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三院三部:航天“整形”让“大风车”转得更值

——中国航天科工三院三部应用专业技术提升风力发电效率侧记

发布时间:2016-07-25    信息来源: 中国航天科工三院

  如果风力发电机叶片转一圈,发电2度,叶片气动外形优化后,2度可变为2.1度,效率提高5%,一年算下来,对于兆瓦级单机可提升经济值10万元左右,这对风电装机量达1亿千瓦、位居世界第一的中国而言,意义非凡。

  经过3年多研发,中国航天科工三院三部将飞航气动外形技术应用到风机叶片上,让“大风车”每一圈都转得更有价值。

  “老本行”为风电增效添翼

  如今,国内风电发电量以每年20%的速度增长,但由于风机叶片外形技术所限,整体成本偏高。以风能利用系数衡量,数值越高,风机发电效率越高,目前,国际上最先进的风机风能利用系数高达0.53,而国内平均水平仅为0.47左右。

  2012年,以型号气动外形研发为主业的三部气动技术研究室成立,作为军民融合的一个重要方向,气动室对风电增效技术进行了持续跟踪。功夫不负有心人,经过几年的努力,气动室在风电增效技术方面的实力终于得到市场认可,2014年,拿到了第一笔外协合同。

  “目前国内风机设计部门通常采用工程方法进行叶片性能计算,大家将航天飞行器气动数值模拟技术应用于风机叶片性能分析,相比工程方法跨了一代。”气动室周主任说。

  “大家在叶片性能模拟的精细度和复杂度上有独特优势。计算模型的网格量越多,越精细,常规飞行器需要几百万网格即可,而风机叶片需要的网格量已达到4、5千万,这只有三部的高性能计算系统能胜任。”设计师小张说。

  目前,团队研发的优化技术已得到应用,风机叶片上增加了叶稍小翼,重新设计了叶根外形,经过理论分析,至少能将系数提高5%以上。

  最初的设计工作遇到了很大困难,根据相关资料所开展的优化工作没有达到预期,叶片效率不升反降,那段时间大家天天加班加点。

  经过半年的实践,团队达到了预期目标,但更振奋人心的是掌握了优化方法。“这相当于路走通了,大家就能优化任意外形。”气动室东副主任说。

  军民融合方向感渐强

  早在2013年,气动室就对国内某风电企业一型风电机叶片进行了优化,客户良好的反馈让双方的合作愈加顺畅,第一笔合同开花结果在即,然而该企业叶片研发生产业务被国外企业收购整合,不再具备自主研发权利,合作也随之落空。

  自主研发费用高、研发难度大、投资存在“打水漂”的风险,所以目前国内风机叶片基本靠进口。另外,一旦国内有企业计划自主研发,国外就会针对性并购或者以低廉的价格直接卖设备,以维持垄断地位。

  “从一开始国外就对国内风电技术封锁,当你逐步掌握一些技术后,国外再把性能更优的叶片卖给你,所以钱并不能解决根本问题。”设计师小张补充,“并且,通过外形局部优化并不能达到最高效率,需要从头开展设计工作,所以自主研发是必然趋势。”

  除了风电叶片气动与型号外形气动技术相通,团队自主研发风机叶片的决心还源于三部军民融合政策的支撑。

  “这些年,三部顺应集团企业转型升级、二次创业的形势要求,结合自身实际,建立并完善了‘1+4’综合绩效考核体系,从军品责任令、创新发展任务、创新、创效四方面明确了考核指标与支撑鼓励方向。”三部党委书记张可说,“三部坚持以军品领域拓展为己任,积极探索军民融合领域新的发展机会,促进优势技术在系统集成、综合保障训练、任务规划仿真、技术验证评估与试验服务等领域应用,为军方和地方客户提供系统解决方案,为部队实战化能力生成和国民经济建设贡献力量。”

  自2011年以来,三部设置了军民融合管理岗,建立了自筹项目管理办法。“大家的项目团队保持小快灵的状态,实行扁平化管理,解决方案按照市场的需求及时调整,保证了相关技术成果面向军用或民用特定需求有效转化” 张可说。

  军品主业和融合项目相互促进是三部军民融合的一大亮点。在风电项目中,三部的自身优势得以发挥,同时该项目的实施对专业自身发展十分有益,进而促进专业技术研制水平提升。

  张可说:“后续,大家将充分发挥三部的系统研发和技术抓总作用,紧密结合专业技术发展孵化生成一些具有市场竞争力的项目,为促进三部专业技术发展和核心竞争力提升进行有益的探索。(文/王旭 王玉华)

  

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