2021年度湖南省自然科學(xué)獎項目公示材料

2021年度湖南省自然科學(xué)獎項目公示材料一、項目名稱大型風(fēng)電機(jī)組多層載荷與能量特性研究二、提名意見風(fēng)電是國家“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)引領(lǐng)下的清潔能源發(fā)展重要方向，是湖南省“三高四新”戰(zhàn)略實(shí)施中新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容。風(fēng)電機(jī)組是由氣動、結(jié)構(gòu)、電氣等多類部件組成的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)，在風(fēng)能捕獲與轉(zhuǎn)換過程中，承受復(fù)雜的多層載荷、呈現(xiàn)出復(fù)雜的能量特性。項目團(tuán)隊10余年來得到國家自然科學(xué)基金持續(xù)資助，承擔(dān)了多項國家自然科學(xué)基金和湖南省自然科學(xué)基金項目，針對大型風(fēng)電機(jī)組設(shè)計、服役過程關(guān)鍵問題，理論推演與現(xiàn)場數(shù)據(jù)挖掘相結(jié)合，圍繞大型風(fēng)電機(jī)組多層載荷與能量特性開展了系列研究。發(fā)展了大型風(fēng)電機(jī)組多層載荷建模理論與方法；揭示了風(fēng)電機(jī)組多工況能量捕獲時空特性；構(gòu)建了山地風(fēng)電場風(fēng)資源多維評價體系，揭示了山地風(fēng)電場風(fēng)資源與風(fēng)電機(jī)組能量輸出全局特征關(guān)系。項目成果發(fā)表在《RenewableEnergy》《Energy》等國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上，受到國內(nèi)外專家學(xué)者廣泛關(guān)注和正面引用。提名該項目為湖南省自然科學(xué)獎二等獎。三、項目簡介風(fēng)電是國家“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)引領(lǐng)下的清潔能源發(fā)展重要方向，是湖南省“三高四新”戰(zhàn)略實(shí)施中新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容。風(fēng)電機(jī)組是由氣動、結(jié)構(gòu)、電氣等多類部件組成的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)，在風(fēng)能捕獲、轉(zhuǎn)換過程中，承受復(fù)雜的多層載荷、呈現(xiàn)出復(fù)雜的能量特性。項目團(tuán)隊10余年來得到國家自然科學(xué)基金持續(xù)資助，承擔(dān)了多項國家自然科學(xué)基金和湖南省自然科學(xué)基金項目，針對大型風(fēng)電機(jī)組設(shè)計、服役過程關(guān)鍵問題，理論推演與現(xiàn)場數(shù)據(jù)挖掘相結(jié)合，圍繞大型風(fēng)電機(jī)組多層載荷與能量特性開展了系列研究。項目主要工作和重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)如下：（1）發(fā)展了大型風(fēng)電機(jī)組多層載荷建模理論與方法，揭示了海上漂浮式風(fēng)電機(jī)組失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)理。提出了一種新的Leishman-Beddoes動態(tài)失速模型修正策略，建立了葉素動量理論（BEM）模型和動態(tài)失速聯(lián)合的風(fēng)電機(jī)組空氣動力載荷模型，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了海上漂浮式風(fēng)電機(jī)組多層載荷與運(yùn)動模型，解決了海上漂浮式風(fēng)電機(jī)組復(fù)雜運(yùn)動的物理過程解析難題，揭示了海上漂浮式風(fēng)電機(jī)組失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)理，為大型風(fēng)電機(jī)組設(shè)計與運(yùn)行控制提供了載荷理論依據(jù)。（2）揭示了風(fēng)電機(jī)組多工況能量捕獲時空特性，在國際上率先提出一種大型風(fēng)電機(jī)組綜合性能老化評價方法?；陲L(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪氣流空間流動機(jī)理和現(xiàn)場數(shù)據(jù)特征，提出了風(fēng)電機(jī)組傳感參數(shù)空間補(bǔ)償新思路，獲得了風(fēng)能利用效率的可靠算法；然后，重新劃分了風(fēng)電機(jī)組能量捕獲（功率系數(shù)）損失因子，彌補(bǔ)了已有理論對風(fēng)電機(jī)組能量效率認(rèn)識的不足，揭示了風(fēng)電機(jī)組多工況能量捕獲特征，在國際上率先提出一種大型風(fēng)電機(jī)組綜合性能老化評價方法，為風(fēng)電機(jī)組全壽命周期能量效率提升和運(yùn)行維護(hù)提供了理論依據(jù)和算法支撐。（3）構(gòu)建了山地風(fēng)電場風(fēng)資源多維評價體系，揭示了山地風(fēng)電場風(fēng)資源與風(fēng)電機(jī)組能量輸出全局特征關(guān)系。宏觀統(tǒng)計分析了我國風(fēng)能資源與風(fēng)電輸出基本特征，提出了基于風(fēng)電輸出與負(fù)荷特征匹配提高能量利用的新思路；選取南方典型山地風(fēng)電場，基于地理空間信息特征多維度開展了風(fēng)資源和能量輸出特性研究，從多個維度提出并構(gòu)建了山地風(fēng)電場風(fēng)資源特征評價體系，揭示了山地風(fēng)電場風(fēng)資源與風(fēng)電機(jī)組能量輸出全局特征關(guān)系，為風(fēng)電場建設(shè)、風(fēng)電機(jī)組設(shè)計與運(yùn)維提供了知識支撐。研究成果發(fā)表在《RenewableEnergy》《0ceanEngineering》《Energy》《AppliedEnerg『》和《RenewableandSustainableEnergyReviews》等權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上，受到國內(nèi)外專家學(xué)者廣泛關(guān)注和正面引用，所列8篇論文期刊的總影響因子為69.382（平均8.67/篇）,在WebofScience數(shù)據(jù)庫中總他引222次，SCI他引187次（平均23次/篇）。1篇論文被可再生能源全球創(chuàng)新（RenewableEnergyGlobalInnovations）評選為“KeyWindEnergyArticle"。項目第一完成人于2020年受聘為湖南省“芙蓉學(xué)者獎勵計劃”特聘教授。四、客觀評價針對科學(xué)發(fā)現(xiàn)1：（1）美國MichiganTechnologicalUniversity的FernandoL?Ponta教授等在RenewableEnergy上發(fā)表論文（2016,92:157-170），評述本項目提出了一種L-B動態(tài)失速修正模型。引文：“Daietal.[23]whopresentedamodifiedLeishman-Beddoes[24]dynamicstallmodelincombinationwithBEMmodel.”。（文獻(xiàn)[23]為項目論文1）[附件9.1]（2）印度MotilalNehruNationalInstituteofTechnologyAllahabad（MNNIT）的KKShukla教授等在RenewableEnergy上發(fā)表論文（2017,113:1378-1387），指出本項目提出一種新的動態(tài)失速模型計算空氣動力載荷。引文：“Daietal.[11]proposedanewdynamicstallmodeltocalculatetheaerodynamicloads.Theyobservedthatthepresenceofatower,windshear,…?…”。（文獻(xiàn)[11]為項目論文1）[附件9.2]（3）美國UniversityofNorthCarolinaatCharlotte的學(xué)者AixiZhou、澳大利亞UniversityofWesternSydney的學(xué)者HelenWu和上海電力大學(xué)張建平教授等人在OceanEngineering上發(fā)表論文(2014,84:14-19),評述了本項目在風(fēng)電機(jī)組載荷分析方面取得的進(jìn)展。引文：“Daietal.(2011)proposedasetofmethodstocalculateaerodynamicloadsoflargescalewindturbinesbycombiningbladeelementmomentummodifiedtheorywithadynamicstallmodel,andconcludedthat....”。(Daietal.(2011)為項目論文1)[附件9.3]英國UniversityofDundee的AzinLamei教授等在JournalofOceanEngineeringandMarineEnergy上發(fā)表論文(2020,6(1):71-90)引用項目論文2作為論據(jù)支撐。引文：“AsimilarapproachisfollowedbyDaietal.(2018)foraone-waycouplednumericaltoolforanalysisofaFOWT.”。(Daietal.(2018)為項目論文2)[附件9.4]針對科學(xué)發(fā)現(xiàn)2：法國、英國、奧地利、葡萄牙和德國5個國家學(xué)者聯(lián)合在RenewableEnergy上發(fā)表論文(2020,157:754-768)，引用項目論文3和5,并將論文3列為了他們論文中“風(fēng)電機(jī)組功率曲線對模型參數(shù)靈敏度分析時”所用參考值的來源。[附件9.5]美國UniversityofMaryland,CollegePark的PeterSandborn教授等在WindEnergy上發(fā)表論文(2020,23:1408-1421)，引用項目論文4的內(nèi)容作為他們的研究支撐依據(jù)。引文：“AsimilarrangeofvalueswasobservedbyDaietal.2whousedsupervisorycontrolanddataacquisition(SCADA)datafromawindfarm.”。(文獻(xiàn)2為項目論文4)[附件9.6]北京航空航天大學(xué)錢政教授等在RenewableEnergy上發(fā)表論文(2020,160:1217-1227)，評述了本項目在風(fēng)向偏差對機(jī)組能量捕獲研究方面取得的進(jìn)展。引文：“Ref.[9]studiedyawmisalignmentindifferentwindspeedconditionsbyanalyzingSCADAdata.Whenthewindspeedisbelowtheratedwindspeed,yawerroreffecthasanupwardtrend,butwhenthewindspeedexceedstheratedwindspeed,pitchsystemhasastrongerinfluenceonpowergeneration.”。(文獻(xiàn)[9]為項目論文4)[附件9.7]美國NationalRenewableEnergyLaboratory(國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室)的S?Sheng(NREL風(fēng)電狀態(tài)監(jiān)測首席)和英國NorthumbriaUniversity電力和控制系統(tǒng)研究領(lǐng)導(dǎo)者ZhiweiGao在RenewableEnergy上發(fā)表論文(2018,116:1-4)，評述了本項目在大型風(fēng)電機(jī)組綜合性能老化評價方面取得的重要進(jìn)展。引文：“Inthepaper[19]contributedbyDaietc.,anagingassessmentofawindturbineisconductedbyinterpretingwindfarmSCADAdata.Fourdata-basedwindturbineagingassessmentcriteriaareinvestigatedtoassesstheaging-resultantperformancedegradationinwindturbines.Informationfusionisthenimplementedtoachieveareliableagingassessment...”。(文獻(xiàn)[19]為項目論文5)[附件9.8]針對科學(xué)發(fā)現(xiàn)3：美國UniversityofCaliforniaDavis的NaelH?El-Farra教授、AhmetPalazoglu教授與新加坡NationalUniversityofSingapore學(xué)者XiaonanWang等在EnergyConversionandManagement上發(fā)表論文(2018,173:426-437),將項目論文6中有關(guān)內(nèi)容作為分析的參考依據(jù)。引文：“Withadvancesincomputationaltechnologies,SCADAortheproposedsystemscannowupdatestatesinnearreal-timeandinterfacetomorecomplexlocalcontrolalgorithms[46].Therefore,……”。(文獻(xiàn)[46]為項目論文6)[附件9.9]西班牙UniversityofLasPalmasdeGranCanaria學(xué)者JoseA?Carta等在AppliedEnergy上發(fā)表論文(2020,280:115968)，評述了本項目在風(fēng)電場能量輸出特性研究方面取得的進(jìn)展。引文：“Daietal.[6]attemptedtodeterminetheinfluenceofwindspeedanddirectionandrotorspeedonthepoweroutputofWTsinstalledinanon-dispatchablemountainWFusingmultiple-unitsdataregisteredwitha…”。(文獻(xiàn)[6]為項目論文7)[附件9.10]北京大學(xué)李雙成教授等在Renewable&SustainableEnergyReviews上發(fā)表論文(2020,132:110151)引用項目論文8并將論文作為他們分析的依據(jù)。引文：“Thus,excesselectricityislikelytobegeneratedduringoff-peakhours,resultingincurtailmentsofrenewableenergy[47].”。(文獻(xiàn)[47]為項目論文8)[附件9.11]華中科技大學(xué)苗世洪教授和英國UniversityofWarwick學(xué)者XingLuo等在EnergyConversionandManagement上發(fā)表論文(2019,200:112091),引用項目論文8并將有關(guān)風(fēng)電產(chǎn)能的分析作為他們論文的依據(jù)。引文：“InChina,about41.9billionkWhwindpowerwascurtailedin2017,whichtakesabout13.7%oftotalwindpower[2].……anditscurtailmentratereached21%in2017,resultingintheeconomiclossof$180.8million[2,3].”。(文獻(xiàn)[2]為項目論文8)[附件9.12]

五、代表作及論文目錄序號代表作及論文名稱/刊名/作者影響因子年卷頁碼（XX年XX卷XX頁）發(fā)表時間（年月日）通訊作者（含共同）第一作者（含共同）國內(nèi)作者（排序）他引總次數(shù)SCI他引次數(shù)知識產(chǎn)權(quán)是否歸國內(nèi)所有是否代表作1AerodynamicloadscalculationandanalysisforlargescalewindturbinebasedoncombiningBEMmodifiedtheorywithdynamicstallmodel/RenewableEnergy/J.C.Dai,Y.P.Hu,D.S.Liu,XLong&0012011年36卷3期1095-1104頁2011年3月劉德順戴巨川戴巨川，胡燕平，劉德順，龍辛6652是是2Modelingandinvestigationofloadandmotioncharacteristicsofoffshorefloatingwindturbines/OceanEngineering/JuchuanDai,WeiHu,XinYang,ShuyiYang3.7952018年159卷187-200頁2018年7月1日戴巨川戴巨川戴巨川湖威，楊鑫，楊書儀54是是3ResearchonpowercoefficientofwindturbinesbasedonSCADAdata/RenewableEnergy/JuchuanDai,DeshunLiu,LiWen,XinLong&0012016年86卷206-215頁2016年2月戴巨川戴巨川戴巨川，劉德順，文麗，龍辛3627是是4EffectinvestigationofyawonwindturbineperformancebasedonSCADAdata/Energy/JuchuanDai,XinYang,WeiHu,LiWenYayiTan7.1472018年149卷684-696頁2018年4月15日戴巨川戴巨川戴巨川，楊鑫，胡威，文麗，譚雅翊2321是是5AgeingassessmentofawindturbineovertimebyinterpretingwindfarmSCADAdata/RenewableEnergy/JuchuanDai,WenxianYang,Junwei&0012018年116卷199-208頁2018年2月楊文獻(xiàn)戴巨川戴巨川，楊文獻(xiàn)，曹俊偉，劉德順，龍辛2724是是

Cao,DeshunLiu,XingLong6Investigationofwindresourcecharacteristicsinmountainwindfarmusingmultiple-unitSCADAdatainChenzhou:acasestudy/EnergyConversionandManagement/JuchuanDai,YayiTan,WenxianYang,LiWen,XiangbinShen9.7092017年148卷378-393頁2017年9月15日戴巨川戴巨川戴巨川，譚雅翊，文麗，沈祥兵98是否7Investigationofenergyoutputinmountainwindfarmusingmultiple-unitsSCADAdata/AppliedEnergy/JuchuanDai,YayiTan,XiangbinShen9.7462019年239卷225-238頁2019年4月1日戴巨川戴巨川戴巨川，譚雅翊，沈祥兵98是否8DevelopmentofwindpowerindustryinChinaacomprehensiveassessment/RenewableandSustainableEnergyReviews/JuchuanDai,XinYangLiWen14.9822018年97卷156-164頁2018年12月戴巨川戴巨川戴巨川，楊鑫，文麗4743是否合計222187論文5論文5、6主要完成人，論文5的通重要貢獻(xiàn)，包括：（1）設(shè)計了風(fēng)電法；（2）提出了提高風(fēng)電機(jī)組性出了風(fēng)資源特征分析風(fēng)向波動系數(shù)量的60%。六、主要完成人情況姓名排名行政

職務(wù)技術(shù)職

稱工作單位完成單位對本項目技戴巨川副院

長教授湖南科技大學(xué)湖南科技大學(xué)劉德順教授湖南科技大學(xué)湖南科技大學(xué)本項目組織者和主要完成人，是論和3做出了重要貢獻(xiàn)，包括：（1）正策略，構(gòu)建了BEM理論和動態(tài)失型；（2）構(gòu)建了海上漂浮式風(fēng)電組能量捕獲（功率系數(shù)）損失因子機(jī)組SCADA數(shù)據(jù)預(yù)處理和提取算80%。論文1、3和5的學(xué)術(shù)思想主要提對科學(xué)發(fā)現(xiàn)1和2做出了重要貢南力臨界值修正策略（2）提出了風(fēng)（3）提出了風(fēng)電機(jī)組性能老化評價的80%。楊文獻(xiàn)教授湖南工程學(xué)院湖南工程學(xué)院論文1論文1主要完成人，對科學(xué)發(fā)現(xiàn)1了深度失速區(qū)域內(nèi)弦向力系數(shù)修正下的俯仰力矩系數(shù)求解修正策略。論文2論文2的主要完成人，對科學(xué)發(fā)現(xiàn)海上漂浮式風(fēng)電機(jī)組運(yùn)動模型；（運(yùn)動的物理過程解析難題。胡燕平4教授湖南科技大學(xué)湖南科技大學(xué)楊書儀5所長教授湖南科技大學(xué)湖南科技大學(xué)七、主要完成單位情況排名完成單位創(chuàng)新推廣貝獻(xiàn)1湖南科技大學(xué)本單位為項目牽頭單位，負(fù)責(zé)組織、協(xié)同各單位開展項目研究工作，提出了一種新的動態(tài)失速模型修正策略，建立了葉素動量理論（BEM）模型和動態(tài)失速聯(lián)合的風(fēng)電機(jī)組空氣動力載荷模型，構(gòu)建了海上漂浮式風(fēng)電機(jī)組多層載荷與運(yùn)動模型；提出了風(fēng)電機(jī)組傳感參數(shù)空間補(bǔ)償新思路和風(fēng)電機(jī)組能量捕獲（功率系數(shù)）損失因子劃分新方法，構(gòu)建了山地風(fēng)電場風(fēng)資源多維評價體系，揭示了山地風(fēng)電場風(fēng)資源與風(fēng)電機(jī)組能量輸出全局特征關(guān)系；為項目研究配備了相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工作場地，有力地確保了項目研究的正常實(shí)施。2湖南工程學(xué)院本單位為揭示風(fēng)電機(jī)組多工況能量捕獲時空特性、山地風(fēng)電場風(fēng)資源與能量輸出特征關(guān)系做出了貢獻(xiàn)，設(shè)計了風(fēng)電機(jī)組老化評價性能指標(biāo)及其量化算法，提出了提高風(fēng)電機(jī)組性能評估指標(biāo)穩(wěn)定性的思路，提出了風(fēng)資源特征分析的風(fēng)向波動系數(shù)計算算法；為項目研究提供了相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工作場地支持。八、主要完成人合作關(guān)系說明本項目成果是由湖南科技大學(xué)、湖南工程學(xué)院合作組建創(chuàng)新團(tuán)隊，分工合作取得的，項目完成人之間形成了穩(wěn)定的合作關(guān)系。項目第2完成人劉德順系第1完成人戴巨川博士生導(dǎo)師，合作完成論文3篇（見合作關(guān)系情況匯總表）；項目第4完成人胡燕平系第1完成人戴巨川博士生副導(dǎo)師，合作完成論文1篇。戴巨川、劉德順、胡燕平合作完成論文“AerodynamicloadscalculationandanalysisforlargescalewindturbinebasedoncombiningBEMmodifiedtheorywithdynamicstallmodel"，發(fā)表在國際權(quán)威期刊《RenewableEnergy》上；戴巨川、楊書儀合作完成論文“Modelingandinvestigationofloadandmotioncharacteristicsofoffshorefloatingwindturbines"，發(fā)表在國際權(quán)威期刊《OceanEngineering》上；戴巨川、劉德順合作完成論文“ResearchonpowercoefficientofwindturbinesbasedonSCADAdata",發(fā)表在國際權(quán)威期刊RenewableEnergy》上；戴巨川、劉德順、楊文獻(xiàn)合作完成論文“AgeingassessmentofawindturbineovertimebyinterpretingwindfarmSCADAdata"，發(fā)表在國際權(quán)威期刊《RenewableEnergy》上；戴巨川、楊文獻(xiàn)合作完成論文uInvestigationofwindresourcecharacteristicsinmountainwindfarmusingmultiple-unitSCADAdatainChenzhou:acasestudy",發(fā)表在國際權(quán)威期干刊《EnergyConversionandManagement》上。主要完成人合作關(guān)系情況匯總表序號合作方式合作者/排名合作時間合作成果證明材料1論文合著戴巨川/I劉德順/2胡燕平/42009.092019.04Aerodynamicloadscalculationandanalysisforlargescalewindturbinebasedonco