科技计划项目申请书模板

PAGEPAGE9成都市科技计划项目申请书2010年度 项目名称1.5米直径流体涡轮式小型风机中试研究申请单位电子科技大学 法人代表（盖章） 起止年限2010.3-2012.3推荐单位电子科技大学申请日期 2010.3.15 成都市科学技术局制一．申请单位信息表此部分不写二．申请项目信息表项目名称1.5米直径流体涡轮式小型风机中试研究归口领域技术领域新能源产品领域机电一体化项目技术水平创新类型技术创新创新性主要创新点包括：1）采用基于ProE、CFD的设计、仿真及优化的一体化设计方法与实验研究相结合的研究方法，对流体涡轮机的叶片翼型和整流罩结构进行优化设计，获得了较高的风电系数，最大风电转化率可达到42％；2）涡轮机采用复合材料制造，重量轻。与国外采用金属制造的同类风机相比，涡轮机重量降低40％以上，重量仅为30公斤，大大降低了风机的启动初速，风速为2米/秒即可启动，并且在低风速的情况下，系统发电量有较大提高；3）大尺寸复合材料零件成型关键工艺。建立了能保证零件加工精度和质量一致性的成型温度控制模型和保温时效控制模型。针对涡轮机叶片、整流罩的批量生产，设计了复合材料成型模具，相对于金属叶片制造需用高成本的数控加工，采用模具成型工艺大大提高了生产效率并显著降低了制造成本，保证了复合材料零件加工的合格率。先进性本项目所研究开发的1.5米直径流体涡轮式小型风机填补了本产品领域国内空白，关键技术指标达到国际先进水平。项目产品的风电转换率、启动风速、破风噪声三项技术指标超过国外同类产品；同时，国外同类产品采用金属材料制造，而本项目产品采用复合材料制造，在重量、寿命、抗恶劣环境等方面全面优于国外产品。知识产权技术来源自主立项技术附件成果鉴定证书著作权证书登记证书合作开发协议立项证书其它4院（校）地合作本项目是否院（校）地合作项目否注：若是，请提交相关证明。院（校）名称联系人电话国际合作有无国际合作背景无注：若是，请提交相关证明。合作方名称地址联系人邮箱电话融资及合作是否需要融资及合作是融资方式、合作方式技术转让金额300万元研究开发的目的、意义在2009年哥本哈根世界气候大会上,温家宝总理向国际社会郑重承诺：到2020年，我国将在2005年排放总量的基数上，实现减排40％到45％。为达成这个艰巨的目标，我国将转变经济增长方式、推动低碳经济、大力发展清洁能源和可再生能源，卓有成效地降低碳排放。正是这样的形势，为风电这种可再生、绿色能源的发展和推广带来了契机，风电产业迎来了大发展的历史机遇。据地质部门调查和统计，我国已经探明的风能储量达到3226GW，其中可利用的风能有253GW。但与欧美、日本等发达国家和地区相比，我国的风电产业还处于发展的初级阶段，缺乏核心技术和良好的产业发展基础，风资源利用率较低。风机是风电场的核心设备，一个风力机系统根据复杂程度大约需要数百到数千个零、部件，加之风力变化无常，风力发电的系统组成比较复杂，除风机外，还有很多智能机电设备，如减速器、新型发电机、伺服装置、控制器、逆变器等。目前国内风电技术的研究、开发工作基础比较薄弱，很多关键技术还受制于国外。国内的大型风电企业主要依靠引进国外先进的设计、制造技术，然后根据国外的技术标准和要求组装产品，自己并没有掌握核心关键技术，自主知识产权十分缺乏。因此，开展风电技术、尤其是风机现代设计、制造技术的研究，加强自主创新，对我国风电产业的健康、快速发展不但意义重大，且十分紧迫；另一方面，通过引进国外先进技术，将这些技术消化吸收、完善，逐步地掌握核心技术，进一步结合我国实际进行有针对性的再创新，不断缩小与国外技术上的差距，突破受制于人的各项技术瓶颈，是我国风电产业跨越式发展的正确道路。本项目研究和开发的1.5米直径流体涡轮式小型风机，是一种具有优良的风电转换效率、可用于家庭和小型工厂的新型风机。与大型三叶式风机相比，具有重量轻、效率高、低噪音运行、低风速启动、结构简单、安装使用方便、无需特殊的维修和保养、能并网发电等特点，适合在风资源丰富、人口密度低的广大农村，特别是西部少数民族地区（如四川的康巴地区、内蒙、新疆的广大牧区等）推广使用，因为上述地区居民居住极为分散，且具有流动的特点，建设永久性的电网成本过高且不易实现。采用本项目开发的这种小型风机，可以很好地解决这些区域内居民的用电问题。本项目研究和成果的推广应用，不但可以为我国西部广大牧区的能源供应提供一种新的解决方案和实现途径，而且实现了可再生能源的有效利用，对于改善民生、节能减排、促进环保具有十分积极的意义，与此同时，对于西部开发、促进民族和谐还具有深远的意义。关键技术内容、技术特点和创新点项目旨在开发一种能满足家庭、小型工厂使用的风力发电系统，既可独立发电也能实现并网发电。风机结构形式为新翼型流体涡轮式，整机结构简单；风能转换效率高、运行噪音低、低风速启动；采用基于单片机的智能控制器，系统智能化程度高，使用方便；无需特殊的维修和保养。风机样机实物如下图所示：图1风机整机实物图―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――图2涡轮机实物图依据航空轴流式涡喷发动机的基本原理，设计了多叶片涡轮式风轮，通过叶片翼形和环形整流罩的优化设计，获得了较高的风电转化率，风电转化率设计指标达到42%以上；通过研究小直径涡轮叶片与环形整流罩共轴旋转的动力学特性，着力降低破风噪音，达到远小于同功率的三叶风机噪声的目标；采用风力机与发电机、逆变器、电池组的最优集成方案和智能控制器，显著提高了系统的机电转换效率；研究了系统的振动特性和振动抑制方法，保证了系统运行的平稳性和安全性；研究了大尺寸复合材料零件成型工艺并设计了大尺寸复合材料成型模具，并通过反复试验复合材料成型工艺，获得了最佳的工艺参数，加工出了合格的大尺寸复合材料零件并保证了零件的合格率。根据国内外文献，目前国内尚无开发小直径流体涡轮式风机的报道，与国外生产的同类设备相比，本项目的主要创新点如下：1）采用基于ProE、CFD的设计、仿真及优化的一体化设计方法和实验研究相结合的研究方法，对流体涡轮机的叶片翼型和整流罩结构进行优化设计，获得了较高的风电系数，最大转化率可达到42％；2）涡轮机采用复合材料制造，重量轻。与国外采用金属制造的同类风机相比，涡轮机重量降低40％以上，重量仅为30公斤，大大降低了启动初速，风速为2米/秒风机即可启动，并且在低风速的情况下，系统发电量有较大提高；3）大尺寸复合材料零件成型关键工艺。建立了能保证零件加工精度和质量一致性的成型温度控制模型和保温时效控制模型。针对涡轮机叶片、整流罩的批量生产，设计了复合材料成型模具，相对于金属叶片制造需用高成本的数控加工，采用模具成型工艺大大提高了生产效率并显著降低了制造成本，保证了复合材料零件加工的合格率。国内外相关行业现状、发展趋势、市场需求风能是一种洁净的、储量极为丰富的可再生能源。自20世纪70年代中期以来,世界主要发达国家和一些发展中国家十分重视风能的开发利用，特别是自20世纪90年代初以来,风力发电进入快速发展期,世界风电装机容量的年平均增长率超过30%。进入新世纪以来，在化石能源日趋枯竭、能源供应安全和生态保护等因素的驱动下,风能的开发应进入新的阶段。专家预测，世界风电机组的装机容量到2020年将达到12.45亿kW,其发电量将占世界电力消费量的12%。欧洲是世界风电的主要市场,2007年欧洲的风电装机增长了18%，许多国家都破了纪录。德国依然维持着世界风电装机的领袖地位，总容量达到22，247兆瓦，大约为全球总量的24%。在2007年美国全国的风机装机总量达到了16，818兆瓦，仅次于德国位居世界第二，美国风能装机容量的迅猛增长应该归功于联邦生产退税，以及华盛顿特区和25个州对于可再生能源的政策支持。在在亚洲，印度新安装了1，730兆瓦，总装机量大约为8，000兆瓦，居世界第四。近年来，我国风能应用发展迅猛，2007年的总装机量也排到了世界第五。但是我们必须清醒的认识到：目前中国风电装机仅占世界风电装机总量的2.1%，发电总量只占国内发电总量的0.02%。为了加快风电建设的步伐，国家发改委在《风力发电中长期发展规划意见》中提出了明确的计划：2010年达到500万kW；2015年达到1000万kW；2020年达到3000万kW；建立5个100～200万kW的大型风力发电基地；建立离岸(offshore)风电场试点。据中国风能协会的统计数据：2008年中国新增风电机组约5130台，装置容量为624.6万千瓦，较2007年增长了89％，累计装置容量已达到1215万千瓦，增长106％。根据全球风能协会预计，中国2011年风电装置容量将超越3000万千瓦，成为全球第二大风电国家。近年来我国风电整机成本不断下降，风电场的盈利能力持续提升，随着国产低价、高效大型风电机组产量的进一步提高，风电成本仍有20％—30％的下降空间，风电成本将更加贴近煤电价格，当前，中国正在通过规划建设大型风电基地促进风电规模化发展，努力在风能资源丰富的西北和沿海地区建成六个千万千瓦级风电基地，甘肃、新疆、内蒙都力图打造中国“风谷”。预计到2020年，将在甘肃、内蒙古、河北、东北，以及江苏沿海等地建立若干个千万千瓦风电基地。因此中国风电设备产业后续发展空间仍相当巨大。在国内，风电装备制造产业发展迅猛，已出现了新疆金风科技、河北中航通腾、浙江天马轴承等一批有影响力的风电企业；在我省，东汽集团已成为国内风电装备的龙头企业，东汽生产的1.5兆瓦风力机组已占有全国最大的市场份额。近来，成都市高度重视新能源产业的发展，并把新能源确立为我市新的支柱产业，今年初，“成都（国家）新能源装备制造高新技术产业化基地”获得国家科技部的批准。可以预测，在“十二五”及未来较长时间内，我市的新能源装备产业将会以超常规的速度快速发展。从国外风电发展的经验看，家用型小型风电系统具有很大的市场前景，尤其在我国西部，小型风电系统的应用尚属空白，本项目的研发，不但高度符合我市产业政策，未来的市场前景也十分广阔。研究方法、技术路线（工艺、流程）1、研究方法针对本项目产品的技术和应用特点，课题组采用理论研究和实验研究结合的研究方法。在理论研究上，依据航空轴流式涡轮喷气发动机的原理，参考在本项目技术领域研究领先的澳大利亚、美国等公开的专利，在流体涡轮机设计方面，采用ProE、CFD等设计工具对叶片翼形、整流罩结构进行理论计算和仿真，取得仿真结果，然后基于仿真结果对设计进行调整和优化，从理论上保证流体涡轮机的风电转换效率、最低启动风速、破音噪声等关键技术指标；在理论研究取得成功的基础上，转入实验研究和验证阶段，通过实际加工原理验证核心涡轮机，取得试验数据，验证实际加工完成的核心机的风电转换效率、最低启动风速、噪声等关键技术指标达到设计要求；同时开展工艺方面的实验研究，主要对大尺寸复合材料零件成型加工工艺进行了试验研究，比选出适宜用于本项目产品的复合材料，通过加工掌握复合材料零件成型的关键工艺参数，如成型温度曲线、保温时效曲线；设计大尺寸复合材料零件如整流罩、叶片的成型模具，保证加工的精度和成品率，研究涡轮机装配关键工艺，设计相应的装配工装；在系统集成方面，以系统发电效率最大为目标，合理选择发电机、逆变器、电池组等重要部件，并开发完成基于单片机的智能控制器，控制器应具有风机超速制动、发电机工况状态监控、电压脉动补偿等功能。2、技术路线本项目的技术路线主要分为四个步骤：文献研究、理论研究、仿真验证和样机加工及系统集成。文献研究主要了解国外在本领域的研究现状和产品应用情况，研究结果为制定开发目标、确定项目产品关键技术指标提供依据；在理论研究阶段，通过现代设计方法、运用ProE、CFD等现代设计工具，设计数字化的原理样机，得到数字化产品；基于理论研究结论，在CFD环境中对数字化产品进行仿真，通过仿真对数字原理样机进行必要的调整和优化；在前述过程取得较好效果的前提下，转入样机加工阶段，在本阶段主要解决涡轮机制造材料的选择、大尺寸复合材料零件成型加工工艺参数的确定、保证零件加工精度和质量的稳定性，同时还要进行复合材料成型模具、涡轮机装配工装等工艺装备的设计制造，最后进行风力发电系统集成，将永磁同步发电机、逆变器、电池组、控制器等系统部件集成为一个系统，达到总体技术要求。项目实施风险分析本项目研究开发的1.5米直径流体涡轮式小型风机系统是一种创新程度较高的机电一体化产品，虽然电子科技大学先进装备技术工程中心与成都飞机公司下属实体成普科技公司经历了近二年的研究并开发成功了原理样机，但在后续的中试和批量生产中，仍然存在一定的风险。为控制风险，课题组在系统的集成上尽量采用当前比较成熟的单元技术，如发电机、逆变器和电池组等配套组件，综合集成应用到整套应用中，从总体上控制了系统的技术风险，在系统的核心设备流体涡轮机的设计上，已突破了主要关键技术，系统的总体技术指标达到了设计要求。但是，从原理样机阶段到中试研究成功，还要经过可靠性、寿命、环境等方面的实际验证。在本项目的实施过程中，主要的风险主要体现在：1.技术风险及应对措施根据本项目产品的特点，其主要技术风险是涡轮机制造的质量和系统集成的可靠性，上述两个关键技术指标直接决定了项目产品中试的成败。针对这些问题，公司提出以下应对措施：(1)制定了严格的产品制造设计、加工工艺、装配工艺和测试大纲，参照ISO9001质量体系流程和标准，加强过程控制和质检，确保加工、装配的标准化，以此保证产品质量和技术指标的一致性；(2)加强对配套件的入口检验，建立质量跟综记录，保证问题的可追溯性；(3)在中试过程中动态优化复合材料加工工艺，根据用户在使用过程中发现的不足和可能在设计、加工方面遗漏的细节，尤其要注意系统环境适应性和可维护性等影响系统应用的关键技术问题，采用逐步改进的科学方法，不断对系统进行完善和进化，并根据用户区域分布环境的不同，以原理样机为基础，进行二次开发，推出系列产品，以适应不同地域用户的需求，努力扩大成果应用。2.资金风险与防范措施项目当前已进入中试阶段，所需资金投入较大，因此可能存在资金紧张的风险，如果没有足够的资金来保障本项目中试的顺利进行，将延缓中试，推迟项目成果转化的进程，因此目前后续资金不足是本项目较大的风险。针对资金风险，课题组将采用多种途径筹集资金来保证项目的顺利进行，一方面申请政府资金的支持，另一方面由合作企业加大投入，课题组全力争取学校方面在科研政策、科研条件方面的大力支持。规避措施：（1）加快中试工作及项目的成果试用进程，同时积极寻找有实力的战略合作伙伴，通过技术转让、技术与合作等多种灵活的方式，着力解决