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那么，究竟什么是低风速机组?我们为什么必须发展低风速风电?怎样设计和开发低风速机组?新疆金风科技股份有限公司(下称“金风科技”)又在“低风速风电开发”上实现了怎样的突破?本期，小编带大家一探究竟。
什么是低风速机组?
低风速机组，顾名思义就是应用于低风速区域的风机机组，能够将较低风功率密度的风能持续不断转换成合格品质电能的设备，在风电场中起着非常重要的作用。其特征可以用“高、大、直”三字概括，详细来说，就是低风速机组拥有更高的塔筒高度、更大的叶轮直径、或者更多的单位千瓦扫风面积以及更高的整机效率。
代表性的案例:金风科技在泰国安装的120米柔性塔架、西门子在德国运行的130米叶轮直径风机。
为什么要发展低风速风电?
随着我国能源结构及供给侧改革进程加快，资源节约型、环境友好型社会的加快建设成为当务之急。在2016年颁布的《“十三五”节能减排综合工作方案》中，我国就明确了到2020年可再生能源节能减排的目标:万元国内生产总值能耗比2015年下降15%，能源消费总量控制在50亿吨标准煤以内。全国化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物排放总量分别控制在2001万吨、207万吨、1580万吨、1574万吨以内，比2015年分别下降10%、10%、15%和15%。全国挥发性有机物排放总量比2015年下降10%以上。
而要实现这一目标，除了严格控制我国煤碳、化石能源的使用外，大力发展太阳能、风能产业是必然的选择。由此可见，风力发电作为可再生能源主力的作用正在日益凸显。
但是，风电却开始面临传统风资源优势区域开发饱和的相关问题。 “三北”地区风电发展受限，使得资源开发技术的提升和精细化发展开始转入“低风速”区域，也就是中东部和长江以南区域。这正如中国可再生能源学会风能专业委员会秘书长秦海岩所言:“十三五”风电发展将“百万雄狮过大江”。
而要在这些“低风速”区域进行风电开发，最重要的就是选用适应低风速风能资源的低风速风机。因此，对低风速资源和机型的系列研究和应用，是低风速风电发展的必由之路。
怎样设计和开发低风速风机?
低风速风资源项目的建设是一个复杂系统工程。
首先，我国中东部地区的气候(沿海腐蚀、高温、 高湿、 寒冷、 高海拔)、风资源(风速低，湍流大，风速变化迅速)、局部地形(地形复杂)以及经济社会发展(不限电、易消纳)等特点，有异于“三北”区域，所以这就要求低风速风机在设计上要精细化考量，能够实现低风速资源的最大化、最经济利用。
环境因素的充分考量后，就是风机的定制化设计。风电圈圈内人都知道，风机设计理念来自于贝茨理论和能量公式。小编就以能量公式为主线，给大家通俗地解释下低风速风机该如何设计，才能创造更多的经济和社会效益。
P是发电功率，单位W
ρ是空气密度，单位kg/m3
V是来流风速，单位m/s
R是风轮半径，单位m
Cp是风轮功率系数
η是机组效率，包含机械效率、电气效率与自耗电效率
这里的ρ是空气密度，一般是不会改变的。因此，通俗来说，低风速风机的设计，就是要在保证机组的设计安全、运行安全和运行维护安全的基础上，让机型的“R”，轮毂高度处的“V”，机型的“Cp”，以及机型的传动“η”，综合取值达到最大。
风机的“R”要足够大，即采用长叶片
增大风机叶轮直径，就是增加扫风面积，以增加风机吸入风的能量。但是，叶片直径越大，机组的载荷和疲劳就会受到较大影响，尤其是轴承、塔筒等承载力也会随之变化。因此，低风速风机必须在设计上解决这些问题。
轮毂高度处的“V”要足够大，即采用高塔筒
“V”是风机轮毂高度处的风速。中东部南方区域的风速比较小，远低于“三北”区域的风速。部分地方的风速会随着垂直高度增加而增加，采用高的塔架来获取较高的风速已经成为必然选择。所以说，低风速风机配比的塔筒高度一般较高。
高塔架的技术方案的成熟需要至少一年的安全迭代计算，才能确保机组的安全。只有这样，才能最大化利用额定低风速下的风能，这就要求低风速风机不断优化控制策略。
机型的“Cp”持续最大，即具有高吸风效率
持续“额定功率下叶片的最优跟踪”，保证叶轮吸风效率持续最高，是低风速风机另一技术热点。用通俗的话来说，让风机在较长的风速段内保持最长且最高的发电时间。目前，直驱永磁全功率变流技术优势非常明显。
美国著名咨询机构FTI曾对“吸风效率”作了说明--GW115/2000kw机型在设计上实现了新的技术突破，采用了全新的设计概念“额定功率下最佳叶轮跟踪”，显著提升了吸风效率”。
在国内的机组产品只能从4-5米/秒的风速向上最优跟踪时，GW115/2000Kw的最优跟踪风速已经可以覆盖其他机组在切入风速 2.5米/秒到4 米/秒之间无法最优跟踪的区域。同时， GW115/2000到9米/秒风速就达到额定满发状态，不需要最优跟踪，还能覆盖其他一些额定功率10米/秒的机组在9米/秒到10米/秒之间无法最优跟踪的区域。
选择机组的技术路线使得“η”尽可能大，即
机组效率，是指风能吸收后，通过机械或电气的损耗后，风能转换成电能的效率。目前，市场的“全功率”、“永磁”和“直驱”的两两组合技术“机型”的机械等效率会更高。无齿轮箱的机组的机械效率传递会高出3%——5%以上。低风速下，两者表现更为明显。
总结来说，就是“高”、“大”、“直”。
金风科技在低风速风机市场上的突破
1998年成立的金风科技，作为中国风电发展的缩影，早在2008年就开始了对低风速和低风速风机的研究。从GW1500和GW2500，再到超低风速的GW2000，金风科技一直走在低风速的理论研究和风机制造技术的前列。
GW93/1500 机型使年平均风速在 5.5 米 / 秒的风电场具备开发价值;GW121/2500 机型使年平均风速 6 米 / 秒以上的风电场可以获得较好收益;而 GW115/2000 机型，则再一次将风能资源的捕捉区域下探到了风速 5.2 米/ 秒的范围。
我们来看一个实例。
地点:湖北桃花山
风速:年平均风速5米/秒
小时数:年等效满负荷利用小时数超过2000小时
机型:GW115/2000Kw-HH85(轮毂高度)
采用了金风科技GW115/2000机组的湖北石首桃花山风电场就是典型的低风速风电场。年平均风速在5.0米/秒，采用低风速风机解决方案后，项目年等效满发小时数超过2000小时，大大提升了该地区的可再生能源利用率。
可见，优秀的低风速机组首先就是在技术设计上达到市场需求的标准，以创新科技助力风机内在优异性。金风科技始终将风机质量和科研创新视为企业发展的重中之重。因此，我们的低风速机组设计，在大叶轮技术开发之下，还实现了载荷优化、独立变桨、塔架加阻、系统稳定、叶片开发等等技术突破，同样为提高塔筒高度，我们还开发了混凝土-钢结构混合式塔筒和柔性塔筒技术。
此外，优秀的运维能力和运维管理也不可忽略。湖北石首桃花山风电场风电效益的极大提升，与金风科技客户价值的可靠性评估和优质的管理体系是不可分割的。我们会从复杂多样的可靠性指标群中寻找与客户价值直接相关的指标，进行最大化的优化和改进。简单来说，就是围绕提高发电量和降低现场故障修复频次为中心持续优化，保障业主的价值最大化。
据气象局相关评估，我国中东部和南部地区风速在5.0米/秒以上达到经济开发价值的风资源技术可开发量接近9亿千瓦。由此可见，低风速风机在未来必然“大有可为”。如果按照每年2000万的建设容量计算，到“十三五”末期，低风速区域将会为社会效益贡献的增加值，不少于为社会节约标煤7256万吨，减少二氧化碳排放约20941万吨，减少二氧化硫排放12.08万吨，减少氮氧化物16.37万吨!
未来，金风科技将秉承着“风电是一场马拉松”的理念，不断通过技术的创新、服务的转型、管理的提升，在这场“低风速”的时代洪流中站稳脚跟，迈开步伐，助力我国节能减排事业的有益发展，实现我国能源结构的转型升级。
