风力机流动控制与性能提高的关键技术及应用

发布时间: 2022-11-29

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式：技术转让

成果类型：发明专利,新技术

行业领域：

新能源及节能技术,新能源产业,节能环保产业,科学研究和技术服务业

成果介绍

风力机叶轮的流动控制和增效方法是风力机的核心关键技术，决定了风力机的性能优劣和产品竞争力。上海交通大学机械与动力工程学院在叶轮气动结构设计、叶片复杂流动控制、大型风力机高效稳定运行等方面突破了多项关键技术。 1. 发明了弯掠叶片和带叶尖小翼的叶片结构，提高了风能转换效率；建立了带钝尾缘结构非直叶片根据来流情况自适应变形的降载准则，研制成功具有刚-柔耦合特征的低疲劳载荷超大型柔性叶片，降低了风轮载荷。 2. 建立了风力机非额定工况的气动设计方法，提高了风力机全工况运行效率。提出了风力机能量转换计算新方法，解决了风力机在近、后失速区域气动性能设计方法精度低的问题。 3. 提出了风力机流动控制新方法，保障了风力机在复杂多变环境下的运行效率和稳定性。揭示了海上浮式风力机气动-水动力多体动力耦合规律，一定程度上解决了大型海上浮式风力发电机组稳定安全运行难题。

成果亮点

整机厂商及设计软件在风力机叶片设计时均采用基于动量叶素理论法的二维设计方法，本项目提出基于对叶片绕流复杂三维流动机理的认识、结合大型细长叶片工作特有气动-柔性结构耦合特征，采用弯-扭、非直、气动-结构耦合等设计思路，结合复杂多变环境下风力机近、后失速机理提出风力机增效降载技术，与同类产品相比采用本项目系列发明技术对风力机关键性能指标提升显著。项目形成的风力机高效稳定运行的系列新技术是国际首创经实践证实的有效方法，提升了我国自主研制国际先进水平风力机的能力，促进了风电行业的技术进步和产品国际市场竞争力。

团队介绍

杜朝辉，上海交通大学教授，动力机械及工程专业，担任项目总负责。提出了风力机流动控制与性能提高的关键技术的总体思路和研究方案。发明了提高风力机能量转换效率的叶片和叶轮结构，建立了失速工况下载荷计算方法。竺晓程，上海交通大学副教授，动力机械及工程专业。参与提出了基于三维非直叶片的风力机叶片增效设计方法，参与提出了基于柔性叶片的弯扭耦合降载方案；参与建立考虑叶片上三维气动效应的风力机气动性能预测方法；沈昕，上海交通大学副教授。参与提出了基于叶尖小翼及弯掠叶片的风力机叶片增效形式；参与提出了考虑三维效应快速准确预测风力机气动性能的方法；建立了气动-结构-水动耦合的浮式风力发电系统性能计算方法。欧阳华，上海交通大学研究员，动力机械及工程专业。参与研究了复杂流动特征对叶轮机械气动性能的影响以及基于流动控制的叶轮机械提效方法。

成果资料

产业化落地方案

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成果综合评价报告

评价单位：“科创中国”双碳产业科技服务团 (中国工程热物理学会) 评价时间：2022-12-05

杨科

中国科学院工程热物理研究所

研究员

综合评价

该成果从风力机发电产业满足低发电成本、长寿命需求出发，提出风力机提高风能转换和利用率的关键技术，研究成果覆盖了提高风力机能量转换效率的叶片和叶轮结构、不稳定工况下的高效气动设计方法、风力机叶片复杂流动控制技术，在风力机复杂工况下流动机理研究和仿真、设计方面具有新颖性，对风力发电行业有引领性作用，技术创新性很强，且技术成熟，投资回报比较可靠，目标市场处于成长市场。总体而言，该项目技术思路方向很好，未来市场空间大，有利于当前政策要求，转化成熟度很高，值得支持推广。建议强化相应产品开发，加大产业链开发力度。

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