目前风力发电是技术最成熟和最具商业应用价值的可再生能源之一，与传统能源相比，风力发电有着清洁、安全、可再生等优点。国家能源局最新数据显示，截至2023年6月底，我国可再生能源发电总装机突破13亿kW，达到13.22亿kW，同比增长18.2%，约占我国总装机的48.8%，其中，风电装机已达3.9亿kW。根据《中国“十四五”电力发展规划研究》，预计2025年中国风电市场装机容量规模达5.4亿kW。

在原有存量市场中利用创新技术手段提升效能，是实现风电产业高质量发展的有效手段之一。当前，风电在能源供应中的比例日益增大，各大风电运营企业不断提高成本意识，致力于减少风电与传统电力间的成本差异。对于已投运的风电场项目，其风电场运营效率的提高、风机质量和维护水平的提升等都能够起到降低风电成本的作用。

随着竞价上网、平价上网时代到来以及北方地区限电的大幅缓解，存量项目的政策优势凸显。叶片是风电机组吸收风能的关键部件，不同的整机厂家在设计制造风电机组时依照导则以及行业标准的要求采用了不同翼型和长度的叶片。不同风电场根据各自的测风数据选取相应类型的风电机组。如果风电场在运营期间的风速并没有达到预期风速，或早期整机厂产品系列单一，低风速地区选择了不匹配的产品，那么将会给风电场带来较大的损失。

针对这些风场的风电机组，如何改造叶片、优化控制策略，使其能够吸收更多风能，提高风电机组经济性就显得非常重要。

本研究就风电提质增效的相关技术加以分析介绍，并对科技成果的产业化、新技术的规划布局提出相关建议，助力风电产业高质量发展。

1 技术路线

近年来，我国针对在役机组的增功提效技改进行了较为深入的研究，很多风电场都有增功技改样机案例，发电量提升的总体效果比较理想。叶片是风电机组吸收风能的关键部件，因此叶片增效技改是经济性最佳的技改方式之一，常见的方式包括叶尖延长、长叶片更换、叶尖延长小翼、加装涡流发生器、叶根延长、加装格林襟翼、加装扰流条等。经过多年的技术探索和工程实践，针对老旧机组的提质增效，有不同的技术路线，各种技术方案均存在不同的优缺点，需要根据项目具体情况选择定制化的提质增效方案。

1.1 叶尖延长

叶尖延长项目工程化应用最多，其优点在于不需要拆下叶轮，能够节省吊装费。叶片延长具备一定发电量提升效果。初始投资较低。其缺点在于叶片延长需要在空中施工，施工工艺难以保证，叶片延长节定位困难，如果没有成熟可靠的结构设计、粘接工艺以及严格的质量控制，容易导致叶尖脱落。

1.2 长叶片更换

原有主机不动，更换长叶片是一种简单有效的提质增效方式。其优点在于发电量提升效果明显，发电量提升比例可以超过20%，同时采用单叶片吊装方式可降低叶片吊装费用。其缺点在于初始投资额较大，投资回报周期较长，载荷增加较多，需要根据具体项目进行测算。此外，还存在旧叶片处置问题。

1.3 叶尖延长小翼

叶尖延长小翼是在叶片延长方案上的优化方案，在增加扫风面积的同时提高叶片的风能利用系数。此技术路线在航空领域已成熟应用多年。此方案在具备叶片延长方案的优缺点，同时还具备气动设计比较复杂、小翼模具制作相对复杂等特点。

1.4 涡流发生器

加装涡流发生器施工简单、安全性较好、成本较低，能够提高叶片的升阻比，使叶片在更低的启动风速下启动，在高风速下，输出的功率曲线更平稳，抑制叶片非设计状态下的振动，叶片表面发生污染时，能够一定程度减小功率的降低。但是缺点是发电量提升效果不明显。

根据上述分析，综合考虑方案的安全性、实施效果以及经济性等因素，叶尖延长、换长叶片和加装叶尖延长小翼3种提质增效方案均可产生一定的效益，具有可实施性。其中，叶尖延长小翼方案综合经济指标相对较高、业绩相对较多。更换长叶片的效果虽然最好，但投入过大，经济性不一定匹配。以叶尖延长小翼方案为例，具体分析如下。

1.4.1 叶尖延长小翼

叶尖小翼广泛应用于飞机机翼上（航空领域称为翼梢小翼），小翼能够大幅降低飞机的诱导阻力，达到节省燃油、提高飞行效率的效果，如图1所示。风电行业借鉴飞机中的翼梢小翼，将其加装到叶片上，通过试验验证可以有效提高叶片的捕风能力，提升发电量。叶片尖部效果如图2、图3所示。

图1 低诱导阻力示意     

图2 Enercon叶尖小翼

图3 国内叶尖延长小翼

叶尖区域是叶尖涡的形成和逸出之处，其所拖出的叶尖涡强度大。叶尖不仅会影响到附件区域的诱导速度分布，而且对后续叶片还有干扰作用，会导致叶尖气动效率降低。

叶尖小翼有效起到了削弱叶尖涡，减少叶尖损失的效果。将叶尖延长和叶尖小翼技术进行融合，一方面叶尖长度增加能够提升叶轮扫风面积，另一方面在叶尖增加特殊的小翼，最大限度地减少叶尖涡流的消极影响，提升叶片风能利用系数。

叶尖延长小翼技术是综合考虑不同风电场的风资源特性、叶片的气动特性、机组的性能特性，兼顾生产成本、安装成本及安装增效系统后的增收效益，所进行的定制化设计和优化组合方案的实施。该技术在不改变叶片主体结构的情况下，通过增加气动部件、优化翼型的方式，最大限度地捕获风能，从而实现提高风机发电量的目的。安装工作在空中即可完成，减少停机时间及施工费用。针对不同风电场的不同机型，采用叶尖延长小翼技术，可提高发电量5%~12%，为风电场带来明显的经济效益。

1.4.2 示范机组实施情况

大唐辽宁公司于2019年5~6月，完成在役风电场风力发电机组叶片小翼增效技术改造示范项目，对昌图太阳山项目两台SL1500/82机组进行叶尖延长小翼的改造，改造过程中严格控制安装过程、人员安全、风电场环境控制等措施及管理办法，现已安全运行超过3年，改造机组的发电量提升效果较好。经过第三方认证机构对示范机组改造前后的发电量数据进行对比分析，示范机组改造前后未增加运行问题，同时单台机组平均可提升发电量9.15%，应用效果得到有力验证。

在2020年6月，大唐辽宁公司分别在昌图满井和法库冯贝堡项目选取MY1.5–82机组和HZ2000–93机组继续作为示范项目。经过第三方认证机构对2个项目改造后的发电量数据进行对比，昌图满井项目平均可提升发电量8.05%，法库冯贝堡提升发电量7.88%。示范机组已通过第三方认证机构鉴衡认证中心的安全性评估测试。

2 收益分析

以辽宁大唐示范项目为例，针对存量1.5MW和2.0MW风电项目进行梳理，在太阳山、后查台、安台、红山、冯贝堡5个项目中筛选出100台机组进行增效技改，一次性投入3892万元。已开展的风机叶片增效系统安装改造，在运行的机组发电能力得到有效的提升，结合前期已完成的太阳山技改项目运行结果，以20年内实际上网电价计算（根据财建〔2020〕426号《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》有关事项的补充通知，20年36000h以内不含税电价为0.52元/kW·h，超出部分按照0.3749元/kW·h计算），4年内收回成本，投资回报率比较高。剩余10年运行寿命内增效发电收益总计超过1亿元。

截至2022年12月，大唐集团风电装机共计2675.97万kW，按照装机量20%可做提质增效、并按照增效前等效利用小时数2000h、平均可提升发电量6%计算，相当于新建32万kW的风电项目，每年可增加发电量超6.4亿kW·h。

3 实施建议

（1）大力发展风电产业，需要方向性突围。重视存量项目的提质增效，保障提升项目收益率优于规模扩张。

根据国家能源局公布的2022年全社会用电量、全国电力工业统计数据显示，从基建新增发电装机容量指标来看，2021年风电新增装机37.63GW，同比下滑21%，低于业界预期。在当前新能源高质量发展背景下，以规模为先的粗放发展模式难以为继；当项目收益率与项目规模不可兼得时，发电企业作为运营商，需及时调整经营理念，将以保障、提高项目收益率底线为先。具体措施建议如下。

1）摸底数、排计划。系统化梳理具备增效改造存量风机数量及整体规模，按照大修技改计划纳入生产计划，尽早安排实施。2）举一反三、扩思路。以小翼增效技术为案例，针对连续多年利用小时数低下的老旧机组项目，可通过试点项目的方式，开放新技术应用场景。针对安全性、保护性、可靠性、易修性四个方面进行技术改造提升，最大限度地释放老旧机组发电能力，降低发电成本，争取更好的经济效益。3）照方抓药、重存量。同步加强光伏产业的摸底排查，对具备提质增效、有新技术应用场景的存量项目，可与风电项目同步开展工作。2021年国内光伏新增装机达87.41GW，同比增幅约60%。从增长的结构上看，分布式约占新增总量的2/3，地面集中电站仅为1/3。对于风光等新能源项目而言，由于前期手续较多，“边建设边跑手续”的方式在日趋严格的合规性检查要求下，大幅延缓了项目进度。外部环境的变化提示，实现高质量发展必须坚持质的有效提升和量的合理增长，既要抓发展、实现“增量”的增长，也要强管理、实现“存量”质效的提升。

（2）加大科技成果的转化力度，加快新技术应用推广。“时间就是金钱，效率就是生命”，对于已经试点项目验证成功，达到预期指标的科技成果，需要加快转化速度，有针对性地在公司层面展开相关项目的梳理、部署、实施，提早完成体系化组织工作，尽快列入相关计划任务，早日为企业创造经济效益，体现规模效应。要重视新技术、新产业、新业态对产业转型升级的重要推动作用，抓项目落地。

（3）积极关注相关掌握核心技术的创新型科技企业，利用资本的手段，布局潜在技术资产，提升资本运营、产融协同能力，为企业创造新的利润增长点。

利用成功示范案例的验证，有效筛选、识别对企业高质量发展具有重要推动作用的优质技术资产、创新型资源。发电企业应该充分发挥应用场景价值，利用市场化的手段，加强资本运作平台的建设和运作能力。通过投资、控股参股相关创新主体，既可实现核心技术的自主可控，又可通过该技术在同行业或其他业务领域的优势创造收益、加强对相关企业的影响能力，还可享受未来核心企业因上市或收、并购而产生的资本收益及综合效益，进一步扩大行业影响力。