風(fēng)電葉片“大”時(shí)代已至

發(fā)布時(shí)間: 2019-11-14   來源:中國能源報(bào)  作者:本站編輯

  從真正實(shí)現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展的2006年算起,中國風(fēng)電行業(yè)已走過了十幾年的歷程,技術(shù)能力早已今非昔比。隨著風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展,風(fēng)電葉片的變革趨勢(shì)也越來越明顯,用一個(gè)字來形容就是“大”。無論是陸上風(fēng)電還是海上風(fēng)電,葉片尺寸均呈現(xiàn)越來越大的趨勢(shì)。

  在即將平價(jià)上網(wǎng)的大背景下,采用大兆瓦風(fēng)機(jī)成為風(fēng)電降本增效的最有效途徑,而如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)電高發(fā)電量、低成本和輕量化,成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)問題。

  業(yè)界人士普遍認(rèn)為,如何匹配大容量風(fēng)機(jī)的葉片,是行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。無論是風(fēng)電葉片設(shè)計(jì),還是生產(chǎn)制造,只有做到精細(xì)化才能降低風(fēng)電成本。

  葉片呈大型化輕量化趨勢(shì)

  今年,中國海上風(fēng)電市場(chǎng)新增了7.25MW、8MW及10MW機(jī)組,陸上風(fēng)機(jī)最大容量將刷新至6MW。隨著風(fēng)機(jī)容量增大,被譽(yù)為風(fēng)機(jī)“靈魂”的葉片長(zhǎng)度也隨之增長(zhǎng),目前世界最大的風(fēng)機(jī)葉片已經(jīng)刷新至107米。

  國家發(fā)改委和國家能源局此前下發(fā)的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016-2030年)》(以下簡(jiǎn)稱《計(jì)劃》)就提出,把高效葉片氣彈、輕量化結(jié)構(gòu)、新材料相結(jié)合的一體化設(shè)計(jì)技術(shù)和100米及以上風(fēng)電葉片列為未來風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)突破目標(biāo);科技部今年發(fā)布的《2019年國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目申報(bào)指南》也提出,開展10MW級(jí)海上風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)研制與檢測(cè)試驗(yàn)技術(shù)、新型輕量超長(zhǎng)柔性葉片技術(shù)、超長(zhǎng)葉片一體化設(shè)計(jì)技術(shù)等研究。由此可見,國家已把超長(zhǎng)風(fēng)電葉片列為風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)研發(fā)的目標(biāo)。

  “機(jī)組大型化已成為風(fēng)電行業(yè)發(fā)展趨勢(shì),未來五年,陸上風(fēng)機(jī)的風(fēng)輪直徑將超過200米?!泵麝栔腔勰茉醇瘓F(tuán)股份公司風(fēng)能研究院副院長(zhǎng)李軍向日前在“風(fēng)電葉片大型化技術(shù)論壇”上預(yù)測(cè),風(fēng)電葉片大型化、輕量化、低成本是發(fā)展趨勢(shì)。

  葉片大型化面臨諸多制約

  “葉片終究是妥協(xié)的產(chǎn)物,妥協(xié)其實(shí)就是平衡。”李軍向認(rèn)為,葉片發(fā)展到今天,大型化方向已經(jīng)明朗。葉片長(zhǎng)度越來越長(zhǎng),對(duì)材料類型與性能、氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作工藝等要求更高,如何在葉片又大又輕中間找到平衡是關(guān)鍵?!霸诘统杀尽?yōu)化設(shè)計(jì)(高效率)、降低制造難度的要求下,我們面臨著很多挑戰(zhàn)。”

  首先是風(fēng)機(jī)葉片材料的約束。眾所周知,風(fēng)輪直徑的大小,直接取決于葉片的長(zhǎng)短,而葉片長(zhǎng)度在一定程度上決定風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電水平及整機(jī)成本。目前,葉片成本約占風(fēng)機(jī)價(jià)格總成本的20%左右,葉片材料占葉片成本80%,甚至85%以上。“低成本的材料意味著低性能,所以葉片材料可選余地非常有限,包括全玻纖碳玻混鋪、碳玻混編PS/SS單面碳?;?、全碳纖主梁等,只能有限選擇再做靈活性運(yùn)用。”李軍向坦言。

  維斯塔斯風(fēng)力有限公司技術(shù)專家孫樹偉也認(rèn)為:“未來風(fēng)電行業(yè)需要的葉片鋼度要大、強(qiáng)度要高、重量要輕?!彼J(rèn)為,像當(dāng)年玻璃纖維代替金屬一樣,碳纖維葉片也將代替玻璃纖維葉片。相較于傳統(tǒng)的玻璃纖維葉片,碳纖維葉片的重量更輕,根據(jù)具體的設(shè)計(jì)翼型和長(zhǎng)度,可降低葉片重量30%-50%。

  但是,對(duì)國內(nèi)大部分廠家而言,碳纖維仍是昂貴的材料?!澳壳?,平價(jià)時(shí)代的最高性價(jià)比選擇仍以玻璃纖維為主。在葉片中注入碳纖維成本高,工藝難度較大,生產(chǎn)碳纖維葉片尚存在一定難度。不過,我們也在研究碳纖維葉片?!鄙虾0娠L(fēng)電科技發(fā)展集團(tuán)有限公司技術(shù)中心技術(shù)總監(jiān)助理劉華偉向記者坦言。

  第二個(gè)挑戰(zhàn)是氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)的矛盾。越來越長(zhǎng)將使葉片變形及重量增加,導(dǎo)致氣動(dòng)效率降低,從而影響發(fā)電量?!岸〉蔑L(fēng)機(jī)高發(fā)電量、高效率,翼型將更薄、需要更高的升阻比。所以,葉片終究是一個(gè)妥協(xié)的產(chǎn)物。在葉片又大又輕、低成本、制造難度等各種因素之間找到平衡?!崩钴娤虮硎?。

  李軍向介紹,葉片大型化面臨的另一個(gè)突出問題是氣彈問題。葉片長(zhǎng)度在40-60米時(shí),氣彈問題并不突出,甚至感覺不到其存在。當(dāng)葉片大型化以后,氣彈問題凸顯出來。從技術(shù)角度來看,氣彈問題有四方面影響因素:即剪切中心、質(zhì)心、流體附著、掃略。國內(nèi)對(duì)氣彈問題解決得并不好,很多時(shí)候直接略過去?!爸袊L(fēng)電行業(yè)要進(jìn)一步發(fā)展,還需要大力加強(qiáng)氣彈方面的研究。”

  精細(xì)化設(shè)計(jì)才能降成本

  如何破解上述諸多挑戰(zhàn),業(yè)界給出的答案是“精細(xì)化設(shè)計(jì)”。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為,當(dāng)前葉片發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新常態(tài),高性能低成本的材料應(yīng)用越來越普遍。高性能低成本的材料、模塊化的結(jié)構(gòu)形式、差異化的剛度設(shè)計(jì),以及精細(xì)化的強(qiáng)度校核,將成為未來葉片發(fā)展趨勢(shì)。

  “ 葉片是一個(gè)非常系統(tǒng)性的工程,從前期的設(shè)計(jì)到中間的生產(chǎn)制造,以及后期葉片運(yùn)維,涉及方方面面。一定要做到精細(xì)化設(shè)計(jì),只有這樣才可能在低成本的情況下,把葉片做到輕量化?!崩钴娤蛘f。

  業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè),我國未來風(fēng)電葉片行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)將由“群雄混戰(zhàn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皫讖?qiáng)爭(zhēng)霸”,葉片競(jìng)爭(zhēng)將向具備規(guī)模、技術(shù)、成本和效率的優(yōu)勢(shì)企業(yè)傾斜,我國風(fēng)電葉片產(chǎn)業(yè)未來將經(jīng)歷一場(chǎng)新的價(jià)值鏈重塑。

      關(guān)鍵詞: 風(fēng)電,葉片

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