風電葉片大型化技術論壇——中材科技李成良:低成本大葉片開發的可靠性探討_東方風力發電網
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風電葉片大型化技術論壇——中材科技李成良:低成本大葉片開發的可靠性探討

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-10-22   來源:能見APP  瀏覽次數:299
核心提示:10月22日上午,CWP2019風電葉片大型化技術論壇在新國展召開。中材科技風電葉片股份有限公司研發中心技術副總監李成良出席論壇并發表演講。
  2019年10月21-24日,2019北京國際風能大會暨展覽會(CWP2019)在北京隆重召開,大會主題“風電助力‘十四五’能源高質量發展:綠色、低碳、可持續”。自2008年首次在北京舉辦以來,已連續舉辦11屆,成為北京金秋十月國內外風電行業爭相參與的年度盛會。
  10月22日上午,CWP2019風電葉片大型化技術論壇在新國展召開。中材科技風電葉片股份有限公司研發中心技術副總監李成良出席論壇并發表演講。
  
  以下為發言全文:
  
  李成良:剛才看了李松林先生分享海上風電葉片設計開發的全過程,我的分享跟他有很多類似之處,但是我更想從可靠性上來說,我們整個葉片的一個開發過程。我的工作兩個部分,一個風電葉片面臨的新形勢,大葉片開發的可靠性,主要從氣動設計,結構、制造、測試、流程。當前我們葉片發展進入了一個新的常態,特別是在2019年5月21日中國發改委新一輪的風電項目價格政策的落地呢,特別的指出,在2021年陸上供電實現平價上網海上風電首次降價2025年整個陸上實現低頻價上網,海上將具備平價上網的條件,就是整個風電價格是越來越低。低價格就要求低成本,我們現在看一下低成本,整個風電的成本有三部分組成,一個風機的成本,一個風電,還有運維的成本,這三部分帶歐洲一般是按照各占三分之一。對于風輪也就是葉片來說占整個風機的比重價格成本是20%左右,那從這個敏感性來看,什么對它低度電成本影響最大,AEP,運行維護風電場建設的成本,從葉片本身來卡,葉片作為風機關鍵核心轉化的部件,我們設計目標很明確,就是AEP最大化,還有葉片的成本最低化,對于葉片來說我們從氣動方面,保證氣動的效率最高,它的發電量最大,同時通過一些增功增效,結構的降本減重實驗,葉片的成本最低,同時這邊我想提一下,葉片和主機的匹配密不可分,多輪充分的迭代,最終實現葉片的發電量最大化,成本最低化作為葉片的使用化目標。
  
  低度電成本,帶來葉片發展的新趨勢,現在葉片兩個大的方向,一個葉片帶動方向發展,葉片的設計尺寸大,成形面積大,制造精度高。現在最長的葉片,已經超過了100多米,中材開發的,我們這個葉片可以看到跟A380,表面積達到了560平米,重量超過37噸,單位功率密度是270,在之前這個海上一般是在300到350,現在成本的預期已經到了65元每公斤,作這兒之前海上的葉片是這個的量到三倍,甚至更高,葉片發展的另外一個趨勢,安全余量小、設計重量輕、新材料應用加快,對于我們現在的葉片安全系數只要大于1,夠認為是符合規范的要求,復雜設計的要求,這個過程中同時我們也催生了一些新材料應用,碳纖維的應用,都在進行加快,整個風電發展形勢是非常惡劣的。接下來把可靠性方面從系統結構設計制造工藝流程控制方面進行分享。
  
  設計方面我們知道翼型是我們整個葉片最基本的元素,翼型設計要與翼型開發些匹配,高氣動效率,低粗糙敏感,低噪音,高剛度,考慮對環境,比如說造成污染要小,高度要大,設計翼型,開發翼型的時候,仿真模擬,進行生動測試,確保翼型給葉片開發提供最準確的收入。
  
  對于氣動設計方面呢,因為我們整個葉片設計都是基于一個(23:51)不會超過這個值,光伏的,一般可以達到50%左右,但是如果特別高那就帶來了更多的問題,載荷大,這里邊我也想提一下,對于如何設計葉片我們提出來一個低載高效,  選取CP值的時候,一般的CP值追求的是最大,最大帶來的載荷大,在我們的設計里面,提倡的是CP值覆蓋的范圍要寬,越寬最大的載荷就會降低,技術的載荷巨大更大的承受能力在這個基礎上可以加強葉片,這里我舉一個小例子,就說基于我們傳統的設計和低載高效的設計,發電量增加3.3%,它的極限載荷降10%左右,所以這個低載高效的理念,對我們葉片的氣動設計還是有很大的幫助。三方面就想提一下這個葉片的發電可靠性,現在我們葉片面臨很嚴重的問題,就是失速余度的問題,失速有哪些因素引起的,葉片的性能,葉片氣動設計,都可能影響到葉片的失速。什么是失速呢?這個系數會下降,葉片發電會出現損失,這樣的話對基礎的影響會很大,帶來基礎的破壞,主要是提升失速的余度。密度對失速余度,空氣密度下降0.6的時候,我們整個發電量40%左右,你想想40%對一個主機場,在這里邊充分考慮它的失速,盡可能的提升它的失速余度,讓它的發電量的損失更小,同樣我們可以通過這些部件提升發電量,這是關于氣動方面。
  
  結構方面高性能材料應用越來越普遍,也越來越多,但是我們這個材料,TM+,它的性能都達到了50,甚至50%以上,100還有很大的空間,這個就說材料性能還有很大的發揮空間,材料性能發揮的空間,主要依據它的成形工藝,像碳纖維的材料,我們現在也有很多的應用具體怎么用呢,我們原來用過真空灌注的,不管怎么說大葉片發展推動高膜玻纖和碳纖維的應用,先進的成型工藝是充分發揮材料價值的關鍵環節。這是關于材料方面。
  
  關于結構失效模式方面,會引起葉片的失效模式的變化,貝塞爾效應引起的,主梁失效,層間失效,腹板失效,在這過程中我們通過一些工具比如說像FTA,分咐它的失效模式,針對失效模式制訂相關的措施,這里邊舉了這個例子,這邊是一個常見的,我們的材料,我們的結構,要想保證它的可靠性,我們從最精的原材料,還有復合材料,子部件包括葉片測試進行完整的測試,這樣我們才能知道我們的結構它的安全性可靠性,取到的安全系數到底多少。著重提一下,子部件,因為子部件的測試,越來越受到重視,為什么進行子部件的測試,標準和規范里面規定,全尺寸葉片的測試,一般只覆蓋葉片的70%的區域,疲勞測試呢覆蓋的是40%的區域,更多的區域呢,沒有被識別出來,因為這些地方葉片不是主要的區域,但是它對葉片也有關鍵的影響,這里面我舉一個,葉根預埋知道了它的邊界,我們對下一步葉片的開發,尤其放在大葉片的開發,它的最終是可以在多大葉片上應用是合適的,我們的葉根擋板水平,我們通過這樣的測試,我們可以知道承壓測試極限承載能力,而不是單純的滿足我們技術要求的300公斤簡單的一個技術指標,我再提一下戰略分析,剛才李松林也提到了,氣彈顫振分析,耦合的過程中葉片它會帶來一個高轉速高風速中發生這種顫振,這種顫振對掖也是一種極限的破壞,我們做這個分析的目的,讓葉片運行轉速和風速遠離這個顫振的邊界,這樣才能保證我們葉片結構的可靠性。
  
  下面我們講一下制造工藝,近幾年來大家都知道,50米以上的葉片都成為市場的主流,尤其是今年,60米以上的葉片,逐步成為主流,我們在進行大葉片的生產制造過程中,我們都知道大葉片的制造難度還是比較高的,原來一天做一片,現在兩天做一片,這過程中我們持續進行裝備改進與集成應用,全面提升機械化與自動化成都,我舉幾個例子,葉片非編切割設備,有效的降低勞動強度,保證葉片定位尺寸的同時,有效的控制,有效的減少缺陷,主梁減少人工勞動強度的同時,這都是我們在裝備改進方面做的一些工作。我們都說我們的葉片質量是制造處理的不是檢出來的,這句話我也是深信不疑,我們大量的缺陷都是在制造過程中產生的,我們還必須通過高端的設備來檢查我們的葉片有沒有缺陷,因為我們的肉眼是無法檢驗的,通過主梁的粘接,后緣的占前沿的粘接,關于制造工藝這塊。我們常規的葉片,現在都會通過權尺寸的測試,靜力測試、疲勞測試、和后靜力測試,對于我們來說我覺得這個還不夠,我們葉片承載能力到底是多少,剛才講部件的測試,對于葉片來說也是一樣的,我們現在會進行超載測試,一般是在我們后靜力測試1.2倍到1.5倍的超載,這個超載測試,更好的去匹配我們的葉片與主機,這個尤其對我們適應性風速的主機來說是非常有幫助的,因為適應性風速度災害,往往會超過我們的設計載荷。
  
  還有一個破壞性測試,為了驗證葉片的承載邊界,這個承載邊界,可能是設計也可能是工藝,發現承載邊界極限能力,更好的有助于我們理解和認識我們的介入設計和我們的工藝制造,這里邊我想提醒的是,破壞性測試呢,如果要做的話,一定要做好安全和可靠性的防護,因為這個還是有很大危險,至少對人員設備要求都很高。防雷這塊,在防雷,風電場運行比較突出,防雷系統可靠性很多人關注的什么,關注我們做了防雷系統的測試,但我們這個還不夠,進行雷電的大電流大電流的測試,在這個之后呢,我覺得還應該做一個測試,我們防雷系統材料,力學性能的測試,這個我們都會進行充分的驗證。
  
  型式認證方面,認證標準,國際的標準都在國內進行充分的應用,包括GL的,防雷的現在非常完善了,認證機構國內的CGC,CCS等型式認證這個工作是必須要做的,更好的保證葉片可靠性,重點強調一點是,壓做的讓我們葉片的生產制造更加符合設計,而不是說葉片認證過了,葉片就可以隨便做了不是那樣的。
  
  關于流程管控方面,我們知道近幾年在丹麥工業協會的推動下,我們有這個國際的幾家風電企業做了一個APQPVVIND,推出了中材的apqpvvind,每個節點上嚴格的質量環節把控,這個過程中就是為了確保我們產品是符合流程控制全面保證產品研發的質量,到這里我整個匯報差不多就完了,最后我做一個簡單的小結。
  
  隨著單機功率的增大,葉片長度增加,陸上向海上發展,平價上網趨勢,我們從氣動結構材料還有我們的生產制造,葉片全程的測試,還有認證標準,效率可靠性方面進行努力。新形勢面臨的新挑戰,新機遇也迎來新機會,讓我們一起努力為大葉片的可靠性開發,為我們整個行業的健康發展盡心盡力,謝謝大家。
  
  (根據演講速記整理,未經演講人審核)
 
 

 
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