国内外风力机叶片设计技术进展调研报告(3)

一、行业概述

近几年，风电产业发展势头良好，据统计2014年丹麦风能发电量占总发电量比例已经高到39.1%，而中国风能发电量占总发电量比例只有2.8%。中国2014年新增安装风电机组13121 台，新增装机容量23196MW，同比增长44.2% ；累计安装风电机组76241 台，累计装机容量114609MW，同比增长25.4%，2014年新增风电装机量刷新历史记录，但是中国的风电行业的未来还需更多的努力。

理论上，风电机组单机功率越大，每千瓦小时风电成本越低，因此风电机组的技术发展趋势向多适应性地域条件、增大单机容量、提高转换效率的方向发展。

叶片是风力发电机组最基础关键的部件，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风电机组正常运行的重要因素。随着风电机组向低风速区以及特殊自然环境区发展，叶片设计需要满足更多的条件。高原地区空气稀薄密度低，因此需要调整叶轮气动外形设计；海上风电由于盐雾的侵蚀，因此需要加强叶片保护；低温区会出现叶片结冰影响风力机运行，因此需要开发除冰/防结冰技术；某些风场离居民区较近，因此需要降低气动噪声。随着风电机组单机容量的增加叶片直径增加，对叶片材料结构、加工工艺以及道路运输提出了新的要求。叶片直径增加，风力机运行时施加在叶片上的载荷增加，因此需要考虑采用新的复合材料以及充分考虑叶片的气弹耦合；叶片直径更大，现有加工工艺也会面临新的考验；更长的叶片，道路运输将需要寻求新的方式。

叶片的优化设计主要考虑以下几个方面：

A. 叶片不同位置处的翼型组合构成整个叶轮。由于叶片不同位置处气动和结构

的要求不同，因此风力机叶片翼型的需要合理化布置。如：靠近叶尖处翼型应具有较高的升阻比以达到最大功率输出；叶尖处翼型速度通常很高需要低的气动噪声；叶根处翼型应具有较大的相对厚度满足结构和刚度要求；叶片前缘处容易粘附污染物，因此翼型在最大升力系数时应对前缘粗糙度不敏感等。

B. 对于有限长的叶片，风轮下游存在尾迹涡旋如图1所示，涡旋影响风能的捕

捉效率。叶片旋转时主要存在着轮毂附近的中心涡、每个叶片上的边界涡旋以及每个叶片边界的螺旋涡。减少尾迹涡旋是提高风能利用系数的关键因素之一。