2021年度湖南省自然科学奖项目公示材料

2021年度湖南省自然科学奖项目公示材料一、项目名称大型风电机组多层载荷与能量特性研究二、提名意见风电是国家“碳达峰、碳中和”战略目标引领下的清洁能源发展重要方向，是湖南省“三高四新”战略实施中新兴产业发展的重要内容。风电机组是由气动、结构、电气等多类部件组成的复杂机电系统，在风能捕获与转换过程中，承受复杂的多层载荷、呈现出复杂的能量特性。项目团队10余年来得到国家自然科学基金持续资助，承担了多项国家自然科学基金和湖南省自然科学基金项目，针对大型风电机组设计、服役过程关键问题，理论推演与现场数据挖掘相结合，围绕大型风电机组多层载荷与能量特性开展了系列研究。发展了大型风电机组多层载荷建模理论与方法；揭示了风电机组多工况能量捕获时空特性；构建了山地风电场风资源多维评价体系，揭示了山地风电场风资源与风电机组能量输出全局特征关系。项目成果发表在《RenewableEnergy》《Energy》等国际权威学术期刊上，受到国内外专家学者广泛关注和正面引用。提名该项目为湖南省自然科学奖二等奖。三、项目简介风电是国家“碳达峰、碳中和”战略目标引领下的清洁能源发展重要方向，是湖南省“三高四新”战略实施中新兴产业发展的重要内容。风电机组是由气动、结构、电气等多类部件组成的复杂机电系统，在风能捕获、转换过程中，承受复杂的多层载荷、呈现出复杂的能量特性。项目团队10余年来得到国家自然科学基金持续资助，承担了多项国家自然科学基金和湖南省自然科学基金项目，针对大型风电机组设计、服役过程关键问题，理论推演与现场数据挖掘相结合，围绕大型风电机组多层载荷与能量特性开展了系列研究。项目主要工作和重要科学发现如下：（1）发展了大型风电机组多层载荷建模理论与方法，揭示了海上漂浮式风电机组失稳的力学机理。提出了一种新的Leishman-Beddoes动态失速模型修正策略，建立了叶素动量理论（BEM）模型和动态失速联合的风电机组空气动力载荷模型，在此基础上，构建了海上漂浮式风电机组多层载荷与运动模型，解决了海上漂浮式风电机组复杂运动的物理过程解析难题，揭示了海上漂浮式风电机组失稳的力学机理，为大型风电机组设计与运行控制提供了载荷理论依据。（2）揭示了风电机组多工况能量捕获时空特性，在国际上率先提出一种大型风电机组综合性能老化评价方法。基于风电机组风轮气流空间流动机理和现场数据特征，提出了风电机组传感参数空间补偿新思路，获得了风能利用效率的可靠算法；然后，重新划分了风电机组能量捕获（功率系数）损失因子，弥补了已有理论对风电机组能量效率认识的不足，揭示了风电机组多工况能量捕获特征，在国际上率先提出一种大型风电机组综合性能老化评价方法，为风电机组全寿命周期能量效率提升和运行维护提供了理论依据和算法支撑。（3）构建了山地风电场风资源多维评价体系，揭示了山地风电场风资源与风电机组能量输出全局特征关系。宏观统计分析了我国风能资源与风电输出基本特征，提出了基于风电输出与负荷特征匹配提高能量利用的新思路；选取南方典型山地风电场，基于地理空间信息特征多维度开展了风资源和能量输出特性研究，从多个维度提出并构建了山地风电场风资源特征评价体系，揭示了山地风电场风资源与风电机组能量输出全局特征关系，为风电场建设、风电机组设计与运维提供了知识支撑。研究成果发表在《RenewableEnergy》《0ceanEngineering》《Energy》《AppliedEnerg『》和《RenewableandSustainableEnergyReviews》等权威学术期刊上，受到国内外专家学者广泛关注和正面引用，所列8篇论文期刊的总影响因子为69.382（平均8.67/篇）,在WebofScience数据库中总他引222次，SCI他引187次（平均23次/篇）。1篇论文被可再生能源全球创新（RenewableEnergyGlobalInnovations）评选为“KeyWindEnergyArticle"。项目第一完成人于2020年受聘为湖南省“芙蓉学者奖励计划”特聘教授。四、客观评价针对科学发现1：（1）美国MichiganTechnologicalUniversity的FernandoL・Ponta教授等在RenewableEnergy上发表论文（2016,92:157-170），评述本项目提出了一种L-B动态失速修正模型。引文：“Daietal.[23]whopresentedamodifiedLeishman-Beddoes[24]dynamicstallmodelincombinationwithBEMmodel.”。（文献[23]为项目论文1）[附件9.1]（2）印度MotilalNehruNationalInstituteofTechnologyAllahabad（MNNIT）的KKShukla教授等在RenewableEnergy上发表论文（2017,113:1378-1387），指出本项目提出一种新的动态失速模型计算空气动力载荷。引文：“Daietal.[11]proposedanewdynamicstallmodeltocalculatetheaerodynamicloads.Theyobservedthatthepresenceofatower,windshear,…•…”。（文献[11]为项目论文1）[附件9.2]（3）美国UniversityofNorthCarolinaatCharlotte的学者AixiZhou、澳大利亚UniversityofWesternSydney的学者HelenWu和上海电力大学张建平教授等人在OceanEngineering上发表论文(2014,84:14-19),评述了本项目在风电机组载荷分析方面取得的进展。引文：“Daietal.(2011)proposedasetofmethodstocalculateaerodynamicloadsoflargescalewindturbinesbycombiningbladeelementmomentummodifiedtheorywithadynamicstallmodel,andconcludedthat....”。(Daietal.(2011)为项目论文1)[附件9.3]英国UniversityofDundee的AzinLamei教授等在JournalofOceanEngineeringandMarineEnergy上发表论文(2020,6(1):71-90)引用项目论文2作为论据支撑。引文：“AsimilarapproachisfollowedbyDaietal.(2018)foraone-waycouplednumericaltoolforanalysisofaFOWT.”。(Daietal.(2018)为项目论文2)[附件9.4]针对科学发现2：法国、英国、奥地利、葡萄牙和德国5个国家学者联合在RenewableEnergy上发表论文(2020,157:754-768)，引用项目论文3和5,并将论文3列为了他们论文中“风电机组功率曲线对模型参数灵敏度分析时”所用参考值的来源。[附件9.5]美国UniversityofMaryland,CollegePark的PeterSandborn教授等在WindEnergy上发表论文(2020,23:1408-1421)，引用项目论文4的内容作为他们的研究支撑依据。引文：“AsimilarrangeofvalueswasobservedbyDaietal.2whousedsupervisorycontrolanddataacquisition(SCADA)datafromawindfarm.”。(文献2为项目论文4)[附件9.6]北京航空航天大学钱政教授等在RenewableEnergy上发表论文(2020,160:1217-1227)，评述了本项目在风向偏差对机组能量捕获研究方面取得的进展。引文：“Ref.[9]studiedyawmisalignmentindifferentwindspeedconditionsbyanalyzingSCADAdata.Whenthewindspeedisbelowtheratedwindspeed,yawerroreffecthasanupwardtrend,butwhenthewindspeedexceedstheratedwindspeed,pitchsystemhasastrongerinfluenceonpowergeneration.”。(文献[9]为项目论文4)[附件9.7]美国NationalRenewableEnergyLaboratory(国家可再生能源实验室)的S・Sheng(NREL风电状态监测首席)和英国NorthumbriaUniversity电力和控制系统研究领导者ZhiweiGao在RenewableEnergy上发表论文(2018,116:1-4)，评述了本项目在大型风电机组综合性能老化评价方面取得的重要进展。引文：“Inthepaper[19]contributedbyDaietc.,anagingassessmentofawindturbineisconductedbyinterpretingwindfarmSCADAdata.Fourdata-basedwindturbineagingassessmentcriteriaareinvestigatedtoassesstheaging-resultantperformancedegradationinwindturbines.Informationfusionisthenimplementedtoachieveareliableagingassessment...”。(文献[19]为项目论文5)[附件9.8]针对科学发现3：美国UniversityofCaliforniaDavis的NaelH・El-Farra教授、AhmetPalazoglu教授与新加坡NationalUniversityofSingapore学者XiaonanWang等在EnergyConversionandManagement上发表论文(2018,173:426-437),将项目论文6中有关内容作为分析的参考依据。引文：“Withadvancesincomputationaltechnologies,SCADAortheproposedsystemscannowupdatestatesinnearreal-timeandinterfacetomorecomplexlocalcontrolalgorithms[46].Therefore,……”。(文献[46]为项目论文6)[附件9.9]西班牙UniversityofLasPalmasdeGranCanaria学者JoseA・Carta等在AppliedEnergy上发表论文(2020,280:115968)，评述了本项目在风电场能量输出特性研究方面取得的进展。引文：“Daietal.[6]attemptedtodeterminetheinfluenceofwindspeedanddirectionandrotorspeedonthepoweroutputofWTsinstalledinanon-dispatchablemountainWFusingmultiple-unitsdataregisteredwitha…”。(文献[6]为项目论文7)[附件9.10]北京大学李双成教授等在Renewable&SustainableEnergyReviews上发表论文(2020,132:110151)引用项目论文8并将论文作为他们分析的依据。引文：“Thus,excesselectricityislikelytobegeneratedduringoff-peakhours,resultingincurtailmentsofrenewableenergy[47].”。(文献[47]为项目论文8)[附件9.11]华中科技大学苗世洪教授和英国UniversityofWarwick学者XingLuo等在EnergyConversionandManagement上发表论文(2019,200:112091),引用项目论文8并将有关风电产能的分析作为他们论文的依据。引文：“InChina,about41.9billionkWhwindpowerwascurtailedin2017,whichtakesabout13.7%oftotalwindpower[2].……anditscurtailmentratereached21%in2017,resultingintheeconomiclossof$180.8million[2,3].”。(文献[2]为项目论文8)[附件9.12]

五、代表作及论文目录序号代表作及论文名称/刊名/作者影响因子年卷页码（XX年XX卷XX页）发表时间（年月日）通讯作者（含共同）第一作者（含共同）国内作者（排序）他引总次数SCI他引次数知识产权是否归国内所有是否代表作1AerodynamicloadscalculationandanalysisforlargescalewindturbinebasedoncombiningBEMmodifiedtheorywithdynamicstallmodel/RenewableEnergy/J.C.Dai,Y.P.Hu,D.S.Liu,XLong&0012011年36卷3期1095-1104页2011年3月刘德顺戴巨川戴巨川，胡燕平，刘德顺，龙辛6652是是2Modelingandinvestigationofloadandmotioncharacteristicsofoffshorefloatingwindturbines/OceanEngineering/JuchuanDai,WeiHu,XinYang,ShuyiYang3.7952018年159卷187-200页2018年7月1日戴巨川戴巨川戴巨川湖威，杨鑫，杨书仪54是是3ResearchonpowercoefficientofwindturbinesbasedonSCADAdata/RenewableEnergy/JuchuanDai,DeshunLiu,LiWen,XinLong&0012016年86卷206-215页2016年2月戴巨川戴巨川戴巨川，刘德顺，文丽，龙辛3627是是4EffectinvestigationofyawonwindturbineperformancebasedonSCADAdata/Energy/JuchuanDai,XinYang,WeiHu,LiWenYayiTan7.1472018年149卷684-696页2018年4月15日戴巨川戴巨川戴巨川，杨鑫，胡威，文丽，谭雅翊2321是是5AgeingassessmentofawindturbineovertimebyinterpretingwindfarmSCADAdata/RenewableEnergy/JuchuanDai,WenxianYang,Junwei&0012018年116卷199-208页2018年2月杨文献戴巨川戴巨川，杨文献，曹俊伟，刘德顺，龙辛2724是是

Cao,DeshunLiu,XingLong6Investigationofwindresourcecharacteristicsinmountainwindfarmusingmultiple-unitSCADAdatainChenzhou:acasestudy/EnergyConversionandManagement/JuchuanDai,YayiTan,WenxianYang,LiWen,XiangbinShen9.7092017年148卷378-393页2017年9月15日戴巨川戴巨川戴巨川，谭雅翊，文丽，沈祥兵98是否7Investigationofenergyoutputinmountainwindfarmusingmultiple-unitsSCADAdata/AppliedEnergy/JuchuanDai,YayiTan,XiangbinShen9.7462019年239卷225-238页2019年4月1日戴巨川戴巨川戴巨川，谭雅翊，沈祥兵98是否8DevelopmentofwindpowerindustryinChinaacomprehensiveassessment/RenewableandSustainableEnergyReviews/JuchuanDai,XinYangLiWen14.9822018年97卷156-164页2018年12月戴巨川戴巨川戴巨川，杨鑫，文丽4743是否合计222187论文5论文5、6主要完成人，论文5的通重要贡献，包括：（1）设计了风电法；（2）提出了提高风电机组性出了风资源特征分析风向波动系数量的60%。六、主要完成人情况姓名排名行政

职务技术职

称工作单位完成单位对本项目技戴巨川副院

长教授湖南科技大学湖南科技大学刘德顺教授湖南科技大学湖南科技大学本项目组织者和主要完成人，是论和3做出了重要贡献，包括：（1）正策略，构建了BEM理论和动态失型；（2）构建了海上漂浮式风电组能量捕获（功率系数）损失因子机组SCADA数据预处理和提取算80%。论文1、3和5的学术思想主要提对科学发现1和2做出了重要贡南力临界值修正策略（2）提出了风（3）提出了风电机组性能老化评价的80%。杨文献教授湖南工程学院湖南工程学院论文1论文1主要完成人，对科学发现1了深度失速区域内弦向力系数修正下的俯仰力矩系数求解修正策略。论文2论文2的主要完成人，对科学发现海上漂浮式风电机组运动模型；（运动的物理过程解析难题。胡燕平4教授湖南科技大学湖南科技大学杨书仪5所长教授湖南科技大学湖南科技大学七、主要完成单位情况排名完成单位创新推广贝献1湖南科技大学本单位为项目牵头单位，负责组织、协同各单位开展项目研究工作，提出了一种新的动态失速模型修正策略，建立了叶素动量理论（BEM）模型和动态失速联合的风电机组空气动力载荷模型，构建了海上漂浮式风电机组多层载荷与运动模型；提出了风电机组传感参数空间补偿新思路和风电机组能量捕获（功率系数）损失因子划分新方法，构建了山地风电场风资源多维评价体系，揭示了山地风电场风资源与风电机组能量输出全局特征关系；为项目研究配备了相关实验设备和工作场地，有力地确保了项目研究的正常实施。2湖南工程学院本单位为揭示风电机组多工况能量捕获时空特性、山地风电场风资源与能量输出特征关系做出了贡献，设计了风电机组老化评价性能指标及其量化算法，提出了提高风电机组性能评估指标稳定性的思路，提出了风资源特征分析的风向波动系数计算算法；为项目研究提供了相关实验设备和工作场地支持。八、主要完成人合作关系说明本项目成果是由湖南科技大学、湖南工程学院合作组建创新团队，分工合作取得的，项目完成人之间形成了稳定的合作关系。项目第2完成人刘德顺系第1完成人戴巨川博士生导师，合作完成论文3篇（见合作关系情况汇总表）；项目第4完成人胡燕平系第1完成人戴巨川博士生副导师，合作完成论文1篇。戴巨川、刘德顺、胡燕平合作完成论文“AerodynamicloadscalculationandanalysisforlargescalewindturbinebasedoncombiningBEMmodifiedtheorywithdynamicstallmodel"，发表在国际权威期刊《RenewableEnergy》上；戴巨川、杨书仪合作完成论文“Modelingandinvestigationofloadandmotioncharacteristicsofoffshorefloatingwindturbines"，发表在国际权威期刊《OceanEngineering》上；戴巨川、刘德顺合作完成论文“ResearchonpowercoefficientofwindturbinesbasedonSCADAdata",发表在国际权威期刊RenewableEnergy》上；戴巨川、刘德顺、杨文献合作完成论文“AgeingassessmentofawindturbineovertimebyinterpretingwindfarmSCADAdata"，发表在国际权威期刊《RenewableEnergy》上；戴巨川、杨文献合作完成论文uInvestigationofwindresourcecharacteristicsinmountainwindfarmusingmultiple-unitSCADAdatainChenzhou:acasestudy",发表在国际权威期干刊《EnergyConversionandManagement》上。主要完成人合作关系情况汇总表序号合作方式合作者/排名合作时间合作成果证明材料1论文合著戴巨川/I刘德顺/2胡燕平/42009.092019.04Aerodynamicloadscalculationandanalysisforlargescalewindturbinebasedonco