头或玻璃纤维制成，或是叶片包导电体，雷电导致损害的范围取决于叶片的形式。叶片全绝缘并不减少被雷击的危险，而且会增加损害的次数。多数情况下被雷击的区域在叶尖背面（或称吸力面）。根据以上叙述，叶片防雷设计一般在叶尖装有接闪器捕捉雷电，再通过敷设在叶片内腔连接到叶片根部的导引线使雷电导入大地，约束雷电，保护叶片。 二、按IEC61400-24标准的推荐值，叶片防雷击铜质电缆导线截面积最小为50平方毫米。如果为高发区， 可适当增加铜质电缆导线截面积。 三、我集团近期刚出的一个检查标准： 1、叶片吊装前，逐片检查叶片疏水孔通畅。 2、叶片吊装前，逐片检查叶片表面是否存在损伤。 3、叶片吊装前，应逐片检查叶片防雷引下线连接是否完好、防雷引下线截面是否损伤，检测叶片接闪器到叶片根部法兰之间的直流电阻，并做好检测记录。若叶片接闪器到叶片根部法兰之间的直流电阻值

高于20 mΩ，应仔细检查防雷引下线各连接点联接是否存在问题。 叶片接闪器到叶片根部法兰之间直流电阻测量采用直流微欧计、双臂电桥或直流电阻测试仪（仪器分辨率不低于 1 mΩ），采用四端子法测量，检查叶片叶尖及叶片上全部接闪点与叶片根部法兰之间直流电阻，每点应测三次取平均值。 4、机组吊装前后，应检查变桨轴承、主轴承、偏航轴承上的泄雷装置（碳刷、滑环、放电间隙 等）的完好性，并确认塔筒跨接线连接可靠。 表1 防雷检查及测试验收清单

风力发电机原理及结构

风力发电机原理及结构 风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置，它包括风力机和发电机两大部分。空气流动的动能作用在风力机风轮上，从而推动风轮旋转起来，将空气动力能转变成风轮旋转机械能，风轮的轮毂固定在风力发电机的机轴上，通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转，发电机将机械能变成电能输送给负荷或电力系统，这就是风力发电的工作过程。 1、风机基本结构特征 风力机主要有风轮、传动系统、对风装置（偏航系统）、液压系统、制动系统、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。 （1）风轮 风力机区别于其他机械的主要特征就是风轮。风轮一班有2~3个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。 风力发电厂的风力机通常有2片或3片叶片，叶尖速度50~70m/s，3也片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮及降低2%~3%效率。更多的人认为3叶片从审美的角度更令人满意。3叶片叶轮上的手里更平衡，轮毂可以简单些。 1）叶片叶片是用加强玻璃塑料（GRP）、木头和木板、碳纤维强化塑料（CFRP）、钢和铝职称的。对于小型的风力发电机，如叶轮直径小于5m，选择材料通常关心的是效率而

不是重量、硬度和叶片的其他特性，通常用整块优质木材加工制成，表面涂上保护漆，其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。对于大型风机，叶片特性通常较难满足，所以对材料的选择更为重要。 目前，叶片多为玻璃纤维增强负荷材料，基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩变形小，聚酯材料较便宜它在固化时收缩大，在叶片的连接处可能存在潜在的危险，即由于收缩变形，在金属材料与玻璃钢之间坑能产生裂纹。 2）轮毂轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，在传到风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。 轮毂承受了风力作用在叶片上的推理、扭矩、弯矩及陀螺力矩。通常安装3片叶片的水平式风力机轮毂的形式为三角形和三通形。 轮毂可以是铸造结构，也可以采用焊接结构，其材料可以是铸钢，也可以采用高强度球墨铸铁。由于高强度球墨铸铁具有不可替代性，如铸造性能好、容易铸成、减振性能好、应力集中敏感性低、成本低等，风力发电机组中大量采用高强度球墨铸铁作为轮毂的材料。 轮毂的常用形式主要有刚性轮毂和铰链式轮毂（柔性轮毂

海上风力发电发展现状解读

海上风电发展 大纲： 一、国外海上风电发展现状及各国远景规划 二、海上风电的特点与面临的困难 三、海上风电发展的关键技术 四、国外海上风电发展现状及各国远景规划 目前已进入运营阶段的海上风电场均位于西北欧，西班牙和日本也建立了各自的首个试验性海上风电场。截至2006年6月，全球共建立了24个海上风电场，累计安装了了402台海上风机，总容量805MW，年发电量约2,800,000,000千瓦时。 西北欧地区的海上风电场布局如下图所示，红色标志由兆瓦级风机构成的运营风电场，紫红色标志由小容量风机构成的运营风电场，而灰色则标志已完成规划的在建风电场。 图1 西北欧海上风电场 已投入运营的大规模海上风电场大多集中在丹麦和英国。其中丹麦海上风电总装机容量达426.8MW，其次是英国339MW，共计现有海上风电装机容量的95%。而德国早在2004年就在北海的Emden树立了首台Enercon的4.5MW风机，西班牙也于今年在其北部港市毕尔巴鄂树立了5台Gamesa 2MW风机。美国已经规划的三个海上风电场Cape Cod，Bluewater Wind，Nai Kun正处于不同阶段的论证与评估阶段，其中Cape Cod风电场将于2009年正式投入运营。 由此可见，各风电大国都不约而同地把注意力集中到海上风电开发的技术研发与运营经验实践中，以图控制海上风电发展的制高点。 根据欧盟的预测，到2020年欧洲的海上风电场总装机容量将从现有的805兆瓦增长到40,000MW。相比之下，过去7年来欧洲海上风电装机容量的年增长率约为35%。欧盟指派的工作组预测欧洲的海上风电潜力约达140,000MW。

垂直轴风轮涡轮式风力发电机组技术说明书汇总

垂直轴风轮涡轮式风力发电机组 技术说明书 二〇一一年五月二十六日

一、项目概述 硕普智能科技有限公司是一家具有国际背景的高科技企业集团。其团队由国内外的高级技术专家所组成。集团主要研发、生产具有国际水平的风力发电设备和风力发电场建设。硕普公司法人连志敏先生是从新西兰回国的技术专家，是新西兰研制垂直轴涡轮风电机组和智能控制技术的发明人。连志敏先生长期致力于垂直轴涡轮风力发电设备的研究，拥有国际发明专利一项，国内发明专利五项：国际专利： 智能垂直轴增压集风式风力发电机组 （专利申请号：PCT/CN2008/071744） 国内专利： 1、分布复合式能源系统 （专利号：200610063278.9） 2、智能全天候风力发电机组 （专利号：200610157277.0） 3、智能复合式发电能源塔 （专利号：200610157273.0） 4、智能垂直轴助吹式风力发电机组 （专利号：200710075268.1） 5、智能垂直轴增压集风式风力发电机组 （专利号：200710075267.1）

二、垂直轴涡轮式发电机组介绍 垂直轴涡轮式风力发电机组涉及了一种利用风力、涡轮效应、烟囱效应、集风体产生的正负压差、旋转气流的瞬间爆发力来推动传动系统的垂直轴风轮涡轮式风力发电机组做功发电，该机组包括由控制系统、组合钢架、多台发电机组、双层机房、垂直轴、联轴器、可转集风体&整流板、组合式风腔、垂直风轮、水平桨叶、支撑组合架、轴承。该机组以风力的大小、电机转速来同步控制进风百叶及出风百叶的角度及控制多电机的联动，以使风力发电机组全风况、最大化的发电。 垂直轴涡轮式风力发电机组具有以下特点： 1、体积小 采用多层、统一的结构和桨叶，模块式组装，标准构件体积小，易运输和安装。 2、效率高 应用集风、整流、磁悬浮风电系统，由于采用智能程控多发电机联动工作，可根据风机的转数及风力大小增减电机并机数量，并有多重蓄能方式。可根据多风况调节发电，从1级风到12级风都可以运行。将风能利用率从传统风电的28%提高到80%以上，每年发电小时数可以提高到6500小时（传统风电每年只能发电2500小时左右）。 3、造价低

风力发电机设计

高等教育自学考试毕业设计（论文） 风力发电机设计题目 级机电一体化工程09专业班级 姓名高级工程师指导教师姓名、职称

所属助学单位 2011年 4月1 日 目录 1 绪论………………………………………………………………………………… 1 1.1 风力发电机简介 (1) 1.2 风力发电机的发展史简介 (1) 1.3 我国现阶段风电技术发展状况 (2) 1.4 我国现阶段风电技术发展前景和未来发展 (2) 2 风力发电机结构设计……………………………………………………………… 3 2.1 单一风力发电机组成 (3) 2.2 叶片数目 (3) 2.3 机舱 (4) 2.4 转子叶片 (5) 3 风力发电机的回转体结构设计和参数计算 (5) 3.1联轴器的型号及主要参数 (5) 3.2 初步估计回转体危险轴颈的大小 (5) 3.3 叶片扫描半径单元叶尖速比 (6) 4 风轮桨叶的结构设计……………………………………………………………… 6 4.1桨叶轴复位斜板设计 (6) 4.2托架的基本结构设计 (6) 5 风力发电机的其他元件的设计 (6) 5.1 刹车装置的设计 (6) 6 风力发电机在设计中的3个关键技术问题 (7) 6.1空气动力学问题 (7) 6.2结构动力学问题 (7) 6.3控制技术问题 (7)

7 风力发电机的分类………………………………………………………………… 7 8 风力发电机的选取标准 (8) 9 风力发电机对风能以及其它的技术要求………………………………………… 8 9.1风力发电机对风能技术要求 (8) 9.2风力发电机建模的技术是暂态稳定系统 (9) 9.3风力电动机技术之间的能量转换 (10) 10 风力发电机在现实中的使用范例 (10) 结论 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 摘要 随着世界工业化进程不断加快，能源消耗不断增加，全球工业有害物质排放量与日俱增，造成了能源短缺和恶性疾病的多发，致使能源和环境成为当今世界两大问题。因此，风力发电的研究显得尤为重要。 我国风电场内无功补偿的方式是在风电场汇集站内装设集中无功补偿装置，这造成风电场无功补偿的投资很大。文章结合实例，通过对不同发电量下风电场的无功损耗和电压波动情况进行计算，提出利用风力发电机的无功功率可基本实现风电场的无功平衡，风电场母线电压的变化是无功补偿设备选型的依据，对于发电量变化引起的母线电压变化不超出电网要求的风电场，应利用风力发电机的无功功率减小汇集站内无功补偿装置的容量，降低无功补偿的投资。 关键词：风力发电、风电场、无功补偿、电压波动

海上风电

Nysted海上风电场：项目时间表与前期招标 2007-12-06 21:45 Nysted海上风电场：项目时间表与前期招标 供稿人：张蓓文；陆斌供稿时间：2007-6-15 项目时间表 现简单介绍其项目时间表与前期招标情况。 1998年，丹麦政府同生产商达成协议，实施一个大型海上风力发电示范项目，目的在于调查发展海上风力发电场的经济，技术和环境等问题，并为未来风力发电场选择区域。 1999年，丹麦能源部原则上批准安装，并开始了Horns Rev和Nysted初期调研和设计。 2000年夏天，政府得到风力发电场的环境影响评估，于2001年批准了发电场建造的申请。 海上风力发电场的基座建设起始于2002年7月末，基座的建造和安装根据时间表执行，始于承包公布的2002年3月，2003年夏天全部完成，并做好了接收风力涡轮机的准备。第一台涡轮机于年5月9日起开始安装，2003年7月12日开始运行。最后一台涡轮机于2003年9月12日安装并电网，试运行在2003年11月1日结束。 前期招标 ENERGI E2为项目准备了一份技术上非常详细的招标书，其中评价了ENERGI E2在丹麦东部传统火和电网建造，策划和运行方面的经历，以及来自海上风力发电场Vindeby（11×450 kW Bonus）Middelgrunden（10 of 20 x 2MW Bonus）的经验。 涡轮机的选择：选择涡轮机的重要参数有：96％可用性；雷电保护；塔架低空气湿度（为防止腐采用单个起重机用于安装大型部件；能完全打开机舱；在所有电力设备采用电弧监测的防火措施等最后丹麦制造商Bonus（现为Siemens）获得了生产涡轮机的合同，涡轮机额定容量为2.3MW（是机组的升级版），是2004年Bonus所能生产的最大容量涡轮机。 风机叶片的选择：Bonus为Nysted的2.3MW涡轮机开发了一种特殊的叶片（不含胶接接头，一片成此前，叶片先在2000年1.3MW涡轮机预先检测过，运行一年后被拆卸进行全面观察。此外，Bon 专门成立队伍从生产线随机抽取叶片来检测，检测内容包括20年的寿命测试和叶片的断裂测试。基座的选择：海上风机基座设计需要考虑Nysted风力发电场的工作负载、环境负载、水文地理条地质条件。基座适用性包括涡轮机尺寸、土壤条件、水深、浪高、结冰情况等多个技术要素。水力可用于冲刷保护和起重机驳船安装基座的操作研究。基座面积大约为45000m2，占发电场总面积0.2％。水力模型研究包括各项可能的极端事件，如：波浪扰动的数值模拟和海浪，水流和冰受力算。由于Nysted海底石头较多，单桩式基座不可行，重力式基座较为合适。图1： Nysted 风电用的重力型基座，基座运载和安装的过程要求混凝土基座尽可能轻质。为此，该项目的基座采用带个开孔、单杆、顶部冰锥形的六边形底部结构，底部直径15米，最大高度16.25米，单个基座在中重量低于1300吨，适合海上操作。EIDE V号起重机船从运输码头把基座运载过去。然后，通过孔内添加重物和单杆为基座又增加了500吨重量，这些重量可保持基座的稳定性，防止滑移和倾覆刷保护分为两层结构，包括石头外层和一过滤层，材料由驳船上的液力挖掘机放置。 塔架要求：每个塔架有69米高，比陆上涡轮机的塔架低大约10％，这是由于陆上风切高于海上，只要采用较低的塔架就可获得相同的发电量。

风力发电机叶片工艺流程

风力发电机叶片制作工艺流程 传统能源资源的大量使用带来了许多的环境问题和社会问题，并且其存储量大大降低，因而风能作为一种清洁的可循环再生的能源，越来越受到世界各国的广泛关注。风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。并且，随着叶片的增大，刚度也成为主要问题。为了实现风力的大功率发电，既要减轻叶片的重量，又要满足强度与刚度要求，这就对叶片材料提出了很高的要求。 1 碳纤维在风力发电机叶片中的应用 叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。 1）提高叶片刚度，减轻叶片质量 碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。Vesta Wind System 公司的V90型3.0 MW发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80 型2.0MW发电机且为39m长的叶片质量相同。同样是34 m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。 2）提高叶片抗疲劳性能 风机总是处在条件恶劣的环境中，并且24h处于工作状态。这就使材料易于受到损害。相关研究表明，碳纤维合成材料具有良好的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。 3）使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率 使用碳纤维后，叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄，外形设计更有效，叶片更细长，也提高了能量的输出效率。 4）可制造低风速叶片 碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。 5）可制造自适应叶片 叶片装在发电机的轮轴上，叶片的角度可调。目前主动型调节风机的设计风速为13～15m/s(29～33英里/h)，当风速超过时，则调节风叶斜度来分散超过的风力，防止对风机的损害。斜度控制系统对逐步改变的风速是有效的。但对狂风的反应太慢了，自适应的各向异性叶片可帮助斜度控制系统，在突然的、瞬间的和局部的风速改变时保持电流的稳定。自适应叶片充分利用了纤维增强材料的特性，能产生非对称性和各向异性的材料，采用弯曲/扭曲叶片设计，使叶片在强风中旋转时可减少瞬时负载。美国Sandia National Laboratories致力于自适应叶片研究，使1.5MW风机的发电成本降到4.9美分/(kW?h)，价格可和燃料发电相比。 6）利用导电性能避免雷击

风力发电机组风轮叶片型式试验方案要求

风力发电机组风轮叶片产品认证实施规则北京鉴衡认证中心 编号：CGC-R46002：2012 风力发电机组风轮叶片 产品认证实施规则 北京鉴衡认证中心 2012年06月

目录 1. 适用范围 (1) 2. 认证模式 (1) 3. 认证实施的基本要求 (1) 3.1 认证申请 (1) 3.3 型式试验 (1) 3.4 工厂审查 (2) 3.5认证结果评价与批准 (3) 3.6获证后监督 (4) 4. 认证证书 (5) 4.1 认证证书的保持 (5) 4.2 认证证书覆盖产品的扩展 (5) 4.3认证证书的暂停、注销和撤销 (6) 5. 产品认证标志的使用规定 (6) 5.1 准许使用的标志样式 (6) 5.2 变形认证标志的使用 (6) 5.3 加施方式 (6) 5.4 加施位置 (6) 6. 认证收费 (6) 附件1 风力发电机组风轮叶片产品认证申请所需提交文件资料清单 (7) 附件2 风力发电机组风轮叶片设计文档要求 (9) 附件3 风力发电机组风轮叶片型式试验方案要求 (10) 附件4 产品认证工厂质量保证能力要求 (12) 附件5 评估资料企业代管申请表 (16) 附件6 代管资料证明书 (17)

1. 适用范围 本规则适用于风轮扫掠面积等于或大于200m2的水平轴风力发电机组风轮叶片产品认证。 2. 认证模式 设计评估+ 型式试验+ 工厂审查+ 获证后监督 3. 认证实施的基本要求 3.1 认证申请 3.1.1认证申请单元划分 认证单元的划分按照产品型号进行划分。同一制造商、同一产品型号，不同生产场地生产的产品应作为不同的申请单元。但不同生产场地生产的相同产品可只做一次型式试验。 3.1.2 申请时需要提交的技术文件资料 产品认证申请所需提交的图纸和文件资料见“风力发电机组风轮叶片产品认证申请所需提交文件资料清单”（附件1）。 3.1.3 评估资料企业代管申请(适用时) 对于附件1“风力发电机组风轮叶片产品认证申请所需提交文件资料清单”的部分文件资料，如果申请认证的单位出于“技术保密”的理由，不方便移交我方带走封存的，可以由申请认证的单位提出认证评估资料代管申请（见附件5）“评估资料企业代管申请表”，并列出代管资料清单，经过我方审批申请、审查资料、加盖审批章/备查章以及加封（贴封条）后，由申请认证的单位保管、出具代管资料证明书（见附件6）“代管资料证明书”。申请认证的单位在认证有效期内务必妥善保管资料，不得拆封、挪用、修改、损坏，以备我方随时查阅。 3.2设计评估 鉴衡认证中心将依据GB/T 25383-2010 《风力发电机组风轮叶片》，或鉴衡认证中心认可的其他标准和适用技术要求，并结合产品的设计条件和预定用途，对所收到的图纸和文件进行符合性审查。 设计文档内容应满足“设计文档要求”（附件2）。 3.3 型式试验 3.3.1型式试验方案（以下简称试验方案）的确定 申请方应根据认证依据的标准和适用技术要求，拟定试验方案，提交认证机构审查。试验方案应明确检测项目、方法、条件及合格判定依据的标准、技术要

风力发电机组总体设计

1．总体设计 一、气动布局方案 包括对各类构形、型式和气动布局方案的比较和选择、模型吹风，性能及其他气动特性的初步计算，确定整机和各部件（系统）主要参数，各部件相对位置等。最后，绘制整机三面图，并提交有关的分析计算报告。 二、整机总体布置方案 包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置。此时要求考虑布置得合理、协调、紧凑，保证正常工作和便于维护等要求，并考虑有效合理的重心位置。最后绘制整机总体布置图，并编写有关报告和说明书。 三、整机总体结构方案 包括对整机结构承力件的布置，传力路线的分析，主要承力构件的承力型式分析，设计分离面和对接型式的选择，和各种结构材料的选择等。整机总体结构方案可结合总体布置一起进行，并在整机总体布置图上加以反映，也可绘制一些附加的图纸。需要有相应的报告和技术说明。 四、各部件和系统的方案 应包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构型式、参数及附件的选择等工作。最后，应绘制有关部件的理论图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。五、整机重量计算、重量分配和重心定位 包括整机总重量的确定、各部分重量的确定、重心和惯量计算等工作。最后应提交有关重量和重心等计算报告，并绘制重心定位图。 六、配套附件 整机配套附件和备件等设备的选择和确定，新材料和新工艺的选择，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。最后提交协作及采购清单等有关文件。总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重地进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有重大反复。阶段的结果是应给出风力发电机组整机三面图，整机总体布置图，重心定位图，整机重量和重心计算报告，性能计算报告，初步的外负载计算报告，整机结构承力初步分析报告，各部件和系统的初步技术要求，部件理论图，系统原理图，新工艺、新材料等协作要求和采购清单等，以及其他有关经济性和使用性能等应有明确文件。 2．总体参数 在风轮气动设计前必须先确定下列总体参数。 一、风轮叶片数B 一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ。目前用于风力发电一般属于高速风力发电机组，即λ＝4-7 左右，叶片数一般取2—3。用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水。而叶片数少的风力发电机组的高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能

DL_T_5383-2007风力发电场设计技术规范

风力发电场设计技术规范DL/T5383-2007 Technical specification of wind power plant design 1.范围本标准 规定了风力发电场设计的基本技术要求。本标准适用于 装机容量5MW及以上风力发电场设计。 2.规范性引用文件 GB5005935~110KV变电所设计规范 GB5006166KV及以下架空电力线路设计规范 DL/T5092110KV~500KV架空送电线路设计技术规程 DL/T5218220KV~500KV变电所设计技术规程 3.总则 3.0.1风力发电场的设计应执行国家的有关政策，符合安全可靠、技术先进和经济合理 的要求。 3.0.2风力发电场的设计应结合工程的中长期发展规划进行，正确处理近期建设与远期 发展的关系，考虑后期发展扩建的可能。 3.0.3风力发电场的设计，必须坚持节约用地的原则。 3.0.4风力发电场的设计应本着对场区环境保护的，减少对地面植被的破坏。 3.0.5风力发电场的设计应考虑充分利用声区已有的设施，避免重复建设。 3.0.6风力发电场的设计应本着“节能降耗＂的原则，采用先进技术、先进方法，减少 损耗。 3.0.7风力发电场的设计除应执行本规范外，还应符合现行的国家有关标准和规范的规 定。 4.风力发电场总体布局 4.0.1风力发电场总体布局依据：可行性研究报告、接入系统方案、土地征占用批准 文件、地质勘测报告、环境影响评价报告、水土保持评价报告及国家、地方、 行业有关的法律、法规等技术资料、 4.0.2风力发电场总体布局设计应由以下部分组成： 1.风力发电机组的布置 2.中央监控室及场区建筑物布置 3.升压站布置。 4.场区集电线路布置 5.风力发电机组变电单元布置 6.中央监控通信系统布置 7.场区道路 8.其他防护功能设施（防洪、防雷、防火） 4.0.3风力发电场总体布局，应以下因素： 1.应避开基本农田、林地、民居、电力线路、天然气管道等限制用地的区域。 2.风力发电机组的布置应根据机组参数、场区地形与范围、风能分布方向确定，并与本声规划容量、接入系统方案相适应。 3.升压站、中央监控室及场区建筑物的选址应根据风力发电机组的布置、接入系统的方案、地形、地质、交通、生产、生活和安全要素确定，不宜布置在主导风能分布的下风各或不安全区域内。 4.场区集电线路的布置应根据风力发电机组的布置，升压站的位置及单回集电线路的输送距离、输送容量、安全距离确定。

风力发电机组叶片的故障分析及维护毕业设计

酒泉职业技术学院 毕业设计（论文） 10 ___ 级风能与动力技术专业 s：风力发电机组叶片的故障分析及维护 毕业时间:二0 — 0年六月 学生姓名: 指导教师: 班级:风能与动力技术（1）班 2012 年H 月20 R

摘要 一、风机叶片简介 二、维护叶片的目的 三、叶片产生问题的原因及故障分析 （一）叶片产生问题的原因类型 （二）风机叶片的常见损坏类型及诊断方法 四、叶片的维护13 总结 （一）叶片裂纹维护（二）叶片砂眼形成与维护 （三）叶尖的维 护 参考文献致谢13 13 13 14 14 15

风力发电机组叶片的故障分析及维护 扌商要：风机叶片是发电机组的动力源泉，是风电机组的关键部件之一，叶片状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，应该引起风电企业的高度重视。风机多是安装在 环境恶劣、海拔高、气候复杂的地区，而叶片乂恰恰是工作在高空、全天候条件下, 经常受到空气介质.大气射线、沙尘、雳电、暴雨、冰雪的侵袭，其故障率在整机中约占三分之一以上。定期检査，早期发现，尽快采取措施，把问题解决在萌芽状态是避免事故、减少风险、稳定电场收益的最有效方武。如果对问题的萌芽和苗头不重视，时间越长，问题积累 越多，后果就越严Mo ih于叶片的事故多发在盛风期，停机修复必将带 来很大的经济损失，如果是叶片彻底失效，不得不更换，造价昂贵的叶片，加上定货、运输、安装、调试……，企业将面临发电损失、高额的叶片费用和维修费用。叶片的设计寿命应该与主机一样至少工作20年，但是只有对叶片进行定期维护、维修，精心呵护，才能保证叶片与风机的其他部件一样长期稳定的丄作，才能为电场安全运行提供有力的保障。 关键词：叶片：故障分析：维护 一、风机叶片简介 风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，结构上分根部、外壳、龙骨三个部分。类型多种，有尖头、平头、钩头、带襟翼的尖部等。制造工艺主要包括阳模一翻阴模 f铺层f加热固化一脱模一打磨表面一喷漆等。设讣难点包括叶型的空气动力学设 IN强度、披劳、噪声设计、复合材料铺层设计。工艺难点主要包括阳模加工、模翻制、 树脂系统选用。叶片是一个大型的复合材料结构，其重量的90%以上山复合材料组成，每 台发电机一般有三支叶片,每台发电机需要用复合材料达四吨之多。 二.维护叶片的目的 风机叶片是风电机组关键部件之一，其性能直接影响到整个系统的性能。叶片工作在高空，环境十分恶劣，空气中各种介质儿乎每时每刻都在侵蚀着叶片，春夏秋冬、酷?昌严寒、雳电、冰雹、雨雪、沙尘随时都有可能对风机产生危害，隐患每天都有可能演变成事故。据统讣，风电场的事故多发期多是在盛风发电期，而山叶片产生的事故要占到事故的三分之一，叶片发生事故电场必须停止发电，开始抢修，严重的还必须更换叶片，这必将导致高额的维修费用，也给风电场带来很大的经济损失。在我国风电开发还 处于一个发展阶段，风场管理和配套服务机制尚不完善，尤其是风电企业对叶片的维护还 没有引起充分认识，投入严重不足，风电场运转存在许多隐患，随时都会出现许多意想不 到的事故，直接影响到风电场的送电和经济效益。根据对风电场的调査和有关数据分析， 并参阅了许多国外风电场维护的成功经验，我们对风电场的日常维护的必要性有了更深刻 的了解。我认为，建立良好的叶片正常维护制度是保证风电场效益的基础，以少量的投入 避免巨大的损失、换取最佳经济效益的最好方式。

风力发电机设计

摘要 自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不确定特点，如何使风力发电机的输出功率稳定，是风力发电技术的一个重要课题。迄今为止，已提出了多种改善风力品质的方法，例如采用变转速控制技术，可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。由于变转速风力发电组采用的是电力电子装置，当它将电能输出输送给电网时，会产生变化的电力协波，并使功率因素恶化。 风能利用发展中的关键技术问题风能技术是一项涉及多个学科的综合技术。而且，风力机具有不同于通常机械系统的特性：动力源是具有很强随机性和不连续性的自然风，叶片经常运行在失速工况，传动系统的动力输入异常不规则，疲劳负载高于通常旋转机械几十倍。 本文通过对风力发电机的总体设计，叶片、轮毂机构的设计，水平回转机构的设计，齿轮箱系统的设计，以达到利用风能发电的目的，有效利用风能资源，减少对不可再生资源的消耗，降低对环境的污染。 关键词：风能；风力发电机；叶片；轮毂；齿轮箱

Abstract Natural wind speed and direction of change is random, wind characteristics of uncertainty, how to make wind turbine output power stability, wind power technology is an important subject. So far, have raised a variety of ways to improve the quality of the wind, such as the use of variable speed control technology, can make use of wind round the moment of inertia smooth power output. Because variable speed wind power group using a power electronic devices, when it will transfer to the output of electric power grids, will change in the wave's power, and power factor deterioration. Use of wind energy in the development of key technical issues involved in wind energy technology is one of a number of integrated technical disciplines. Moreover, the wind turbine is usually different from the mechanical system characteristics: a strong power source is not random and continuity of the natural wind, the leaves often run in the stall condition, the power transmission system very irregular importation, fatigue load than Rotating Machinery usually several times. Based on the wind turbine design, leaves, the wheel design, level of rotating the design, gear box system design, use of wind power to achieve the objective of effective use of wind energy resources, reduce non-renewable resources Consumption, reduce the environmental pollution. Key words: wind power；wind power generators；blade；wheel；Gearbox

.MW海上风电机组的汇总

海上风电机组的概念设计 目前，海上风力发电机组的主流机型是2.3～5MW双馈或半直驱机型，已交付或已有订单的机型主要如下表所示： 公司名称机组型号已交付使用正在安装已有订单丹麦vestas V90 /3MW257台260台（含V112）西门子公司SWT-2.3311台90台 西门子公司SWT-3.6151台593台 德国REpower5M8台351台 德国Multibrid M500027台245台德国Enercon E-126/6MW8台 GE公司GE 3.6sl 7台130台 华锐公司3MW 34台 德国BARD VM5MW 5台80台 德国Nordex2MW 8台 德国Nordex 2.5MW 11台 芬兰WinWind 3MW 10台 由上表可见丹麦vestas 的V90 /3MW，西门子公司的SWT-3.6，德国REpower的5M，德国Multibrid的M5000，GE公司的GE 3.6sl和德国BARD公司的VM5MW机组被市场认可，由此可见3MW以上风电 机组是最近几年海 上风力发电机组的 主力机型。 V90 /3MW机 组是vestas在2002 年5月开始试制 的，右图为V90 /3MW的示意图。 V90 /3MW机

组是首台采用紧凑型结构的风力发电机组，可以认为是取消了低速轴。2009年9月vestas又研制出了V112-3.0MW离岸型风力发电机组，这是V90-3.0MW的改进型，其安全等级为IECS，适于在平均风速9.5m/s的海上使用，这种机组采用三级增速齿轮箱，永磁同步发电机，短低速轴。该机型应该是维斯塔斯准备大批量生产的产品，下图为V112-3.0MW的外形图。 V112-3.0MW机组计划安装在英国沃尔尼第二海上风力发电场，2011年年底交付使用。V112-3.0MW技术参数如下表所示： 序号部件单位数值 1 机组数据 1.1 制造厂家/型号V112－3.0MW 1.2 额定功率kW 3000 1.3 轮毂高度（推荐方案）m 84.94/119 1.4 切入风速m/s 3 1.5 额定风速m/s 12 1.6 切出风速（10分钟平均值）m/s 25 1.7 极端（生存）风速（3秒最大值）m/s 59.5(IECIIA)5 2.5（IECIIIA） 1.8 预期寿命y 20 2 风轮

风电机组地基基础设计规定

1 范围 1.0.1 本标准规定了风电场风电机组塔架地基基础设计的基本原则和方法，涉及地基基础的工程地质条件、环境条件、荷载、结构设计、地基处理、检验与监测等内容。 1.0.2 本标准适用于新建的陆上风电场风电机组塔架的地基基础设计。工程竣工验收和已建工程的改（扩建）、安全定检，应参照本标准执行。 1.0.3 风电场风电机组塔架的地基基础设计除应符合本标准外，对于湿陷性土、多年冻土、膨胀土和处于侵蚀环境、受温度影响的地基等，尚应符合国家现行有关标准的要求。

2 规范性引用文件 下列标准中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用标准，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些标准的最新版本。凡是不注日期的引用标准，其最新版本适用于本标准。 GB 18306 中国地震动参数区划图 GB 18451.1 风力发电机组安全要求 GB 50007 建筑地基基础设计规范 GB 50009 建筑结构荷载设计规范 GB 50010 混凝土结构设计规范 GB 50011 建筑抗震设计规范 GB 50021 岩土工程勘察规范 GB 50046 工业建筑防腐蚀设计规范 GB 50153 工程结构可靠度设计统一标准 GB 60223 建筑工程抗震设防分类标准 GB 50287 水力发电工程地质勘察规范 GBJ 146 粉煤灰混凝土应用技术规范 FD 002—2007 风电场工程等级划分及设计安全标准 DL/T 5082 水工建筑物抗冰冻设计规范 JB/T10300 风力发电机组设计要求 JGJ 24 民用建筑热工设计规程 JGJ 94 建筑桩基技术规范 JGJ 106 建筑基桩检测技术规范 JTJ 275 海港工程混凝土防腐蚀技术规范

风力发电机叶片材料选用介绍

风力发电机叶片材料选用介绍 叶片是风力发电机组的重要构件。它将风能传递给发电机的转子，使之旋转切割磁力线而发电。为确保在野外极其恶劣环境中长期不停、安全地运行，对叶片材料的要求是：①密度小且具有最佳的疲劳强度和力学性能，能经受住极端恶劣条件和随机的负荷（如暴风等）的考验，确保安全运转20年以上；②成本（精确说为分摊到每度电的成本）低；③叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲红都正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性好；④耐腐蚀、耐紫外线（UV）照射和抗雷击性好；⑤维护费用低。 FRP完全可以满足以上要求，是最佳的风力发电机叶片材料。 1.1 GFRP 目前商品化的大型风机叶片大多采用玻璃纤维增强塑料（GFRP）制造。GFRP叶片的特点为： ①可根据风机叶片的受力特点来设计强度与刚度 风机叶片主要是纵向受力，即气动弯曲和离心力，气动弯曲载荷比离心力大得多，由剪切与扭转产生的剪应力不大。利用玻璃纤维（GF）受力为主的受力理论，可将主要GF布置在叶片的纵向，这样就可使叶片轻量化。 ②翼型容易成型，可达到最大气动效率 为了达到最佳气动效果，利用叶片复杂的气动外形，在风轮的不同半径处设计不同的叶片弦长、厚度、扭角和翼型，如用金属制造则十分困难。同时GFRP叶片可实现批量生产。 ③使用时间长达20年，能经受108以上疲劳交变载荷GFRP疲劳强度较高，缺口敏感性低，内阻尼大，抗震性能较好。 ④耐腐蚀性好 由于GFRP具有耐酸、碱、水汽的性能，可将风机安装在户外，特别对于近年来大力发展的离岸风电场来说，能将风机安装在海上，使风力机组及其叶片经受各种气候环境的考验。 为了提高GFRP的性能，还可通过表面处理，上浆和涂覆等对GF进行改性。美国的研究表明，采用射电频率等离子体沉积去涂覆E-GF，其拉伸及耐疲劳性可达到碳纤维（CF）的水平。 1.2 CFRP

风力发电场设计技术规范----DL

风力发电场设计技术规范DL/T 2383-2007 Technical specification of wind power plant design 1. 范围本标准规定了风力发电场设计的基本技术要求。本标准适用于装机容量5MW 及以上风力发电场设计。 2. 规范性引用文件 GB 50059 35~110KV 变电所设计规范 GB 50061 66KV 及以下架空电力线路设计规范 DL/T 5092 110KV~500KV 架空送电线路设计技术规程 DL/T 5218 220KV~500KV 变电所设计技术规程 3. 总则 3.0.1 风力发电场的设计应执行国家的有关政策，符合安全可靠、技术先进和经济合理的要求。 3.0.2 风力发电场的设计应结合工程的中长期发展规划进行，正确处理近期建设与远期发展的关系，考虑后期发展扩建的可能。 3.0.3 风力发电场的设计，必须坚持节约用地的原则。 3.0.4 风力发电场的设计应本着对场区环境保护的，减少对地面植被的破坏。 3.0.5 风力发电场的设计应考虑充分利用声区已有的设施，避免重复建设。 3.0.6 风力发电场的设计应本着“节能降耗”的原则，采用先进技术、先进方法，减少损耗。 3.0.7 风力发电场的设计除应执行本规范外，还应符合现行的国家有关标准和规范的规定。 4. 风力发电场总体布局 4.0.1 风力发电场总体布局依据：可行性研究报告、接入系统方案、土地征占用批准文件、地质勘测报告、环境影响评价报告、水土保持评价报告及国家、地方、行业有关的法律、法规等技术资料、 4.0.2 风力发电场总体布局设计应由以下部分组成： 1.风力发电机组的布置 2.中央监控室及场区建筑物布置 3.升压站布置。 4.场区集电线路布置 5.风力发电机组变电单元布置 6.中央监控通信系统布置 7.场区道路

海上风力发电所面临的困境

海上风力发电所面临的困境 1、规划困局 据业内人士透漏，“与陆上风电多建设在人烟稀少之地不同，海洋寸海寸金，各地方政府早已对自己的海域做出规划。显然，在生态农业、养殖、旅游以及沿海城镇经济诸多选择中，目前仅能盈亏“平衡甚至亏本的海上风电并不是各级政府的首选项目。在海上发展风电，不只是发改委、能源局说了算，海洋局是海域的直接管理部门，能源局的风电规划与海洋区域功能区划之间缺乏协调沟通，而地方利益在海上风电中也没有得到体现。”[行业透视， 2012年2月，xx] 2、技术瓶颈 在海上建设风电场，所需风电设备的技术含量要大大超过陆上风电。我国的风机制造企业，由于起步较晚，技术水平相比国外普遍落后，目前国内企业制造的大型风机，存在着稳定性不足的问题，而海上风机的维修时间较长，且成本非常高，这样也间接推高了海上风电场的投资成本。在经营风险较大的情况下，一些企业对海上风电领域内的投资采取了观望的态度。除了风机技术外，输电技术也是制约海上风电开发的关键技术。要想解决海上风电的并网问题，我国需建设女全、稳定和高效运行的智能电网。 海洋工程技术在海上风电的开发过程中，同样是小可缺少的关键技术。海上风电设备研制和风电场的建设可以说是海洋工程装备设计研发的一个重要领域，或者说是海洋工程装备的重要拓展领域。目前海上风电场大都位于水深 20m左右的近海海域，采用固基的着底式风电机塔。今后将逐步向水深100m 甚至几百米的海域发展，浮基海上风电场将是一种经济性和实用性兼顾的重要发展方向。从保证海上风电塔(固基或浮基)、锚碇系统有效运行的观点而言，除了其本身的特殊要求外，与传统的海洋工程装备(如各类海洋石油平台)有相当多的共性关键技术问题。 3、成本问题