新型風(fēng)電葉片:新趨勢(shì) 新挑戰(zhàn)

　　石可重高工介紹新一代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的主要特征就是大型化、區(qū)域化和智能化。當(dāng)前的葉片研究熱點(diǎn)也主要體現(xiàn)在適應(yīng)風(fēng)電技術(shù)新趨勢(shì)上。

　　隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，葉片的長(zhǎng)度也從20米左右發(fā)展到60米以上，目前國際上正在研制的最大容量的風(fēng)電機(jī)組是10MW，其葉片長(zhǎng)度達(dá)到了75米以上。而這種葉片大型化趨勢(shì)，帶來了一系列技術(shù)新問題。

　　各國存在不同的地域和氣候特征，也給葉片的設(shè)計(jì)帶來不同的要求。如我國三北地區(qū)的低溫、高風(fēng)沙，沿海地區(qū)的高溫濕、多臺(tái)風(fēng)，風(fēng)場(chǎng)低風(fēng)速現(xiàn)象。

　　這種區(qū)域化的特征要求開展抗臺(tái)風(fēng)葉片、低風(fēng)速葉片、仿生葉片和低噪音葉片等一系列區(qū)域化技術(shù)的研究，石可重介紹，下一階段我國風(fēng)電科研重點(diǎn)將是基于中國風(fēng)資源特點(diǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和技術(shù)研發(fā)。

　　此外，他還指出，智能化也是風(fēng)電技術(shù)開發(fā)未來的趨勢(shì)。風(fēng)機(jī)葉片尺寸和重量的不斷增長(zhǎng)使風(fēng)機(jī)的控制越來越困難，因此智能葉片技術(shù)也是新一代風(fēng)電技術(shù)研究的重要方向之一。

　　事實(shí)上，隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，海上風(fēng)電在新一代風(fēng)電技術(shù)中具有重要地位。他還指出，還應(yīng)關(guān)注海上風(fēng)電發(fā)展帶來的新挑戰(zhàn)。目前，陸地上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備和建設(shè)技術(shù)基本成熟，隨著歐洲陸上風(fēng)能資源的枯竭，未來風(fēng)能技術(shù)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力將來自蓬勃崛起的海上風(fēng)電。海上風(fēng)電對(duì)風(fēng)電機(jī)組的安全性、可靠性、易維護(hù)性和施工成本控制提出了更高的要求。我國擁有豐富的海上風(fēng)資源，隨著海上風(fēng)電技術(shù)的逐漸成熟及成本的下降，海上風(fēng)能必然會(huì)成為我國將來能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。

　　“漂浮式風(fēng)電機(jī)組是近幾年國外風(fēng)電行業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)，該項(xiàng)技術(shù)對(duì)擴(kuò)大海上風(fēng)資源的利用范圍，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行、提高風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率，對(duì)增強(qiáng)我國大型海上風(fēng)電機(jī)組的自主研發(fā)能力和推進(jìn)設(shè)備國產(chǎn)化具有重要的意義”，石可重說。

　　正是基于國際風(fēng)電技術(shù)新發(fā)展趨勢(shì)帶來的挑戰(zhàn)，國家能源局在2009年12月設(shè)立了首批國家能源研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心，其中中科院工程熱物理所成立了國家能源風(fēng)電葉片研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心，該中心專門對(duì)新一代風(fēng)電技術(shù)展開研發(fā)。

　　新型葉片帶來產(chǎn)業(yè)新增長(zhǎng)點(diǎn)

　　在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展趨勢(shì)下，一些新型葉片將給產(chǎn)業(yè)帶來新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

　　如新風(fēng)力機(jī)專用翼型、鈍尾緣葉片、仿生葉片、低噪葉片、智能葉片等，如適合于我國高風(fēng)沙、低風(fēng)速地區(qū)和適合于海上抗臺(tái)風(fēng)條件下的專用翼型族。

　　“我國北方地區(qū)特有的天氣情況例如結(jié)冰、沙塵、昆蟲尸骸堆積以及鹽蝕會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉片表面粗糙度增大，使摩擦阻力增大，最終導(dǎo)致機(jī)組發(fā)電功效降低，葉片疲勞壽命縮短；大尺度葉片柔性增大使葉片經(jīng)常處于大攻角分離區(qū)，失速現(xiàn)象嚴(yán)重，降低發(fā)電功效并引發(fā)葉片疲勞振動(dòng)；另外，大尺度葉片誘發(fā)噪聲問題也不容忽視”，石可重介紹，而所謂的仿生葉片，就是針對(duì)這些問題，根據(jù)自然界某些動(dòng)物及植物表皮及翼翅的特有功能，通過優(yōu)化流體流動(dòng)狀態(tài)，優(yōu)化設(shè)計(jì)葉片解決此類問題。他預(yù)計(jì)，在“十三五”期間該中心能夠完成仿生葉片研發(fā)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

　　而鈍尾緣葉片的研究則是著眼于南方沿海臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的區(qū)域特征而進(jìn)行的。未來沿海風(fēng)電與海上風(fēng)電的發(fā)展對(duì)葉片的抗臺(tái)風(fēng)性能提出了很高的要求，為此，該中心采用鈍尾緣葉片技術(shù)為基礎(chǔ)的抗臺(tái)風(fēng)策略，針對(duì)鈍尾緣翼型導(dǎo)致葉片阻力升高的缺點(diǎn)，開展了一系列增升減阻以及鈍尾緣翼型造型方法的機(jī)理研究，為開發(fā)具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型海上風(fēng)電葉片進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。

　　目前，海上風(fēng)電的一個(gè)技術(shù)難題還在于風(fēng)電機(jī)組的抗腐蝕性。因此，未來葉片材料的研發(fā)將著重解決這個(gè)問題。除了抗腐蝕性，這些新的研究還著眼于使葉片重量減輕，經(jīng)濟(jì)性提高；同時(shí)使葉片的結(jié)構(gòu)變形、耐低溫、抗雷擊、耐鹽霧和防沙塵暴等。

　　“隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，葉片退役后給環(huán)境造成的影響越來越大，采用可回收利用的熱塑性葉片樹脂基體等新材料、新工藝很可能成為今后風(fēng)電葉片研究和制造的熱點(diǎn)方向之一”，石可重說。

　　此外，由于風(fēng)能存在不穩(wěn)定的特性，隨著風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)中所占比例越來越大，對(duì)電網(wǎng)的影響越來越明顯，智能電網(wǎng)將是應(yīng)對(duì)可再生能源發(fā)電并網(wǎng)的有效解決手段。而智能葉片也成為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。