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上海电力学院拟申报

2018 年度上海市科学技术奖 项目信息

一、项目名称:基于风力机尾迹流动的风电场微观选址技术研究与工程应用 主要完成人:胡丹梅、王昊、刘海锋、潘卫国、李永光、马昕霞、杨风利 主要完成单位:

1、上海电力学院

2、中国电力科学研究院有限公司 项目简介: 本项目属于可再生能源利用科学技术研究领域.

在风电场中,许多风力机布置在一起,一些风力机将处于其它风力机的尾迹流场中.尾 迹流场的湍流结构会影响下游风力机的疲劳载荷, 使风力机的性能受到影响, 功率输出减小, 导致整个风电场总的功率输出受到影响.风力机尾迹流场是以旋涡流动为主导的复杂流动. 风轮叶片的结构参数、失速延迟、动态失速、塔影效应等都会影响到风力机的尾迹流动.基 于风力机尾迹流动,开展风电场微观选址技术研究,可以合理地布置风力机,尽量减小风力 机之间尾流的影响,提高风电场效率,使风电场的经济性达到最佳.因此,基于风力机尾迹 流动的风电场微观选址技术的研究与应用, 对于提高我国大型水平轴风力机空气动力学设计 水平、合理布置风电场都具有重要的学术意义及工程应用价值. 主要技术创新内容如下: 1. 风力机尾迹流动研究中创造性地计入了叶片的动态失速特性.风力机叶片动态失速 会在许多情况下出现,如大气紊流、塔影影响、偏航工况等等.当风力机处于动态失速状态 运行时,叶片的升力系数特性会与风洞实验数据出现明显的差别,最大输出功率和最大叶片 载荷将会同时出现,极大地增加了风力机的动态载荷.而目前的理论计算方法不计入动态失 速影响,计算得出的载荷值只有实测值的50%-70%.失速风轮在高风速下所产生的这种超过 设计值的输出功率,会在很大程度上改变风力机的尾迹流动特性.本项目在风力机尾迹流动 研究中创造性地计入动态失速等因素的影响,从而拓宽了风电场微观选址技术应用范围. 2. 风力机尾迹流动研究中考虑了不同的塔架形式的影响.项目研究了塔影效应对风力 机尾迹流动的影响.风力机尾迹流动研究中考虑了不同的塔架形式的影响.项目研究了塔影 效应对风力机尾迹流动的影响.通过对塔筒式风力机和桁架式风力机的结构受力情况、速度 亏损规律、湍流强度分布及输出功率等参数进行分析研究,发现气流在流经塔架后,塔架尾 迹区湍流强度存在明显变化,塔架对风力机尾迹气流的扰动范围、强度、对风力机输出功率 等的影响也存在较大差异.提出了基于不同的塔架形式对风力机尾迹流动的影响,优化风电 场风力机群微观选址的方法. 3. 项目对各种叶片不同的结构参数、不同风况、各种工况下水平轴风力机尾迹流动特 性进行了研究.通过对水平轴风力机尾迹的结构组成、流动发展规律及其与下游其它风力机 的之间的相互作用关系,创立了不同叶片结构参数、不同风况、不同工况下基于风力机尾迹 流动的尾迹计算模型,用于风电场微观选址、风电场风力机群优化排列. 本项目研发的基于风力机尾迹流动的风电场微观选址技术,可使风电场设计成本降低 20%~25%,风电场整体输出功率提高10%以上.已分别在中国电力科学研究院、上海绿色环 保有限责任公司、上海崇明北沿风力发电有限公司等相关工程中得到成功的工程应用,取得 了较大的经济效益.研究成果在国内外期刊上发表相关论文53篇,被SCI、EI收录20篇,被 他引349次,授权发明专利3项,申请软件著作权1项. 知识产权情况: 序号 国别 知识产权 类别 授权号 名称 核心专 利 本年度

3 月31 日时的有效状 态1中国 发明专利 ZL201410059022.5 一种风力发电机叶片翼 型颤振的预测方法 是 有效专利

2 中国 发明专利 ZL201310332029.5 一种利用索道运输储能 的风电功率调节装置 是 有效专利

3 中国 实用新型 ZL 201720262562.2 风电塔架的防强风装置 是 有效专利 发表论文著作情况: 序号 论文著作 通讯作者 被SCI.EI 收录 引用次数

1 Danmei Hu, Zhaohui Du, A Study on Stall-delay for Horizontal Axis Wind Turbine[J], Renewable Energy, 2006,

31 (6): 821-836 胡丹梅 是78

2 胡丹梅,欧阳华,杜朝辉,水平轴风力机 尾迹流场试验研究[J], 太阳能学报, 2006, 27(6) :606-612 胡丹梅 是43

3 胡丹梅,田杰,杜朝辉,水平轴风力机尾 迹流场 PIV 实验研究[J],太阳能学报, 2007,28(2) :200-206 胡丹梅 是43

4 胡丹梅,张志超, 孙凯, 张建平,风力机 叶片流固耦合计算分析[J],中国电机工程 学报,2013,v 33( 17) :98-104 胡丹梅 是54

5 胡丹梅,朱春建,杜朝辉,水平轴风力机 静态失速特性[J],太阳能学报,2006, 27(3): 217-222 胡丹梅 是30

6 胡丹梅,朱春建,杜朝辉,水平轴风力机 尾迹测量与分析[J],动力工程,2006, 26(5):751-755 胡丹梅 是24

7 Danmei Hu, Zhaohui Du. Near Wake of a Model Horizontal-Axis Wind Turbine [J], 胡丹梅 是25 Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 2009,

21 (2): 285-291

8 胡丹梅,李佳,闫海津. 水平轴风力机翼 型动态失速的数值模拟 [J].,中国电机工 程学报,2010, Vol. 30(20):106-111 胡丹梅 是20

9 Hao Wang, Jiaojiao Ding, Bing Ma. Influencing factors analysis for the flutter of wind turbine blades. Journal of Applied Sciences, 2013, Vol. 13(12):2161-2166. 王昊 是110 Hao Wang, Bing Ma and Jiaojiao Ding. The Analysis of the Flutter Region of Wind Turbine Blade. Applied Mechanics and Materials, 2013,Vol. 423-426:1520-1523. 王昊 是0

二、项目名称: 污水处理厂全流程能力评估及潜力提升技术研究与应用 主要完成人:周振、裘湛、蒋玲燕、唐建国、蒋路漫、安莹、魏海娟、周传庭、胡大 龙、张爱平、李震、王荣生 主要完成单位:

1、上海电力学院

2、上海城投污水处理有限公司白龙港污水处理厂

3、上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司 项目简介: 污水处理厂由以去除 COD 和硝化为主,升级为具备脱氮除磷功能并实现稳定达标是一 个全球性的水环境问题.作为涉及复杂的生化/物化反应和物质/能量转化传递的多输入、多 输出和长时滞的动态开放系统,城镇污水处理厂存在监控和操作变量多、调控周期长、出水 水质波动大等突出问题.针对该问题,历经

8 年的产学研联合攻关,研发了污染物减排潜力 评估体系、污泥液侧流处理与资源化、基于数学模型的多目标优化等关键技术,构建了具有 自主知识产权,覆盖污水处理厂全流程关键环节的完整技术体系,推动了技术的转化、推广 与应用.技术创新成果如下: (1) 提出了污水处理厂污染物组分细分与减排潜力评估方法体系. 构建了基于活性污泥 模型的污水组分划分和参数估计方法,提出了 COD 减排潜力评估体系,发明了运行调控关 键装置;

创新构建了综合考虑反硝化和厌氧释磷碳源需求的脱氮除磷难度指数, 据此提出了 污水处理厂分级管理和碳源供给优化策略;

合理预测了实现上海市水污染物总量减排目标的 指标策略和分年度减排规划,提出了

46 家污水厂潜力提升的运行优化和升级改造措施. (2) 创新开发了污水处理厂强化硝化技术.建立了硝化动力学参数测定方法,系统阐明 了承担大部分污染物减排任务的长距离管道输送污水处理厂的硝化菌抑制机制, 构建了综合 脱氮除磷工艺临界污泥龄的估算模型并应用于低温硝化分析, 创造性地提出了提前调控富集 -接种强化冬季低温硝化技术,开展了

20 万吨/日工程示范并进一步推广应用. (3) 发明了污泥液侧流处理与资源化技术与成套装备.开展了不同污泥处理单元污泥液 组分特性与回流影响分析,发明了污泥液合并侧流处理-钙法磷资源回收-硝化菌富集强化主 流系统的全过程技术, 充分利用深度脱水污泥液丰富的碱度、 碳源和钙源实现了污泥液的高 效脱氮除磷,开展了成套装备研制和工程示范,实现污泥液处理成本降低 64%. (4) 自主研发了基于数学模型的污水处理厂多目标运行优化技术. 创新开发了氧利用率 动态预测模型,模拟准确度提升 20-35%;

提出了污水处理工艺模型校正策略,构建了操作 变量响应灵敏度和动力学特性分析方法. 提出了综合考虑出水水质、 污泥产量和系统能耗的 运行成本性能指数,依托工艺模型示范应用,形成了不同工艺的优化工况和稳定达标区域. 成果应用于上海市水污染物总量减排和

46 家污水厂潜力评估,以及上海、山东、浙江

12 家污水厂的运行优化和升级改造工程,累计应用规模达 561.5 万吨/日.新增工程总投资 额约

45 亿元,节支 2.69 亿元,新增产值

4032 万元,创收外汇

120 万美元,年减排 COD、 氨氮、 总氮和总磷 33.

7、 3.

1、 2.5 和0.5 万吨, 经济、 环境和社会效益显著. 在Water Res, Chem Eng J 等期刊发表论文

64 篇,总计........