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

　　經(jīng)濟(jì)效益預(yù)計:風(fēng)力發(fā)電總投資增加3%，在風(fēng)電場就能使葉片變形，風(fēng)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(fēng)能利用系數(shù),近年出現(xiàn)了中低風(fēng)速時面積變大、高風(fēng)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(xué)的不同專利申請)、縱向伸縮式葉片(葉片根部伸縮,華銳風(fēng)電公司的授權(quán)專利)和橫向伸縮式葉片(葉片中部橫向伸縮,西安交通大學(xué)的專利申請)。

　　2項目技術(shù)先進(jìn)性

　　本專利“水平軸式風(fēng)力機(jī)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(jī)的設(shè)計

　　現(xiàn)已經(jīng)基本完成變形裝置樣機(jī)(80米直徑1500千瓦額定風(fēng)速13米/秒的水平軸式風(fēng)電變形葉片)工程CAD圖、工藝和安裝設(shè)計,計劃在三個月內(nèi)按此設(shè)計完成樣機(jī)試制、風(fēng)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(fēng)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(yáng)機(jī))、鋼繩和相關(guān)的幾組定滑輪裝置(其裝配草圖見附件2.1、2.2)構(gòu)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(fēng)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(jī)副葉片的升降時刻，定為風(fēng)速約6米/秒以下時升，約8米/秒時降。

　　該系統(tǒng)有：

　　①副葉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(yuǎn)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(fēng)輪徑向晃動，滑軌條限位板使副葉片前邊沿不能沿風(fēng)輪軸向晃動;

　　②前后定位板(見附件1)——為了讓副葉片容易套入和風(fēng)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(fēng)輪軸向晃動，并對形成預(yù)設(shè)的翼形斷面有主導(dǎo)作用。該預(yù)設(shè)的翼形斷面與相應(yīng)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(qiáng)板鉸連;

　　④徑向定位鎖卡(見附件1)——主葉片后沿有近遠(yuǎn)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(yuǎn)鎖卡分別通過定位桿，將副葉片后邊沿鎖定而不能沿風(fēng)輪徑向晃動。遠(yuǎn)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(yù)設(shè)的翼形斷面有輔助性作用。近遠(yuǎn)鎖卡的開關(guān)均由彈簧和細(xì)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(jī)連接并由其提供動力。這樣該鎖卡的開關(guān)動力可以足夠大。

　　⑤鋼繩限位滑套(見附件3.2)——有二種不同結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(jī)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(jié)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(fēng)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(jī)在近主葉尖約8米長的一段迎風(fēng)面積增加約11平方米,即相當(dāng)于該段主葉片面積增加了一倍多,而該段主葉片對風(fēng)電量的貢獻(xiàn)約占50%，以此估計出平均風(fēng)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(fēng)電項目(中國第一個高山風(fēng)電項目)為例，一期工程已安裝33臺1.5兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fēng)電量288萬度。設(shè)該風(fēng)區(qū)8米/秒風(fēng)速以下時段全年達(dá)8000小時,若此時段平均風(fēng)速6米/秒、1.5兆瓦機(jī)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(fēng)電量,和鋼繩和前后定位板等附加零件減少的風(fēng)電量后,共增風(fēng)電量約20%。

　　若按1.5兆瓦風(fēng)電容量、購置改造卸裝費(fèi)用30萬元(相當(dāng)于1.5兆瓦風(fēng)電一般總投資1000萬元的3%)、發(fā)電量增20%、上網(wǎng)風(fēng)電費(fèi)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(fèi)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(fēng)電機(jī))改裝成“變形葉片”機(jī),則年均新增風(fēng)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?dú)g迎多家風(fēng)電和風(fēng)險投資等有較強(qiáng)相關(guān)能量的單位或個人支持合作研發(fā)(主要內(nèi)容是為風(fēng)電現(xiàn)場免費(fèi)將一臺大型舊風(fēng)電機(jī)改裝為全球第一臺變形葉片風(fēng)電樣機(jī))，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