□陈彦丰

全球能源体系变革，加快发展清洁能源不仅是技术选择，更是关乎可持续发展的必然路径。在各类可再生能源中，风力发电凭借其成熟的产业化基础和丰富的资源储备，逐渐成长为电力供应体系的重要支柱。尽管部分风电项目生产成本已接近传统能源，但在海上风电、山地风场等特殊场景中，高昂的建设和维护成本仍制约着投资回报。叶片在复杂风况下难以保持最佳气动效率，齿轮箱等核心设备的突发故障更导致发电量意外损失，这些缺陷直接降低了项目经济收益。在此背景下，本文将着重探索风力发电系统设计中的性能提升策略，期望能为实现清洁能源安全可靠供应与生态环境协同发展提供方法参考。

优化叶片气动设计。风力发电系统优化设计中，叶片的设计应先测量当地最常见的风速，风速中等，叶片就要做得宽，这样风不大时也能带动叶片转动；对于风速特别大的地方，叶片长度要适当缩短。叶片靠近根部的区域弯度要小，以增强抗大风冲击能力；越往叶尖方向弯曲逐渐变大，让风顺着叶片表面滑过去。叶片表面刷上特制油漆，减少灰尘和虫子粘黏，保持表面干净，叶片里面的支撑架应采用碳纤维混合玻璃纤维，既轻便又结实。做完设计要用计算机模拟不同风速下的表现，再到风洞里用真实风吹叶片模型，观察实际效果。更精细的设计是把叶片分成几小段，每段都能单独调整弯曲度，日常维护中用声音传感器监听叶片内部动静，有异常响声及时报警。

引入智能场控系统。风电场中央控制室内安装主控制计算机，该计算机能够实时获取发电机输出功率数值，控制室屋顶安装气象监测站，气象监测站持续测量实际风速和风向变化，当计算机识别到某台位于风场前沿的发电机遭遇持续增强的气流时，计算机向该发电机的变桨系统发送角度调整指令。计算机同时分析前排发电机尾流影响范围，尾流影响范围指前排发电机后方风力显著减弱的区域。控制室操作台配备大尺寸显示屏，用绿色图标表示正常运行的发电机，用黄色图标表示存在预警状态的发电机，并用红色图标标记已停机的发电机，操作员通过软件界面远程复位故障报警。每台设备维护档案记录上次更换齿轮润滑油的日期，当累计运行时间达到润滑油更换周期时，系统在维修计划表添加换油任务项。维护人员抵达故障发电机底部时通过手持终端登录场控系统获取故障部件的装配示意图，根据示意图进行维修更换，以保障风力发电系统的正常运转。

优化风电场布局与运维管理。在风电场规划阶段进行全区域地形测绘，生成数字高程模型显示地表起伏特征，山脊区域布置风力发电机时采用交错排列方式，从而减少前排发电机对后排的遮挡效应。对于平坦区域，则采用正六边形布局以保证尾流影响能够充分消散。场区边界需要安装鸟类活动监测雷达，当春秋季候鸟迁徙高峰期雷达检测到鸟群临近时，控制室手动启动降噪程序。此外，每台风力发电机周围应设置重型设备作业区，维护团队分白班和夜班两个工作组。白班维护人员使用光学望远镜检查叶片表面，检查叶片前缘腐蚀损伤状况；夜班维护人员使用便携式红外热像仪扫描发电机接线盒温度分布，照片存档并与上月数据进行对比分析。维修仓库划分三个物资存储区，第一存储区存放易损电子元件，第二存储区存放常规维护耗材，第三存储区存放重型备用部件，所有维护操作都要进行视频记录，新入职的维护人员需观看标准操作视频，学习操作要领，同时每季度最后一周组织全场停电演练，从而强化维护能力。

风力发电系统的性能提升需从气动设计、智能控制、运维管理三方面协同优化，通过精确匹配当地风况的叶片外形设计可提升低风速捕获能力；部署全场协同控制系统能显著减少尾流损失和故障停机时间；而基于地形测绘的精细化布局配合预防性维护则有效延长了设备寿命。未来，可研发自适应形状记忆合金叶片材料，使气动外形可随实时风速自动优化，在提升效率的同时减少对周围环境的影响。

本文系西安铁路职业技术学院2022年度立项课题：一种新型折纸风力发电机的研制（XTZY22G07）。

（作者单位：西安铁路职业技术学院）