2023年10月16日-19日，2023北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)（CWP2023）在北京如約召開(kāi)。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會(huì)之一，這場(chǎng)由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國(guó)內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì)，再次登陸北京，聚焦中國(guó)能源革命的未來(lái)。

本屆大會(huì)以“構(gòu)筑全球穩(wěn)定供應(yīng)鏈 共建能源轉(zhuǎn)型新未來(lái)”為主題，將歷時(shí)四天，包括開(kāi)幕式、主旨發(fā)言、高峰對(duì)話、創(chuàng)新劇場(chǎng)以及關(guān)于“全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)布局及供應(yīng)鏈安全”“雙碳時(shí)代下的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展前景”“國(guó)際風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“風(fēng)電機(jī)組可靠性論壇”等不同主題的21個(gè)分論壇。能見(jiàn)APP全程直播本次大會(huì)。

在10月18日上午舉辦的風(fēng)電機(jī)組可靠性論壇上，中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司技術(shù)副總監(jiān)黃輝秀發(fā)表了題為《大型風(fēng)電葉片帶來(lái)的挑戰(zhàn)及其解決方案》的主題演講。

以下為發(fā)言全文：

各位專家同仁，大家好，時(shí)隔三年我們又在這里見(jiàn)面，剛才兩位專家分享了是現(xiàn)場(chǎng)和機(jī)組方面的一些信息，我對(duì)于單獨(dú)的葉片來(lái)講一講。我有兩個(gè)方面的這個(gè)議題，一方面就是大型葉片帶來(lái)的挑戰(zhàn)，第二個(gè)就是解決方案。當(dāng)然這個(gè)解決方案不一定是中材葉片做的，它有可能是一些想法，有可能是對(duì)未來(lái)的期待或者是說(shuō)已經(jīng)做成的事情。

挑戰(zhàn)是來(lái)自多個(gè)方面，首先就是大型的葉片，它的翼型數(shù)據(jù)是需要修正，現(xiàn)在所用的翼型數(shù)據(jù)都是百萬(wàn)級(jí)別的，增加到百米級(jí)以上，它會(huì)達(dá)到千萬(wàn)級(jí)別，千萬(wàn)級(jí)別是需要做一些理論的修正，或者要去做一些測(cè)試。這個(gè)測(cè)試是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，它要有更大尺寸的風(fēng)洞，還有更高風(fēng)速。這些大厚度的翼型對(duì)前緣粗糙度也是更加的敏感。第二個(gè)機(jī)組的匹配難度是空前，我們現(xiàn)在所用的是開(kāi)發(fā)邏輯，首先我們的客戶給我們定了目標(biāo)低重量目標(biāo)，低重量會(huì)引來(lái)是什么？就相當(dāng)于材料用的少了，那就是剛度低了之后，它在匹配的時(shí)候載荷發(fā)散，所以在這環(huán)節(jié)上要不斷的去迭代，是消耗很多的時(shí)間，對(duì)大型葉片來(lái)講，我們的有的時(shí)候會(huì)迭代上百次，給工程師帶來(lái)很大的心理的壓力。

另外就是大型的葉片與以前葉片不一樣的地方，就是轉(zhuǎn)速越來(lái)越接近于額定轉(zhuǎn)速。這個(gè)圖是我自己創(chuàng)立的一個(gè)圖，它代表的截面上的載荷密度可以與另外一個(gè)詞，就是說(shuō)電車的電池能量密度，大致是一個(gè)意思。也就是我們的葉片是有厚度的，比如說(shuō)是翼型絕對(duì)厚度是一米厚，一米厚所承載的載荷是多少？是載荷除以厚度，得到一個(gè)單位的厚度所承載的載荷。

可以看得到隨著有些葉片在變長(zhǎng)，這個(gè)是短的葉片，這是相對(duì)短的葉片，這個(gè)是長(zhǎng)的葉片，長(zhǎng)的葉片的載荷密度是提高了很多，有可能是一點(diǎn)幾倍，載荷密度就會(huì)驅(qū)動(dòng)后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全不一樣。比如說(shuō)主梁，主梁的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于芯材的厚度，厚度差越來(lái)越明顯。另外結(jié)構(gòu)上也會(huì)有一些變化，比如說(shuō)這個(gè)是低重量的要求下，以前短的葉片是雙腹板，更多的雙腹板，而現(xiàn)在大型的葉片出現(xiàn)有一些單腹板，曾經(jīng)在一個(gè)研討會(huì)上跟大家去研討，說(shuō)到單腹板和雙腹板的問(wèn)題。舉一個(gè)例子，人是有兩個(gè)腎的，缺少了一個(gè)人能不能活，他還是能活，在這種情況下我們不要讓剩下一個(gè)腎的管路超載，同樣對(duì)于葉片也是一樣的，如果只有一個(gè)腹板，我們要加強(qiáng)設(shè)計(jì)，去結(jié)實(shí)它內(nèi)部的運(yùn)力讓它不要超載。

原材料的方面，其實(shí)原材料在近一階段是沒(méi)有什么大變化的，從玻璃纖維來(lái)講它已經(jīng)是定了，雖然說(shuō)我們現(xiàn)在幾個(gè)是纖維廠家，有一些新的型號(hào)將要推出，但是它所帶來(lái)的并不是跳躍性的。我們國(guó)內(nèi)的碳纖維，它用的是T300的級(jí)別，也不會(huì)有太大的變化，首先T300級(jí)別沒(méi)有大量的使用，成本還沒(méi)下來(lái)，在使用更高成本更高模量的纖維，成本是消化不了的。在這個(gè)我們還要繼續(xù)的期待，期待我們?cè)谖磥?lái)葉片用上碳纖維。

下面是說(shuō)制造方面的一些挑戰(zhàn)，大家自己家里有多大平方，幾十平方、上百平方，現(xiàn)在200米級(jí)別的模具，它兩面加起來(lái)上千平方，上千平方就相當(dāng)于小公園，上公園我們只是去走走，而我們是要在這上面干活，要把幾十噸的材料安放在正確的位置，而且要保持高質(zhì)量。我覺(jué)得，這其實(shí)比造飛機(jī)更難，造飛機(jī)它是非常好的環(huán)境，它的流程都是非常清晰的。上千平方在這個(gè)范圍里面要管理好，這是很大的難度。有些型大型葉片對(duì)有些型面是造成了很多的操作困難。它由于這些是后列的設(shè)計(jì)要降載，降完載之后它也不能直接的制造，它要把模具稍微扭動(dòng)一些才好，另外扭動(dòng)了之后一些主要的部件，比如說(shuō)在這個(gè)部件，它定位就定位在斜面上，就又增加了挑戰(zhàn)。

另外就是灌注，大型的葉片它的鋪層多，也比較復(fù)雜，給針孔灌注帶來(lái)的難度。另外就是厚度差，這個(gè)是主梁的部分，這是殼體，這么多年大型的葉片，殼體的后厚度是沒(méi)有怎么變化的，主要變化在于這個(gè)主梁，它的高度差就會(huì)引起數(shù)值的一些不穩(wěn)定流動(dòng)。所以現(xiàn)在大型的葉片所造成的一些生產(chǎn)性的缺陷，它不太穩(wěn)定，位置不穩(wěn)定，大小的不穩(wěn)定。當(dāng)然不穩(wěn)定是相對(duì)的，不是不穩(wěn)定是使得葉片用不了。

另外是合膜粘接，因?yàn)檎辰右舶l(fā)生了很大的一些變化，比如說(shuō)粘接的形面，有的在斜坡上，它的間隙控制會(huì)不是太穩(wěn)定，上百米的腹板吊裝起來(lái)會(huì)發(fā)生形變。另外吊裝大型的葉片，以前是一個(gè)吊車，現(xiàn)在肩部，從肩部脫模要兩個(gè)吊車，兩個(gè)吊車又要考慮到配合的問(wèn)題。

生產(chǎn)效率，百米級(jí)的新葉片會(huì)有很多的無(wú)效走動(dòng)，無(wú)效走動(dòng)就是降低了生產(chǎn)效率。另外缺陷就是在消缺的過(guò)程之中，消缺的成本是很高的，以前對(duì)一個(gè)小的葉片消缺比如一小時(shí)，這一小時(shí)遲滯的是，比如說(shuō)50米的葉片多少錢，現(xiàn)在按一小時(shí)遲滯，對(duì)于幾十噸的葉片，它的成本會(huì)更高。另外就是間斷性的生產(chǎn)，大型葉片有可能它的生產(chǎn)不連續(xù)，不如小葉片連續(xù)，比如同時(shí)建一個(gè)同樣兆瓦的風(fēng)場(chǎng)，用3兆瓦和6兆瓦的，雖然它的葉片數(shù)量不一樣，主要是工人連續(xù)生產(chǎn)，他就會(huì)非常高的熟練度，他的出錯(cuò)率會(huì)很低，但是對(duì)于大型葉片做會(huì)兒不做了，這里頭人員變動(dòng)，不熟練也會(huì)造成一些問(wèn)題。生產(chǎn)班組勞動(dòng)強(qiáng)度是很大的，幾十噸的材料都要過(guò)他們的手，生產(chǎn)的周期，比如說(shuō)它很難控制到24小時(shí)之內(nèi)，或者說(shuō)他有可能有的是30多小時(shí)，因?yàn)楝F(xiàn)在生產(chǎn)緊張，不可能讓他是按照48小時(shí)排，今天37，明天36，所以說(shuō)對(duì)工人的要求是很高的。另外測(cè)試臺(tái)也不夠用了需要新的投資，大型葉片在測(cè)試之中所發(fā)生的不確定性越越來(lái)越多。

第二個(gè)就是解決方案，這一章里頭我描述了有兩個(gè)模型，第一個(gè)模型，設(shè)計(jì)可靠性模型，最上面是經(jīng)濟(jì)可行性模型，其實(shí)任何的東西設(shè)計(jì)出來(lái)了之后，都需要我們?nèi)グ阉ブ圃斐鰜?lái)，把它用起來(lái)。在用的時(shí)候有兩個(gè)方面，一個(gè)人力資源到底能不能支撐，人力資源是個(gè)死的，或者說(shuō)短時(shí)間之內(nèi)是很難改變的。

第二個(gè)經(jīng)濟(jì)的支撐，社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)它的支撐，比如說(shuō)有些成本是特別高的，我們無(wú)法去購(gòu)買它，那就說(shuō)明我們是沒(méi)辦法去支撐它。經(jīng)濟(jì)支撐里面其實(shí)大家可以看得到，原材料、建設(shè)工廠、工藝，這里頭列了很多因素，這些因素其實(shí)每一個(gè)因素下面有很多子因素，這些子因素里頭都有它的極限，舉個(gè)例子，樹(shù)能長(zhǎng)到100米高，它再長(zhǎng)不高了，它為什么不長(zhǎng)150米200米高呢？他只能長(zhǎng)到100米高，是因?yàn)樗喜蝗チ恕＿@兩個(gè)模型里面都會(huì)有極限，舉個(gè)例子，現(xiàn)在的主梁越來(lái)越厚，以前是幾十毫米，現(xiàn)在100多毫米，再到以后假設(shè)有200毫米的，現(xiàn)場(chǎng)做葉片的同事，我們能不能保證他200毫米能不能灌得透？如果說(shuō)200毫米灌不透，這些其他的模型里面“N-1”個(gè)模型都是可行的，這個(gè)葉片就制造不下去。這些失效的對(duì)整個(gè)葉片產(chǎn)業(yè)鏈，還有應(yīng)用的產(chǎn)品，這里頭的因素進(jìn)行識(shí)別，它的極限到底在哪？

解決方案確實(shí)有些是想到了，有些還沒(méi)有實(shí)施，在設(shè)計(jì)方面就說(shuō)是建立一個(gè)快速的平臺(tái)，剛才所說(shuō)的設(shè)計(jì)人員其實(shí)是非常辛苦的，他們承受了巨大的壓力，我們希望就要開(kāi)發(fā)一些平臺(tái)，利用大型的算力給出更多的求解。當(dāng)然這個(gè)解不是正向的，是一些這種具有度的模型。

另外以前我們做過(guò)一些優(yōu)化，比如主梁的優(yōu)化，對(duì)它進(jìn)行減重，另外大型的葉片，為了提高子部件可靠性，我們對(duì)這些部件進(jìn)行子模型的仿真，舉個(gè)例子，比如說(shuō)以前這個(gè)是端頭的開(kāi)裂，以前的腹板端頭容易開(kāi)裂，我們對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化后來(lái)不再開(kāi)裂。這些子部件的測(cè)試也是需要去做去探索，獲得它的應(yīng)用邊界。

另外在生產(chǎn)方面的一些解決方案，目前對(duì)鋪層來(lái)說(shuō)確實(shí)是沒(méi)什么是有用的，工業(yè)的投入只是靠人手。在后期處理的時(shí)候，現(xiàn)在確實(shí)投入了很多新的東西，比如打磨機(jī)器人、切邊、涂裝等等。還有一些定位，就是目前最復(fù)雜的那個(gè)動(dòng)作就是鋪層的動(dòng)作，現(xiàn)在沒(méi)有辦法，成本實(shí)在是太高了。這個(gè)今年發(fā)起了拉擠板主梁，雖然說(shuō)看起來(lái)沒(méi)有去鋪層了，但是它仍然需要把脫模布撕掉，再把它裝配起來(lái)，主要是引進(jìn)了自動(dòng)化的設(shè)備，減少了人員的數(shù)量，提高了勞動(dòng)效率。另外對(duì)于一些鋪層的，尤其是葉片的根部，它這個(gè)尺寸特別大，人其實(shí)在上面不好操作，我們現(xiàn)在正在是開(kāi)發(fā)一些設(shè)備來(lái)輔助鋪層。

另外灌注方面，大型葉片的灌注它具有不確定性，一方面加強(qiáng)內(nèi)部的經(jīng)驗(yàn)迭代，另外一個(gè)主要是引進(jìn)仿真。另外粘接方面，還有工裝上再想一些辦法，這是一個(gè)測(cè)試，目前我們就是建成了一些部件，測(cè)試的能力還繼續(xù)再建。另外這是中材葉片所建設(shè)好的，可以測(cè)180米20兆瓦的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）