安装角问题探析

1、安装角1 基本术语攻角：叶片的相对速度与翼弦线之间的夹角。切入风速：风力发电机组开始输出有用功率时，在轮毂高度处的最小风速。切出风速：设计时规定的风力发电机组输出有功功率时，在轮毂高度的最大风速。额定风速：风力发电机组达到额定功率时的风速。风速频率：一年时间的间距内，相同风速小时数的总各，对于总间距总时数的百分比。叶片安装角：叶根确定位置处翼型几何弦与叶片旋转平面所夹的角度。前缘：翼形中弧线的最前端。后缘：翼型中弧线的最后端。风向玫瑰图：国际上通用的十六位风向的表示方法是在东单西北四个方向各插入一个方向，组成八个方位，及组成十六个方位，按照在此十六个方位风向出现的频率组成的描述风向变化的图形，

2、称为风向玫瑰图2 安装角与攻角。1） 作用在叶片上的力L其中，A为攻角，CW为相对风速，即风速与旋转速度的合速度L为升力，D为阻力DWCl ：为升力系数Cd ：为阻力系数从式中可以看出升力与阻力和攻角有关。升力系数和阻力系数与攻角的关系通常是在风洞测试中完成的，右图是一个巽型为NACA 系列翼型的升力特性曲线和阻力特性曲线，当攻角在在0°-15°范围内，随着攻角的增大，升力系数和升力增加，吸收的风能增加。当攻角大于15°时，随着攻角的增大，升力系数和升力降低，阻力和阻力系数不断增大，机组进入失速状态，吸收的风能降低。2）攻角和安装角 由定义可知，攻角是指相对风速与

3、翼弦线之间的夹角，对于失速型风机来说，叶片的攻角是随着风速的变化而不断变化的，而沿着叶片的长度方向，由于叶片的每一截面的旋转速度的不同，攻角也是不断变化的。因此为了保证在整个叶片长度方向都能达以最佳攻角，将叶片在长度方向上做一扭角，以保证机组达到最佳的出力。安装角是指的旋转平面与翼弦线之间的夹角，调整安装角最终的效果也就是增大或是减少攻角，通过攻角的大小来调整机组的出力。3 影响安装角的因素A） 与空气密度的关系：我们知道，风力发电机组吸收的风能其中：Cp是风能利用系数，A为扫风面积，为空气密度。由式可知，风力发电机组吸收的风能与空气密度成正比。密度越大，吸收的风能越多，因此在确定机组的安装角

4、时，空气密度是一个主要的衡量指标。一般由于项目现场提供的空气密度是一个平均值，而且由于测量数据，及测算的误差，如果可以在现场收集到大气压的数据按照GB18451.2(idtIEC61400-12)风力发电机组 功率特性测量的规定，空气密度按照计算，其中B为大气压，R为气体常数287.05J/(kg.K)，T为绝对温度。可以根据项目现场的实际气压及温度进行测算。下表为空气密度为1.11米/秒时48/750机组各安装角对应理论计算的功率曲线风速-3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 (-2.5-(-3.5)(-1.5-(-2.5)4 11.8 13.8 15.3 16.5 17

5、.2 17.5 3.5 1.9 5 44.4 46.4 48.0 49.2 49.9 50.2 3.6 1.9 6 91.9 93.8 95.2 96.3 96.9 97.0 3.3 1.7 7 156.1 157.6 158.8 159.6 159.8 159.0 2.7 1.0 8 238.0 239.0 239.4 238.8 237.0 234.1 1.5 -2.5 9 335.4 334.4 332.8 330.0 326.5 322.5 -2.6 -6.3 10 437.5 436.2 434.2 431.2 426.6 421.4 -3.3 -7.5 11 529.9 532.5

6、 533.2 532.3 530.1 526.1 3.3 -3.1 12 598.0 608.2 617.2 622.8 622.6 621.8 19.2 5.4 13 644.6 664.0 678.0 688.6 698.5 707.9 33.4 20.5 14 672.4 695.6 716.6 736.8 756.0 769.2 44.2 39.4 15 681.1 710.9 739.9 766.3 789.7 811.3 58.8 49.8 16 678.9 714.2 747.3 778.7 809.3 838.2 68.4 62.0 17 668.8 706.9 744.6 7

7、81.1 816.3 849.6 75.7 71.7 18 654.6 695.3 735.3 774.7 813.9 851.8 80.7 78.5 19 639.4 681.0 723.0 764.8 806.2 846.8 83.6 83.2 20 624.8 667.3 710.0 752.6 795.6 838.7 85.1 85.7 21 612.6 654.7 697.3 741.0 785.0 828.9 84.6 87.7 22 604.0 645.5 687.7 731.0 774.7 819.4 83.7 87.0 23 600.3 640.3 681.3 723.8 7

8、67.4 811.9 81.0 86.1 24 599.5 639.0 679.6 721.0 763.3 807.0 80.1 83.7 25 603.2 641.4 681.3 722.1 763.6 806.5 78.1 82.3 从数据可以看出,当安装角往正方向调整时,可以改变机组4-8米的低风速的功率，而8-12米的范围的由于改变了安装角，功率曲线左移，功率反而有所下降。12米以后随着安装角的变化，机组的功率也随之变化。每调整0.5度，机组在额定点的出力变化大约在20KW左右。下图为48/750机组安装角为-3度时空气密度为1.11和1.054时的功率曲线对照。从图中可以看出空气密度

9、的变化直接影响到整个功率曲线.B） 与风速的关系由于风力发电机组吸收的风能与风速的平方成正比，风速越大，吸收的风能越多，因此在确定安装角的计算时风速也是一考虑的因素。C） 与地形地貌的关系风电场的场址对风速的影响也是很大的，地表粗糙度以及风的切变等，这些在前期的风资源评估当中都会有充分考虑，地表粗糙度过大，会使气流在通过障碍物时形成紊流从而影响能量的吸收。4 确定安装角的所要考虑的因素：A） 当地的风资源数据（平均气压，气温，空气温度以及空气密度等）确定安装角首先需要当地的风资料的数据，主要是指空气密度，平均风速等，通过BLADE 软件模拟风机的实际运行情况，计算出平均空气密度下的理论计算值，

10、也就是我们在项目开始时所担保的功率曲线。B） 风向玫瑰图（确定主风向的关系）通过风向玫瑰图，可以初步确定风电场的风向，主风向及次主风向，我们知道，沿着主风向的方向，风机排成一排相互之间不受干扰，较为理想，但是由于场地及电缆铺设的影响，通常风机是沿着主风向分成几排进行排布的，为了减小排与排之间由于尾流的影响，机组在排布时排与排之间的间距要大于4D以上，而列与列之间的间距大于2D以上。由于考虑尾流的影响，一般在沿主风向及次主风向排布的机组安装角相对要负一些，而后排风机，安装角要调整得正一些，以弥补由于尾流影响对机组出力的影响。C） 风机的排布图通常风机的排布图在项目先期的准备中，风资源的评估当中，

11、通过WASP程序对当地的机组进行排布，排布的方案也是考虑到主风向以及各个风机在整个风电场运行当中处于最佳的的位置。D） 海拔高度从右图可以看出，随着高度的升高，气流越来越平稳，因此在确定安装角时，一般地势较高的风机安装角相对来说要调整得负一些。E） 风速的风频曲线前面我们提到，由于叶片本身的翼型特性，当我们的安装角由负角度向正角度调整时，其低风速段4-7米/秒的范围内出力有了一定的提高，而在8-12米/秒的范围内却有一些下降，超过12米/秒以对机组的出力影响较大。因此我们在确定安装角时，要充分考虑当地的风频风布的曲线，根据当地的风频风布合理的调整安装角，使机组的出力达到最佳状态。F） 担保的功

12、率曲线担保的功率曲线通常是指在当地的风资源状况下机组所能达到的功率曲线，它是一个理论数据，实际机组在运行中由于机位的不同，尾流损失等影响。机组的出力也会有所不同。在确定安装角时，也要参照合同中所要求的考核指标来进行调整。G） 安装角调整时的误差：由于安装角调整时由于读数的及操作，安装角调整值与实测值也存在一定的误差。安装角的测量方法主要有两种，一种是采用角度水平尺寸的方法来测量，另一种是通过照像的方法进行测量。5 几个典型风电场的风资源数据，地形地貌以及安装角的数值。空气密度平均风速海拔高度安装角风电场机型备注1.0257.21520-0.25甘肃6001.0548.831800-0.25承德

13、6001.116.31100-1.25达坂城6001.13961400-0.25赤峰6001.2236.92400-0.5栖霞6001.2235.7500-0.75长岛6001.225750-1衡山6001.2256.850-0.5小长山6001.237750-0.5大长山6001.0158.7205-2.5辉腾锡勒48/750沿主风向为-2.5度,其余为-2度1.0158.7205-2辉腾锡勒48/7501.0448.341750-1.5翁牛特48/750根据主风向调整风机的安装角1.0448.341750-1.25翁牛特48/7501.0448.341750-1.75翁牛特48/7501.0945.81300-2宁夏50/7501.0945.81300-1.75宁夏50/7501.0945.81300-1.5宁夏50/7501.116.31100-2.5达坂城48/7501.118.831800-1.75承德48/750沿主风向为-2度,其余为-1.75度1.118.831800-2承德48/7501.2226.92400-3栖霞48/750安装角经过几次调整，从运