風機葉片設計仍是軟肋

　　4月16日,2015中國˙風電葉片設計制造與運維技術高峰論壇暨材料應用商務配套交流會在江蘇省太倉市舉行.本次論壇以“新常態新風電”為主題,圍繞著優化風電葉片設計、提升制造工藝、降低運維難度等話題展開探討,新常態下如何提升風機葉片的整體效率和效益正式擺上臺面,也預示著我國風電制造行業下一步將集中全力應對葉片材料與設計兩大技術難題.
　　近年來,涉及風電葉片的國內原材料企業和外資企業發展勢頭迅猛.特別是在風電整合期過后,宏觀需求的穩步增長給風電葉片材料應用帶來新的挑戰與機遇,但作為葉片技術提升的另一個重要引擎——結構設計,其發展速度卻未及材料來的迅猛.中國不飽和聚酯樹脂行業協會秘書長趙鴻漢表示:“當前,無論是在風電行業,還是在全國所有的纖維復合材料領域,應該說國內外材料應用已面面俱到,但是風機葉片設計依然是軟肋.”
　　材料應用發展迅猛
　　作為葉片高性能、高可靠性的有力保證,對于材料與設計的不斷優化改進使風電制造者從未停止過其腳步.
　　本報記者通過此次論壇了解到,目前國內12家整機制造企業中,有5家企業自產葉片.獨立葉片制造企業達到21家,這為我國滿足陸上風電市場和海上風電市場的開發提供了充足的產能支撐和技術儲備.
　　據公開資料顯示,2014年我國風電出廠吊裝容量累計1.15億千瓦.國內風機3.6萬臺,3.6萬臺風機使用復合材料100多萬噸,其中環氧樹脂和不飽和樹脂50萬噸,高性能玻璃纖維約60萬噸,還有大量的結構泡沫材料.
　　通過多年來的不懈努力,我國在風電葉片材料應用上已經呈現百花齊放的態勢.趙鴻漢表示:“未來高性能纖維和高性能合成樹脂將面臨新的材料挑戰,碳纖維、高性能合成纖維、高性能玻璃纖維和合成樹脂繼續面臨持續創新.在合成樹脂方面,可能會出現聚氨脂改性環氧、熱固性聚氨脂、纖維增強塑料不斷得到開發和利用的局面.”在材料應用上取得的長足進步讓風機制造行業持續向兆瓦級葉片邁進.據了解,4月2日,長達57米的風機葉片在重慶江津區珞璜工業園下線,這是國內目前2兆瓦級最長風機葉片.同時,作為全球風電兆瓦級葉片的引領者美國TPI風電公司與天津上緯從材料到技術進行了深入的合作,推進TPI葉片成為全球葉片制造行業的領頭羊之一.
　　“兆瓦級復合材料葉片行業是一個極富挑戰的技術型產業,大型化、高性能化、輕量化兆瓦級葉片,將集中各種高性能材料的比試和比拼,從而達到更完美的材料、結構和工藝的組合.”趙鴻漢表示.
　　據了解,我國3兆瓦以上風機葉片需要采用碳纖維復合材料制造.目前,中材科技等為數不多的企業可制造5兆瓦級風機葉片,但均處于樣片制造階段.
　　結構設計仍是軟肋
　　與材料的進步相比,設計滯后不僅反映在風電制造上,更是我國制造行業的通病.中國風能設備協會副秘書長沈德昌對本報記者表示:“我國風機葉片受到空氣動力學研究和結構研究的限制,設計方面處于短板.現階段,葉片設計主要參照國外經驗,環氧樹脂和粘固劑都還依賴進口.”中國風電材料設備網創始人兼 CEO趙元新表示:“就目前來講,我國風電產業與國際先進水平相比,仍然存在較大差距,大部分企業是采用引進生產許可證的方式,缺乏國際競爭力.我國風電產業要與國際先進水平接軌,持續創新和走向海外,加強葉片技術研究,提高大型風電葉片設計能力,提供葉片的大型化、輕量化、智能化的智能制造技術和風電運維技術.”眾所周知,丹麥在風電發展上擁有較為成熟的經驗.在葉片研究上,對于成本和質量的高度重視成為丹麥風電高性能、高可靠性的有力保障.來自丹麥 SSPTechnologyA/S的葉片設計總監LennartKuhlmeier介紹說:“在丹麥,風電制造企業不把材料看成一種成本因素,SSP認為原材料的成本或者部件成本雖然很重要,但是質量必須要得到保證.如果只追求成本低廉放棄了質量,葉片生產之后可能會增加修理的時間,這實際上提高了整體的成本.同樣對于葉片設計而言,如果不重視設計,只選擇低成本的葉片設計方式,花費很少的時間驗證所有的設計細節,造成的結 果將不堪設想.”據了解,SSP提供交鑰匙葉片設計和原型設計解決方案,包括葉片設計、氣動葉片設計、模具制造、葉片原型設計、原型制造、測試和認證,同時還提供相關培訓.
　　SSP完備的設計解決方案已應用在與三星海上風電的合作中,從概念到葉片生產的前置時間不到16個月,目前合作成果已經在蘇格蘭進行安裝、運行.
　　在明確了材料與設計研究的出發點之后,對于好的葉片評定標準就把葉片研究工作推向精細化.TPI中國區質量總監郭磊表示:“關于葉片我們不能只看宏觀,需要看得再細一點,再近一點.在TPI每個葉型的葉片都會做切割,按照不同的位置切割出大概5厘米寬度,這種切割的技術對葉片內部的質量要求非常嚴格.整體位置是否精確都可以呈現出來.我們通過這樣的方式確保最終提交滿足產品質量的葉片.”德國WINDnovation總經理 RolandStoer預測:“在葉片設計方面,可能有一個趨勢,就是和風機的設計整合在一起,這樣才會為未來設計出更好的葉片和風機.”沈德昌認為,風機與葉片結合的整體設計對于優化整體性能是最佳方案,這成為風機設計研究的理想化選擇.據了解,國外在塔筒方面考慮到長途運輸,在采用承插式的分段玻璃鋼塔筒現場制造.葉片的制造在向分段組合、整體灌注成型和熱塑型成型的趨向發展.