柔性塔筒技术在大型风电机组中的推广

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1、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

2、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、

3、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

4、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）0.310.276塔筒屈曲安全因子0.6570.725塔筒强度安全因子0.9000.865塔筒疲劳安全因子0.8570.886塔筒底部直径4.74.3塔筒重量（吨）279.5257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

5、，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-HH100、SL6000/155-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

6、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问题。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，

7、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DWG格式；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/SL3000/1131.2极端（生存）风速（3秒最大值）m/s52.51.3生存环境温度℃-45℃～+45℃1.4运行环境温度℃-30℃～+45℃1.5设计寿命年201.6塔筒高度m87.71.7塔筒分段段41.8塔筒总重t2571.9基础形式基础