风机叶片设计仍是软肋

　　4月16日,2015中国˙风电叶片设计制造与运维技术高峰论坛暨材料应用商务配套交流会在江苏省太仓市举行.本次论坛以“新常态新风电”为主题,围绕着优化风电叶片设计、提升制造工艺、降低运维难度等话题展开探讨,新常态下如何提升风机叶片的整体效率和效益正式摆上台面,也预示着我国风电制造行业下一步将集中全力应对叶片材料与设计两大技术难题.
　　近年来,涉及风电叶片的国内原材料企业和外资企业发展势头迅猛.特别是在风电整合期过后,宏观需求的稳步增长给风电叶片材料应用带来新的挑战与机遇,但作为叶片技术提升的另一个重要引擎——结构设计,其发展速度却未及材料来的迅猛.中国不饱和聚酯树脂行业协会秘书长赵鸿汉表示:“当前,无论是在风电行业,还是在全国所有的纤维复合材料领域,应该说国内外材料应用已面面俱到,但是风机叶片设计依然是软肋.”
　　材料应用发展迅猛
　　作为叶片高性能、高可靠性的有力保证,对于材料与设计的不断优化改进使风电制造者从未停止过其脚步.
　　本报记者通过此次论坛了解到,目前国内12家整机制造企业中,有5家企业自产叶片.独立叶片制造企业达到21家,这为我国满足陆上风电市场和海上风电市场的开发提供了充足的产能支撑和技术储备.
　　据公开资料显示,2014年我国风电出厂吊装容量累计1.15亿千瓦.国内风机3.6万台,3.6万台风机使用复合材料100多万吨,其中环氧树脂和不饱和树脂50万吨,高性能玻璃纤维约60万吨,还有大量的结构泡沫材料.
　　通过多年来的不懈努力,我国在风电叶片材料应用上已经呈现百花齐放的态势.赵鸿汉表示:“未来高性能纤维和高性能合成树脂将面临新的材料挑战,碳纤维、高性能合成纤维、高性能玻璃纤维和合成树脂继续面临持续创新.在合成树脂方面,可能会出现聚氨脂改性环氧、热固性聚氨脂、纤维增强塑料不断得到开发和利用的局面.”在材料应用上取得的长足进步让风机制造行业持续向兆瓦级叶片迈进.据了解,4月2日,长达57米的风机叶片在重庆江津区珞璜工业园下线,这是国内目前2兆瓦级最长风机叶片.同时,作为全球风电兆瓦级叶片的引领者美国TPI风电公司与天津上纬从材料到技术进行了深入的合作,推进TPI叶片成为全球叶片制造行业的领头羊之一.
　　“兆瓦级复合材料叶片行业是一个极富挑战的技术型产业,大型化、高性能化、轻量化兆瓦级叶片,将集中各种高性能材料的比试和比拼,从而达到更完美的材料、结构和工艺的组合.”赵鸿汉表示.
　　据了解,我国3兆瓦以上风机叶片需要采用碳纤维复合材料制造.目前,中材科技等为数不多的企业可制造5兆瓦级风机叶片,但均处于样片制造阶段.
　　结构设计仍是软肋
　　与材料的进步相比,设计滞后不仅反映在风电制造上,更是我国制造行业的通病.中国风能设备协会副秘书长沈德昌对本报记者表示:“我国风机叶片受到空气动力学研究和结构研究的限制,设计方面处于短板.现阶段,叶片设计主要参照国外经验,环氧树脂和粘固剂都还依赖进口.”中国风电材料设备网创始人兼 CEO赵元新表示:“就目前来讲,我国风电产业与国际先进水平相比,仍然存在较大差距,大部分企业是采用引进生产许可证的方式,缺乏国际竞争力.我国风电产业要与国际先进水平接轨,持续创新和走向海外,加强叶片技术研究,提高大型风电叶片设计能力,提供叶片的大型化、轻量化、智能化的智能制造技术和风电运维技术.”众所周知,丹麦在风电发展上拥有较为成熟的经验.在叶片研究上,对于成本和质量的高度重视成为丹麦风电高性能、高可靠性的有力保障.来自丹麦 SSPTechnologyA/S的叶片设计总监LennartKuhlmeier介绍说:“在丹麦,风电制造企业不把材料看成一种成本因素,SSP认为原材料的成本或者部件成本虽然很重要,但是质量必须要得到保证.如果只追求成本低廉放弃了质量,叶片生产之后可能会增加修理的时间,这实际上提高了整体的成本.同样对于叶片设计而言,如果不重视设计,只选择低成本的叶片设计方式,花费很少的时间验证所有的设计细节,造成的结 果将不堪设想.”据了解,SSP提供交钥匙叶片设计和原型设计解决方案,包括叶片设计、气动叶片设计、模具制造、叶片原型设计、原型制造、测试和认证,同时还提供相关培训.
　　SSP完备的设计解决方案已应用在与三星海上风电的合作中,从概念到叶片生产的前置时间不到16个月,目前合作成果已经在苏格兰进行安装、运行.
　　在明确了材料与设计研究的出发点之后,对于好的叶片评定标准就把叶片研究工作推向精细化.TPI中国区质量总监郭磊表示:“关于叶片我们不能只看宏观,需要看得再细一点,再近一点.在TPI每个叶型的叶片都会做切割,按照不同的位置切割出大概5厘米宽度,这种切割的技术对叶片内部的质量要求非常严格.整体位置是否精确都可以呈现出来.我们通过这样的方式确保最终提交满足产品质量的叶片.”德国WINDnovation总经理 RolandStoer预测:“在叶片设计方面,可能有一个趋势,就是和风机的设计整合在一起,这样才会为未来设计出更好的叶片和风机.”沈德昌认为,风机与叶片结合的整体设计对于优化整体性能是最佳方案,这成为风机设计研究的理想化选择.据了解,国外在塔筒方面考虑到长途运输,在采用承插式的分段玻璃钢塔筒现场制造.叶片的制造在向分段组合、整体灌注成型和热塑型成型的趋向发展.