火電、核電等電力設(shè)備，其工況條件受人為控制，且變化范圍不大，其部件設(shè)計主要取決于極限載荷。例如，火電機組中的汽輪機、燃?xì)廨啓C，在正常情況下，機組容量越大，初參數(shù)越高，機組的效率就越高。在設(shè)計技術(shù)和制造工藝允許的情況下，開發(fā)大容量機組，無疑有利于機組經(jīng)濟(jì)性的提高。在其他條件相同的情況下，只要能研發(fā)出更長的末級葉片，就能使機組的發(fā)電功率、效率增加，且葉片所受的重力可以忽略不計，對于冷卻水溫度較為恒定的水冷機組，自然環(huán)境對機組的影響也基本可以忽略不計。在提高機組效率上，葉片的生產(chǎn)成本與所能得到的收益相比，基本可以忽略不計。為了提高機組效率，我們曾經(jīng)在火電汽輪機上實施過葉片加長及通流改造，實踐證明不僅可行而且是有成效的，只要機組能順利通過 168h滿負(fù)荷、連續(xù)無故障試運行就基本可以證明新機型的研發(fā)、或改造的成功?；痣娖啓C、燃?xì)廨啓C等近似于單件生產(chǎn)，如有個別缺陷可在機組的試運行、運行過程不斷完善，不會帶來批量性問題，因此可以不經(jīng)過樣機試驗，就可以投入商業(yè)生產(chǎn)。
　　風(fēng)電機組與其他大型發(fā)電設(shè)備相比，有明顯的不同：
　　第一，工況條件不受人為控制，運行條件復(fù)雜、多變，且影響因數(shù)眾多。
　　第二，在增大葉輪直徑、實施葉片加長改造時，葉片成本是考慮的重要因素，而且，葉輪直徑的增加不僅要受到葉片制造技術(shù)的制約，更重要的是還要受到機組的風(fēng)況，及其他機組部件的技術(shù)、強度、壽命等條件的制約，因此，綜合考慮各種因素，在通常情況下，實施加大葉輪直徑改造帶來的社會資源的浪費大于所能得到的社會收益。因種種原因，有的風(fēng)電場實施了 Mita控制器的主控改造，不少風(fēng)電場在改造之前，主控（ WP3100）、變頻器（ ALstom）、通訊控制器（ IC500）以及與變槳控制器（ L&B）之間的硬件接口完全相同，并且主控、變頻器與通訊控制器之間的通訊協(xié)議也相同，主控程序完善、使用方便。在改造之后，造成了機組部件之間的軟硬件不兼容，維修與使用不便，不利風(fēng)電場的集中監(jiān)控，區(qū)域維修，因此，從機組維護(hù)與維修的角度來看，這不僅造成了主控使用的極大不便，維護(hù)、維修成本增加，同時也是社會資源的一大浪費，所以，加大葉輪直徑及機組改造時應(yīng)全面評估。
　　第三，風(fēng)電機組絕大部分的部件設(shè)計主要取決于所承受的疲勞載荷，然而，疲勞損壞往往需要長時間的運行才會出現(xiàn)，因此，機組順利通過了風(fēng)電場試運行及滿負(fù)荷試驗并不能證明機組設(shè)計完善、運行可靠，也不能說明將來機組的故障幾率一定很低。
　　第四，風(fēng)電機組的設(shè)計理念是在無人監(jiān)管下的全自動運行，而對于大型風(fēng)電機組來說，其控制和保護(hù)措施更是不計其數(shù)，此外，在短時間之內(nèi)，也很難證明機組就一定沒有重大設(shè)計缺陷與安全隱患，因此在研發(fā)時需要樣機運行的檢驗，在風(fēng)電場運行時還需要專家們的遠(yuǎn)程指導(dǎo)與故障診斷，以避免風(fēng)電機組重大事故的再次發(fā)生。
　　第五，在通常情況下，風(fēng)電機組的生產(chǎn)屬于批量生產(chǎn)，為了盡可能地減少設(shè)計缺陷，避免在新機型開發(fā)時埋下隱患，因此，需要通過樣機的長時間風(fēng)電場運行進(jìn)行完善。
　　由于當(dāng)今中國的整機廠商眾多，市場競爭激烈，且社會普遍存在著浮躁、冒進(jìn)的心態(tài)，不少風(fēng)電整機廠商在新機型研發(fā)時，其“弱風(fēng)速型”的機組設(shè)計驗證，通常僅是通過數(shù)字計算、仿真及廠內(nèi)試驗得到，沒有經(jīng)過樣機的風(fēng)電場試驗，就投入了大批量生產(chǎn)。
　　我國“弱風(fēng)速”風(fēng)電場的現(xiàn)狀和問題
　　在風(fēng)電機組風(fēng)況及氣象環(huán)境條件不變的情況下，隨著機組的風(fēng)輪直徑增大，葉片重量大大增加，要求其葉片螺栓強度、變槳軸承、變槳系統(tǒng)、主軸軸承、主齒輪箱、偏航電機、偏航液壓剎車器等重要零部件的功率、質(zhì)量相應(yīng)提高，或強度、疲勞壽命增加，另外，塔筒、澆筑基礎(chǔ)的強度也需要相應(yīng)提高。因此，在通常情況下，生產(chǎn)和安裝大葉輪直徑機組將會使成本大大增加。
　　然而，目前我國不少的整機生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)大葉輪直徑機組時，除加大風(fēng)輪直徑外，機組其他部件的質(zhì)量和強度并未提高，或者說他們生產(chǎn)的“弱風(fēng)速型”機組與其生產(chǎn)的他機組相比，僅是葉片長度不同而已，因此，生產(chǎn)大葉輪直徑機組的成本可以大大降低；且不經(jīng)過樣機試驗就大批量地投入生產(chǎn)，其“弱風(fēng)速型”機組的開發(fā)時間也就大大縮短，但是，由此帶來的機組和部件壽命大大縮短，可能隱藏的眾多設(shè)計缺陷和安全隱患等問題，則不容忽視。
　　我國的絕大多數(shù)“弱風(fēng)速型”風(fēng)電場地處山地，其風(fēng)況和地形條件復(fù)雜，不同機位之間的風(fēng)況差別很大。如今興建的不少風(fēng)電場，雖然年平均風(fēng)速很低，但是，其極端風(fēng)速和大風(fēng)期的最高風(fēng)速卻很高，有不少風(fēng)電場的這兩項指標(biāo)并不低于Ⅰ、Ⅱ類風(fēng)區(qū)的極端風(fēng)速和 10min最大平均風(fēng)速，由于業(yè)內(nèi)普遍對風(fēng)電場微觀選址的重要意義認(rèn)識不足，沒能引起投資商的足夠重視。例如，因風(fēng)電場地處山地，不同機位之間的風(fēng)況差別很大，遠(yuǎn)超過一種機型的承受能力，本應(yīng)按照各機位的風(fēng)況條件選擇多種機型與之相對應(yīng)，然而，在實際機組安裝時，不少地方整個一期，甚至幾期機組均選用同種機型，對風(fēng)電場微觀選址不夠重視或流于形式。
　　一般地，風(fēng)電場選址需要兩年時間，使用測風(fēng)塔和評估軟件等對選址內(nèi)的風(fēng)資源分布情況進(jìn)行詳細(xì)勘察。國內(nèi)外的經(jīng)驗教訓(xùn)表明，風(fēng)電場選址的失誤造成發(fā)電量損失和增加維修費用等將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對場址進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的費用。因此，風(fēng)電場選址對于風(fēng)電場的建設(shè)是至關(guān)重要的。
　　在微觀選址時，僅有氣象資料提供的風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)是不夠的，一般要在裝機地點附近有代表性的位置用 (一個或多個 )測風(fēng)塔進(jìn)行一年以上的現(xiàn)場測風(fēng)，測量風(fēng)向、風(fēng)速、溫度和湍流強度等。然后根據(jù)這些測量數(shù)據(jù)，利用軟件評估整個風(fēng)電場的風(fēng)資源分布情況。如果地形復(fù)雜，則需要布置多個測風(fēng)塔 ,通過測風(fēng)塔和模擬軟件的評估，可使風(fēng)能資源評估誤差在 5%以內(nèi)。
　　因此，如今不少新機組在投運之后，葉片螺栓斷裂頻發(fā)，葉片斷裂事故時有發(fā)生，齒輪箱等大部件批量損壞，機組的故障幾率極高，這與微觀選址、機組選型有著緊密的聯(lián)系。
　　結(jié)語
　　按照風(fēng)況和技術(shù)條件合理地選擇機組容量與葉輪直徑，以期達(dá)到在機組壽命期內(nèi)的度電成本最低，增加企業(yè)的長期收益，這才是我們應(yīng)當(dāng)追求的目標(biāo)。
　　來源：《風(fēng)能》2016年第1期