柔性塔筒技术在大型风电机组中的推广.docx
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柔性塔筒技术在大型风电机组中的推广
柔性塔筒技术在大型风电机组中的推广
附表1:
电力建设科学技术进步奖申报书
申报成果名称柔性塔筒技术在大型风电机组中的推广
申报单位（公章）
华锐风电科技（集团）股份有限公司
申报时间2015-03-15
中国电力建设企业协会制
成果名称
柔性塔筒技术在大型风电机组中的推广
主要完成单位
华锐风电科技（集团）股份有限公司
主要完成人
李力森万保库陈永军刘庆郭君海
证书需求数量
联系人
手机
电话
邮箱
传真
地址
邮编
申报奖项等级
研制起止时间
本成果主题词
风力发电机组、柔性塔筒、轻量化
成果的主要用途、技术原理简介
随着风电技术的不断发展，更大的叶轮直径和更高的塔筒已成为风电发展的主要趋势，兆瓦级风力发电机组的塔筒高度一般都在数十米以上，甚至超过一百米，随着高度的上升，塔筒的制造成本大幅增加。
大功率机组叶轮直径大，转速低，这就导致激励频率1倍频和3倍频均较低。
塔筒高度增加会导致刚度降低，系统频率减小，按以往设计，需保证在机组运行区间内系统频率介于1倍频和3倍频之间,并尽量远离1倍频和3倍频，以避免出现共振。
这样设计出来的塔筒重量大成本高，针对此问题，本成果致力于研究一种方法，使机组可以采用制造成本低、轻量化设计的塔筒，即柔性塔，并能保证机组不会产生共振。
该成果能大大降低塔筒成本，具有良好的经济效益。
关键技术和创新点概述
本成果在柔性塔筒技术和振动控制策略方面取得创新，具体如下：
1、塔筒结构优化及轻量化设计。
考虑地基刚度、塔筒质量分布、塔筒结构尺寸、机舱及叶轮主要部件的重心分布等因素，通过专业软件对系统频率进行计算，在其他因素不变的前提下，通过调整塔筒直径、壁厚等结构参数，优化塔筒重量，降低制造成本；
2、机组振动控制策略。
柔性塔筒刚度相对较小，系统频率低并可能与激励频率1倍频相交，此时需采取相应措施防止机组产生共振，通过调整控制策略，变桨和发电机电磁扭矩调整，可以使机组快速通过共振转速，从而避免了共振出现；
3、增加塔筒振动阻尼，可以使机组振动快速衰减，从而降低系统振动的振幅；
4、振动实时监测，通过增设加速度传感器，实时监测振动数据，并反馈控制系统，如出现振动过大，将触发安全链停机，保护机组安全。
本成果与同类先进成果技术指标比对分析情况简述
以叶轮直径113米,轮毂高度90米的3兆瓦风电机组SL3000/113-HH90为例，将其塔筒原设计与柔性塔筒的方案进行参数对比如下：
方案比较
HH90原
设计方案
HH90柔
性塔筒
系统一阶频率（Hz）
0.31
0.276
塔筒屈曲安全因子
0.657
0.725
塔筒强度安全因子
0.900
0.865
塔筒疲劳安全因子
0.857
0.886
塔筒底部直径
4.7
4.3
塔筒重量
（吨）
279.5
257
通过上表可以看出，采用HH90柔性塔筒与原设计方案相比，频率降低了11%安全裕度均有所减小，重量减轻22.5吨，单台塔筒的综合制造成本将降低25万以上。
塔筒直径由4.7米降到了4.3米，对运输道路的限制降低，此项优化对于一些山区及一些狭窄路面运输尤其重要，使一些运输道路由不可能变成了可能。
推广应用情况及前景简介
柔性塔筒技术已在多个机型上应用，尤其是在大功率机组的塔筒设计上，如SL3000/113-HH90、
SL5000/128-HH1O0SL6000/155-HH110等机型,其中SL3000/113-HH90机组的柔性塔筒已批量投产，SL5000/128-HH100机型样机已投运，机组运行状态良好，各项性能指标均满足要求，无过大振动出现，深受各项目用户好评。
截至目前，本成果已装机约300台，实现工业产值40亿元。
经济及社会效益情况
近年全球能源需求紧迫，风力发电技术迅速发展，由原来的小型风力发电机组发展为现有的兆瓦级大型风力发电机组，风电设备也逐步大型化，造成风电设备的制造、运输、安装等许多现实问题。
其中，塔筒是风力发电机组的主要承重结构，为机组提供所需的设计高度，发电机功率的增加使得机舱与叶片的总重量增加，设计高度增加，最终塔筒的直径、高度和重量有很大增加，这样带来了塔筒制造、运输及安装工艺和成本冋题。
随着风电技术的成熟，市场竞争也在加剧，风电机组的成本优化需求越来越高，这就对塔筒的成本控制提出了更高的要求。
而本成果提出的柔性塔筒技术可大幅降低塔筒的制造、运输、安装等成本,使得塔筒成本占整个风电机组成本的比重下降，从而提高风电机组的竞争力。
在大型风电机组的推广中，柔性塔筒相对普通塔筒经济效益具有显著优势，因此具有广阔的市场前景。
必要的图表及照片
注：
1.图表按DW酩式；
2.照片按jpg格式。
序
号
部件
单
位
数值
1
塔筒基本技术数
据
1.1
设计厂家/型号
Sinovel/SL3000
/113
1.2
极端（生存）风速（3秒最大值）
m/s
52.5
1.3
生存环境温度
°C
-45C〜+45C
1.4
运行环境温度
°C
-30C〜+45C
1.5
设计寿命
年
20
1.6
塔筒高度
m
87.7
1.7
塔筒分段
段
4
1.8
塔筒总重
t
257
1.9
基础形式
基础环
1.1
法兰材料及制作
Q345E/整体锻
0
形式
造
1.1
1
钢板材料
Q345E
2
塔筒详细参数
2.1
钢板重量
t
232.6
2.2
法兰重量
t
24.4
2.3
塔筒总重
t
257
本成果获何种奖励
申报单位评审意见
报单位公章
年月日
附表2:
电力建设科学技术进步奖评审表
（年度）
科技成果名称：
专业评审编号:
申报单位
主要完成单位
主要完成人
关键技术评述：
序号
评审内容
评审结果
优良
（8〜
10分）
般
（5〜8
分）
较差
（0〜5分）
1
正确性
2
关键技术先
进性
3
成熟可靠性
4
原理科学性
5
流程合理性
6
应用广泛性
7
节能减排合规性
8
文本结构逻辑性
9
申报资料完整性
10
经济效益和社会责任
评审总得分
主、副审人评审意见（应有定性、定量简要描述）：
主审签字：
副审签
字：
、
专业组评审意见（需有明确的推荐意见）：
1、建议通过科技进步奖评审
2、建议推荐获奖等级（关键技术未通过评审，且无专利，不得推荐一等奖）
3、建议雷同科技成果，一家申报，联合署名
4、建议整改后重新申报
5、淘汰
专业评审组组长签字
电力建设科学技术进步奖评审委员会评审结论:
评审委员会主任委员签字
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