一、海上風(fēng)電發(fā)展趨勢
海上風(fēng)能資源優(yōu)越，2017-2019年全國海上風(fēng)電項目預(yù)計招標(biāo)容量為1019.6萬千瓦，海上風(fēng)電發(fā)展?jié)摿薮蟆夷茉淳帧赌茉醇夹g(shù)創(chuàng)新“十三五規(guī)劃”》指出，“十三五”期間重點研究8MW-10MW 陸/海上風(fēng)電機組關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)5-6MW等大型海上風(fēng)電機組安裝規(guī)范化和機組運維智能化。
5-6MW目前已規(guī)模化裝機，8-12MW預(yù)研已開始，海上風(fēng)電將快速進(jìn)行大兆瓦時代。
二、海上風(fēng)電葉片發(fā)展趨勢
福建一帶海域，I類風(fēng)區(qū)，設(shè)計理論年滿發(fā)利用小時數(shù)超過3200h，單位千瓦掃風(fēng)面積需超過3.0，8MW葉片的長度需要約87m，12MW葉片約104m;
江蘇以北海域，III類風(fēng)區(qū)，設(shè)計理論年滿發(fā)利用小時數(shù)需超過3000h，單位千瓦掃風(fēng)面積需超過4.5S/KW，8MW葉片的長度需要約107m，12MW葉片約128m。
海上風(fēng)電大兆瓦時代葉片大型化成趨勢。
三、海上大葉片面臨的挑戰(zhàn)
葉片大型化和海上復(fù)雜的外部環(huán)境，使得海上大葉片面臨如下幾大挑戰(zhàn)：
(1)大型葉片設(shè)計可靠性與可靠性驗證；
(2)碳纖維主梁成型工藝的技術(shù)路線選擇；
(3)碳纖維主梁質(zhì)量可靠性保證；
(4)大型葉片腹板定位及粘接可靠性保證；
(5)海上葉片雷電防護(hù)可靠性保證；
(6)海上葉片腐蝕防護(hù)可靠性保證；
(7)大型葉片驗證可靠性保證。
四、海裝5MW-83.6m葉片開發(fā)經(jīng)驗分享
面對海上風(fēng)電葉片的諸多挑戰(zhàn)，海裝5MW-83.6m葉片在國內(nèi)風(fēng)電領(lǐng)域進(jìn)行了多方面的開創(chuàng)性探索。
(1)碳纖維主梁設(shè)計
顯著提高葉片剛度，減輕葉片重量，5MW-83.6m海上風(fēng)電葉片設(shè)計重量僅為25.7T，相比行業(yè)內(nèi)眾多采用玻纖主梁的葉片重量達(dá)到30T左右，大大降低了整機載荷，降低機組綜合成本。
(2)增加后緣安全性
增加TE-UD腹板，大大增加超大型葉片的擺振剛度及后緣安全性。
(3)碳纖維主梁真空灌注
碳纖維主梁制造主要有預(yù)浸料、真空灌注、碳拉擠板三種技術(shù)。預(yù)浸料技術(shù)具有最有利的優(yōu)點是易浸潤，缺點是黏性大鋪設(shè)困難，容易產(chǎn)生層間間隙，儲存運輸困難，成本高；真空灌注技術(shù)最有利的優(yōu)點是鋪設(shè)容易，缺點是碳纖維浸潤性能差，層數(shù)較多時真空灌注一次性完全浸透困難；碳拉擠板技術(shù)最有利的優(yōu)點是易固化，缺點是鋪設(shè)隨形困難，不宜過寬，且層間結(jié)合力低。
經(jīng)驗證碳纖120層，厚度大于70mm主梁采用真空灌注技術(shù)路線可行。
(4)無損檢測技術(shù)
碳纖維制品肉眼無法檢測內(nèi)部缺陷，且厚度較厚時，普通設(shè)備難以識別出缺陷；對碳纖維檢測常用的有紅外、X射線、激光散斑、超聲技術(shù)；研究發(fā)現(xiàn)，對于大厚度的碳纖維制品，采用相控陣超聲波無損檢測技術(shù)，配備專用的探頭和設(shè)備，可以實現(xiàn)對碳纖維主梁100%檢測。
(5)腹板PS面一體粘接技術(shù)
對于大型葉片，腹板高度達(dá)3.5m，難以固定和定位，應(yīng)設(shè)計大型腹板一體粘接定位工裝，采用腹板PS面一體粘接控制技術(shù)，有效保證大型葉片腹板定位質(zhì)量。應(yīng)對主梁粘接區(qū)域及后緣粘接區(qū)域進(jìn)行100%無損檢測保證粘接安全。
(6)大葉片型式試驗
83.6m葉片為國內(nèi)最長，需要更大更寬的試驗臺，海裝與第三方認(rèn)證公司共同論證探討試驗場地、試驗方案，目前該葉片已通過鑒衡的靜力測試、正在進(jìn)行疲勞測試。
(7)葉片防護(hù)
83.6m風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)時葉尖速達(dá)90m/s（324km/h），降雨對葉片前緣破壞能力強，開發(fā)過程中應(yīng)重點關(guān)注。
目前用于葉片防護(hù)的體系有保護(hù)漆（阿克蘇諾貝爾、博格林、美凱維奇、麥加等）以及保護(hù)膜（3M、德莎）。
葉片開發(fā)過程中，設(shè)計人員提前對防護(hù)材料開展了紫外、濕熱測試，接近真實海洋環(huán)境；對防護(hù)材料性能進(jìn)行研究，考察材料的施工性能，采用接近真實施工條件下的樣板，疊加大流量、加速雨蝕試驗綜合考察材料特性，選用防腐能力綜合性能最優(yōu)的防護(hù)體系。
(8)葉片防雷技術(shù)
碳纖維主梁的引入使葉片的雷電防護(hù)系統(tǒng)變得復(fù)雜；金屬網(wǎng)是一種既能接閃、傳導(dǎo)又能防護(hù)復(fù)合材料的材料，與傳統(tǒng)的引下線有著本質(zhì)區(qū)別；碳纖維主梁的雷電防護(hù)通常采用金屬銅網(wǎng)；技術(shù)人員綜合選擇多種金屬網(wǎng)，開展雷擊測試對比驗證，選用接閃性能最高的新型防雷材料；經(jīng)驗證，應(yīng)至少選用195g/m2的金屬網(wǎng)，可滿足雷電傳輸要求。
海裝按照IEC規(guī)范，開展了葉片防護(hù)系統(tǒng)試驗。1000KV高電壓初始先導(dǎo)附著及掃略試驗； 200KA，300C，10MJ大電流沖擊及能量轉(zhuǎn)移試驗。經(jīng)系統(tǒng)化驗證，碳纖維主梁無需采用引下線設(shè)計，采用合適的銅網(wǎng)防護(hù)方案可保證防雷安全，且取消引下線設(shè)計還減少葉片內(nèi)部產(chǎn)生電弧的風(fēng)險。
五、結(jié)語
海上風(fēng)電葉片運行在不易測，不可控，不易達(dá)的嚴(yán)酷與復(fù)雜環(huán)境，海上風(fēng)電面臨諸多未知與挑戰(zhàn)，同時還有眾多未能突破的難題與技術(shù)瓶頸，愿全行業(yè)攜手努力，大力開展基礎(chǔ)研究和科研試驗，攻克海上風(fēng)電發(fā)展難題，為整機的經(jīng)濟(jì)性及安全性提供更強大的保障，共享藍(lán)海發(fā)展。
