浏览次数：276一、立项背景
宝力格风电场200台FD70型风力发电机组（叶轮直径70米）共装配600支某厂家生产的HT34型叶片（单支叶片长34米），自投运以来风电场已共计发生10次叶片运行中直接折损事件。叶片折损部位主要发生在其R8-R12之间，呈折断形式。从折断部位观察，主要因叶片承重梁先受到损坏，最终导致内部受力不均而造成折断
1、HT34型叶片典型缺陷及理论寿
为了应对惠腾叶片频繁折断问题，2018年7月，风电场委托专业叶片检修单位对场内叶片进行了一次评估，并出具了一份《中广核宝力格风电场HT34型叶片健康诊断及技术经济性分析》报告，报告从风机微观选址、承载力分析、安全余量校核、设计材料选型、生产工艺把控等方面对场内叶片进行了评估，采用等效工程算法对样本叶片剩余寿命进行了计算，得出的结论是场内惠腾叶片的理论寿命为11-13年（风力发电机理论寿命为20年）
2、HT34型叶片缺陷产生机
（1）叶片材质问
叶片生产厂家早期出于成本考虑使用聚酯树脂作为原材料，但是聚酯树脂在寒冷的冬季容易脆化，经过近 10 年时间运行，聚酯树脂材料衰减老化加剧，脆化度增加
（2）制造存在缺
叶片最大弦长至接近 1/2 叶片长的局部，属于叶片曲率很不连续的区域，曲率不连续将导致叶片铺层贴合度难度较大。且此处叶片表面积和弯度最大，也是提供叶片整体刚度和承担载荷的最主要区域。由于该型叶片早期生产工艺不达标，导致R8-R16区域有较多缺陷，从已折损的叶片来看全部都是从该区域折断
（3）设计安全余量不足原
叶片原始设计存在较大设计安全余量不足问题，无法满足叶片安全运行 20 年，尤其在叶片运行 5 年后开始出现材料衰减、运行环境材料老化后，叶片强度降低，难以抵御复杂载荷作用，开始出现裂纹。疲劳载荷作用下，在加载初期迅速发生大量基体开裂，所形成的裂纹及其累积造成纵向弹性模量显著衰减
3、HT34型叶片对于风电场经济效益的影
2017年-2019年，中广核宝力格风电场因叶片缺陷导致近120台机组先后长期停机（停机30天以上），造成电量损失超过1.2亿千瓦时，叶片更换、维修费用4700余万元，直接经济损失约9860余万元，该HT34型叶片批次性质量性问题为风电场的经营效益造成了极大的影响
二、内涵、机理
1、宝力格风电场风资源分
①、空气密
宝力格风电场海拨大约为1350m，查阅可研报告，根据气象站1956~2017年实测的平均气压、平均气温、空气密度，按低温环境-5℃计算当地空气密度。通过公式计算，可得到风场当地空气密度为1.11 kg/m3
（当地空气密度计算公式
式中
ρ-空气密度，kg/m
h-当地大气压力，P
t -温度，
②、风电机组部件初步评
根据风场风资源数据计算改造后各部件的极限和疲劳载荷，通过与机组设计载荷对比，对可行性进行初步判断
2、仿真建
根据对宝力格风场风资源情况的分析以及叶片改造方案，对整个系统进行动力学仿真建模，并对各设计工况进行载荷计算，通过对比极限载荷和疲劳载荷，对风电机组主要部件进行安全性校核
3、极限载荷和疲劳载荷对
将改造后叶片极限计算载荷与极限设计载荷对比，可知叶片计算载荷小于叶片设计值，只有部分截面挥舞载荷高于设计值，通过对叶片安全性进行综合评估得出，改造后加长型叶片是能够满足要求的。此外，经校验机组其他部件极限计算载荷小于极限设计载荷，所是满足叶片加长改造要求的。疲劳载荷经计算亦满足需求
4、对塔架强度进行校
分别对塔架的极限强度和疲劳寿命进行分析，通过仿真计算得出塔架的强度校核。计算结果显示塔架屈曲和焊缝疲劳损伤都小于1，由此可判断，改造后机组的塔架是满足要求的
5、对机组基础进行复
经复核，叶片加长后的风机载荷加载到原风机基础上时，正常运行荷载工况下不满足基底脱开面积要求，需要对基础进行加固型改造
三、叶片加长技术亮点
创新点一：
本课题摒弃风电行业内“原型号替代”的大部件质量问题解决思路，充分利用机组部件设计裕量，采用加长型叶片替换存在批次质量问题的旧叶片，用超发的电量弥补新设备的采购费用，既消除了大部件质量问题造成的电量损失，同时提升了设备的安全性能
创新点二
在机组其他部件不更换的前提下更换加长型叶片，将叶轮扫风面积增加21.6%，单台机组电量提升可达到26%-36%，极大地提高了叶片的风能捕获能力并优化了机组的功率曲线
创新点三
利用工程软件对原有基础进行校核，在保留原有基础的情况下进行创新性加固设计，降低了改造成本，使得改造项目切实可行
四：实施前后效果（效益）对比
叶片改造后，在不限电的情况下，按宝力格风场年平均风速8.5m/s估算，单台机组每年约多发40万千万时电量，电量单价按0.42元/千瓦时计算，则每台机组每年增加收入16.8万元
如进行此项改造，在机组剩余生命周期内，收入增加值约为100.8-126万元，基本可抵消新型叶片的采购、吊装费用，可以说既解决了旧叶片安全性、可靠性低问题，又最大限度地降低了叶片问题处置成本
五、成果的推广
经过充分论证，该方案已在宝力格风电场46号机组进行了应用，并且推广到内蒙古北方龙源风电场、大唐新能源达里、左云风电场相同机组。通过进行此项改造，有效提升了风力发电机组的安全性、消除了因叶片问题导致机组长期停机电量损失，发电效益较未改造前提升了近21.3%
目前国内运营同时期（2007年-2010年）生产的1.5MW风力发电机组近20000台，其中安装具有质量问题叶片的机组近2000台（包括中广核新能源公司大梁和大岗子风电场同时期安装的360台同型号风机），如果都采用上述方案进行改造，则每年可实现发电量提升近13亿千瓦时，按照电价0.42元/千瓦时计算，每年可提升效益5.46亿元
