吉林重通成飛新材料股份公司外籍專家托馬斯·范斯海克在技術(shù)工藝創(chuàng)新專場(chǎng)做了題為《大型兆瓦級(jí)海上風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新》的演講。以下為演講內(nèi)容實(shí)錄：

吉林重通成飛新材料股份公司外籍專家托馬斯·范斯海克
 

　　一、背景及海上風(fēng)電葉片特點(diǎn)

 

　　我的同事已經(jīng)提到過(guò)當(dāng)前最重要的話題是中國(guó)“十三五”規(guī)劃，政府非常關(guān)注環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展，這是海上風(fēng)場(chǎng)的基礎(chǔ)。在“十三五”規(guī)劃中，除了可持續(xù)發(fā)展之外，還要建設(shè)3萬(wàn)公里的高速與鐵路，建設(shè)覆蓋全國(guó)的50個(gè)民用機(jī)場(chǎng)。不僅是基礎(chǔ)設(shè)施，整個(gè)國(guó)家電量也在不斷提升。

 

　　昨天我的同事PPT當(dāng)中已經(jīng)講過(guò)這頁(yè)內(nèi)容了，目前風(fēng)電需求正在逐年上升，2016年裝機(jī)達(dá)到了1.63GW，這是海上風(fēng)電的裝機(jī)容量。這個(gè)數(shù)據(jù)到2017年底達(dá)到了2.83GW，目前我們已經(jīng)新增3.9GW，我們的目標(biāo)也是中國(guó)政府的目標(biāo)，就是到2020年將達(dá)到5GW，2026年預(yù)計(jì)裝機(jī)容量12GW，所以海上風(fēng)電的潛力和需求是巨大的。

 

　　海上風(fēng)電就哪些特點(diǎn)呢？首先，高風(fēng)速，海上風(fēng)速穩(wěn)定，沒(méi)有障礙；二是低切變，可以有比較低的川流，對(duì)風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，川流低，這都是比較好的情況，它可以降低傳統(tǒng)部件制造成本；三是低湍流；四是高葉尖速度設(shè)定值，高葉尖可以的設(shè)定可以提升整體電能；五是降低傳動(dòng)部件制造成本；六是海域富源遼闊。

 

　　除了海上風(fēng)電的好處之外，機(jī)遇總是伴隨著挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)比陸上風(fēng)電的挑戰(zhàn)嚴(yán)重得多，我們一起看看挑戰(zhàn)：第一，海浪載荷巨大；第二，漂浮物撞擊可能性；第三，臺(tái)風(fēng)破壞，海上風(fēng)電面臨的環(huán)境更加惡劣；第五，鹽霧腐蝕；第六，腐蝕更加嚴(yán)重；第七，高低溫之間的差異更大，這也會(huì)對(duì)葉片造成更大的壓力；第八，風(fēng)場(chǎng)建設(shè)困難。第九，海上風(fēng)場(chǎng)建設(shè)本身也非常困難，要維護(hù)、運(yùn)營(yíng)難度也很高，維護(hù)成本會(huì)增加。

 

　　二、海上葉片設(shè)計(jì)技術(shù)

 

　　所以，（PPT圖示）這是中國(guó)最長(zhǎng)的葉片CG1達(dá)到了83.6。“兩海”主要是研究全球海上風(fēng)電葉片市場(chǎng)。到2014年初，我們開始研究葉片結(jié)構(gòu)材料、防腐技術(shù)、公藝技術(shù)、防雷、工裝開發(fā)、健康監(jiān)測(cè)等等工作。

 

　　（PPT圖示）這里有一些參數(shù)，我不詳細(xì)介紹了，我的同事也在現(xiàn)場(chǎng)，如果有問(wèn)題可以直接和我們交流。葉根節(jié)圓達(dá)到了3600mm，規(guī)模巨大。

 

　　（一）氣動(dòng)設(shè)計(jì)。吉林重通設(shè)計(jì)不僅可以達(dá)到83.6，如果客戶有要求我們可以繼續(xù)加長(zhǎng)，也可以設(shè)計(jì)得短一些，我們可以設(shè)計(jì)BCD3600mm-4250mm，我們可以根據(jù)客戶需求定制開發(fā)，因?yàn)槲覀儾恍枰匍_發(fā)模具，而是可以利用既有的模具，節(jié)省開發(fā)成本。

 

　　在氣動(dòng)設(shè)計(jì)方面，我們還關(guān)注產(chǎn)生電能以及電能產(chǎn)生的效率。因?yàn)槲覀儽仨氁獙?duì)大梁使用碳纖維，所以我們會(huì)有非常好的鋁箔，Cp最大可以達(dá)到0.486，提升效率，此外，粗早度敏感性低，可以降低發(fā)電而產(chǎn)生的影響，使得發(fā)電性能更好。比較薄的鋁箔都在葉片外周。

 

　　剛才講了可以設(shè)計(jì)更高的轉(zhuǎn)速，也了高葉尖速可以大于90m/s，還有高雷諾數(shù)，它可以使葉片的風(fēng)機(jī)效率更高。

 

　　（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這樣大規(guī)模的葉片里材料厚度非常重要，對(duì)于加工而言是非常重要的參數(shù)。所以，要確保每一個(gè)部件進(jìn)入到葉片里的性能都足夠好。所以，這就是為什么我們會(huì)用預(yù)制件設(shè)計(jì)概念。當(dāng)然不僅僅對(duì)主梁、腹板和外科做預(yù)制件設(shè)計(jì)，其他的部分也會(huì)采用預(yù)制件設(shè)計(jì)。

 

　　碳纖主梁已經(jīng)應(yīng)用在大量的部件當(dāng)中，可以節(jié)省30%的葉片重量，對(duì)風(fēng)機(jī)而言可以降低總重量和負(fù)載。（PPT圖示）從圖上可以看到，我們用了干纖維灌注，希望能夠有比較優(yōu)良的懸垂性，可以用不同的方法，有時(shí)候只是用常規(guī)的方法無(wú)法使用氣動(dòng)特性，所以我們采用了干纖維。這樣就可以有比較有好的織物懸垂性，讓它有更好的工具，便于生產(chǎn)高質(zhì)量的碳纖主梁。基本上我們是用在碳纖主梁。我們生產(chǎn)的第一個(gè)超聲，所以它是零缺陷的。

 

　　對(duì)客戶而言，我們可以提供海上和陸上解決方案，我們有個(gè)預(yù)埋螺栓方案，EFC等其他公司都有類似的方案。但我們的預(yù)埋螺栓方案有所不同，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)我們發(fā)現(xiàn)能夠比其他的玻纖有比較強(qiáng)的彎矩承載力。

 

　　三、海上葉片工藝技術(shù)

 

　　接下來(lái)看看工藝技術(shù)。要使用最佳的工藝得到最好的葉片質(zhì)量，而且效率最高，時(shí)間最短。生產(chǎn)之前我們會(huì)進(jìn)行很多測(cè)試，碳纖主梁就是很好的例子。我們可以進(jìn)行大量的碳纖維灌注試驗(yàn)，降低難度，縮短生產(chǎn)周期，減少缺陷，這對(duì)工藝而言非常重要。有時(shí)候，我們灌輸?shù)乃俣群凸噍敳呗远紩?huì)進(jìn)行精心考量。

 

　　在腹板部分，我們的腹板和其他設(shè)計(jì)也有所不同。我們做了一些優(yōu)化，這樣在開始葉片結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)之前，我們會(huì)先生產(chǎn)測(cè)試件進(jìn)行檢測(cè)，然后對(duì)模具進(jìn)行改良，一步步使之達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)。我們對(duì)測(cè)試件進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，可以很快的實(shí)現(xiàn)最佳的膠粘劑用量，使它重量最輕。

 

　　為了保護(hù)主梁，要有很好的防護(hù)系統(tǒng)，其中最重要的是預(yù)備件銅網(wǎng)，大家可以理解為銅網(wǎng)是非常開放的網(wǎng)，里面有很多空氣。灌注的時(shí)候需要讓它變成真空，使用一個(gè)特殊的模具、特殊的加熱系統(tǒng)，我們的灌注策略和其他不同的地方是銅網(wǎng)灌注是對(duì)外殼的一部分進(jìn)行灌注，所以沒(méi)有明顯的氣泡，而且灌注效果非常好。

 

　　和其他公司一樣，我們也有預(yù)制葉根，但我們會(huì)在設(shè)計(jì)上會(huì)做更多優(yōu)化，特別是在灌注策略都會(huì)進(jìn)行精心規(guī)劃，這樣我們會(huì)得到最優(yōu)的產(chǎn)品，讓我們得到很好的質(zhì)量也不會(huì)氣泡和孔洞。

 

　　有些比較新的地方是我們會(huì)有預(yù)制后緣梁。因?yàn)檫@個(gè)葉片的形狀已經(jīng)成為了挑戰(zhàn)，所以我們不僅要看灌注策略，還要開發(fā)好的工裝、好的設(shè)備產(chǎn)生質(zhì)量好的后緣梁。生產(chǎn)好了之后，要進(jìn)行吊裝，再生產(chǎn)外殼的其他部分，因?yàn)楹缶壛簺](méi)有主梁厚，但要有專門的技術(shù)讓它進(jìn)行很好的吊裝、定位。四

 

　　我想給大家看幾個(gè)模具，這些有些工裝對(duì)我們很重要，其中一部分會(huì)有一些模內(nèi)走臺(tái)工裝，這樣能夠讓它非常接近，不會(huì)出現(xiàn)褶皺的情況，我們可以高效率的做這樣的設(shè)備。我們還有鋪布小車，每次鋪設(shè)時(shí)都可以非常快速、高效的進(jìn)行鋪設(shè)，不會(huì)有任何不對(duì)齊或者是褶皺的情況。（PPT圖示）大家應(yīng)該認(rèn)識(shí)照片里的人。

 

　　四、海上葉片防護(hù)技術(shù)

 

　　（一）葉片防腐技術(shù)。我說(shuō)過(guò)海上風(fēng)電防腐很重要，不僅是對(duì)葉片，包括螺栓等都要做到防腐。

 

　　（二）海上葉片防雷技術(shù)。我們要在葉片上技術(shù)雷擊測(cè)試（PPT圖示）。

 

　　五、海上上面葉片先進(jìn)技術(shù)

 

　　最后，我想告訴大家，我們不能只是停在這里，必須要讓葉片進(jìn)一步變輕，進(jìn)一步提高效率，這樣可以持續(xù)的保持在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，仍舊讓行業(yè)不斷蓬勃發(fā)展。我們需要和廠家合作，開發(fā)更多的先進(jìn)測(cè)試技術(shù)，不斷提高葉片的可靠性以及產(chǎn)生質(zhì)量更高的產(chǎn)品。3D將成為非常重要的技術(shù)，現(xiàn)在他們已經(jīng)在使用當(dāng)中，而且它應(yīng)該也是可以用于葉片的生產(chǎn)，為葉片生產(chǎn)帶來(lái)很多的好處。

 

　　還有氣動(dòng)控制，之前在VGS可以在葉片上使用，但僅此而已，它還有很多事情可以做。不要改動(dòng)葉片的改動(dòng)，就可以通過(guò)氣動(dòng)控制不斷提升，這是值得探索的地方。

 

　　在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)上，很多結(jié)構(gòu)生產(chǎn)商需要知道葉片的行為，例如葉片的負(fù)載，怎么讓葉片設(shè)計(jì)更輕巧，更高效，這些都非常重要。

 

　　最后，昨天有位提到過(guò)回收利用的問(wèn)題，回收利用非常重要，到2025年之后這些葉片可能要報(bào)廢了，這時(shí)候應(yīng)該怎么做呢？現(xiàn)在葉片設(shè)計(jì)的時(shí)候就要考慮一些可回收材料，這樣到生命周期結(jié)束的時(shí)候，可以將產(chǎn)品以其他的方式進(jìn)行延伸。

（內(nèi)容來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)速記，）