大型海上风电叶片设计挑战

　　【Roland Stoer】：女士们，先生们早上非常好，非常高兴来参加2016中国国际风电复合材料高峰论坛，非常高兴有机会向大家介绍WIND novation关于叶片的进展。   

　　我介绍一下我的公司，然后谈一下对叶片的期望，以及现在做成什么样的叶片，还有我们的客户的一些期望，我们也可以把我们的期望和现实情况做一个对比，看在未来叶片设计当中是面临哪些挑战，以及如何来推进叶片设计，我的公司在2007年在柏林成立，现在有27名全职工程师，来自6个不同的国家，我们完成了超过280个项目，其中有一百个我们是独立完成叶轮设计，我们的在印度，韩国，加拿大等都有技术转移，同时我们根据ISO9001的标准得到了认证。   

　　我们做过的最大叶片是88米，我们的叶片覆盖了不同的尺寸，那么关于叶片到底是一个什么样的产品？今天早上也提到了这样一个5MW叶片，叶轮直径也是非常大的。而且它的叶片长度也是超过了A380机翼的长度，那么，这样一个产品因为非常大，而且机械敏感度很高，所以在运输和安装当中，我们是遇到了很多的挑战。那么，关于几何构型有非常高的误差要求，同时也是一个劳动密集型的工作，特别刚刚提到误差要求很高，通常误差只能1到2厘米，所以对叶片制造商来说，我们面临的挑战是非常大的。   

　　那么，我们希望可以得到什么样的叶片呢？我们希望我们的叶片可以帮助提高我们的风机的发电量，达到最低的COE，也就是我们的成本。所以，怎么样可以降低COE，就需要提高发电量降低叶片价格，如何提高叶片发电量，降低载荷，提高气动效率，达到叶片和风机最好的匹配，如果降低成本，使用便宜的材料，并且可以容易运输和维护，这些要素对叶片成本的降低非常重要，今天上午的同事也是提到了这方面的内容。   

　　同时对叶片制造工艺也可以进行简化和优化，来达到这样一个降本的目的，现在可以得到什么？可以看一下发电量，主要是有5种叶片，这个是我们所设计出来，图片上不同的MW，基本载荷根据叶片长度而成比例，给大家一个具体的例子，主要可以看到在每平方米，如果是5MW要比1MW负荷是多50%左右，第三点是轻量化，重量和载荷成正比，这样一个承载的机构，并且和载荷叶片成正比。我们可以看到需要去克服一些重大的问题，尤其对大型的叶片，这样的话增加疲劳载荷，并且确实决定了很多部件的载荷。还有就是噪音的问题，噪音也是非常重要，在欧洲和德国讨论了很多，在中国也是如此，不是一个热门的话题，但是也会不断改变。因为风场处于人越来越多的地方，越来越人抱怨噪音，在德国噪音是由于压差所产生，但是确实是一种噪音。   

　　更大功率的叶片会增加噪音，之后讨论一些可能性，如何克服噪音的问题。对大型叶片来说价格是一个问题，之前在一些印象当中也听到了一些问题，到MW级，差不多这个叶片是占到了整个风机10%的成本以上。我们这方面也是需要进行有效的成本，这个是SSP的图片，今天早上听了SSP的演讲，这个是7MW，70米的叶片，也是非常难接受的。今天早上听到了更好运输的分段。还有维护的问题，我们推荐经常性叶片检测，保证叶片良好状态。   

　　这个整体叶片现状，当时的设计也是根据广泛的经验和客户共同优化叶片风力设计，气动设计，还有负载，以及发电量，我们迭代了很多次，取得三点的平衡，为我们的客户带来更好的产品。当然，还有质量，只是质量在这里没有显示出来。所以说原始叶片质量也是很重要一点。还有一个问题，在几何学上，要取得很多的平衡，比如说翼型，它是一个非常细，非常狭长的叶片，非常适合低风速的地区，有一些因素大家也可以看到，简单回答是或者否是非常困难，现在有一些叶片能够取得非常智能结构效率，但是气动的效率不一定可以取得保证。有负载，噪音，我们知道狭长的叶片负载更加少，噪音也是一个问题，尤其是比较宽的叶片在发电量取得优势。 
　　关于大叶片负载最小化，我们可以看到这是一个类型，如果设计功率750千瓦，我们可以看到风机的载荷和重量，最高值是最低值的两倍，5MW叶片重量达到更小级别叶片的两倍，并且也要计算风速和高度的关系。因为在正常情况下，风机也是可以正常运行的，有一些人参加很多会议，讨论类似载荷和重量的问题，还有高风速的区域，关于叶片的运作情况，现在举行了一个项目，也是能够更好去利用。在10到15年前，我们也有过类似的项目，取得了一些突破，现在至少它有10年的寿命，并且可以取得更好的平衡，对整体叶片进行智能化的控制，减少负荷，对5MW减少10%到15%的负荷，但是这个系统比较复杂，明年会汇报这个项目的情况。   

　　首先轻量化很清楚，必须是叶片设计一个重点，我们要使用更加轻的质量，这样的质量可以减少15%到20%，这个是可能的。但是成本会非常高，所以质量减少，但是叶片载荷也会降低，但是制造过程是非常艰难的，无论使用什么样的工艺，都是很困难，所以现代建筑影响了成本，影响了非常性价比，昨天听到了在碳纤维方面的一些进展，尽可能使用碳纤维，更好使用这种碳纤维的结构，它是非常受欢迎，我们希望材料供应商可以提供更加轻量的材料，可以取得长足的进展，可以加入到数据库，最后为客户提供下一代，更加轻量的材料。   

　　降噪刚才也说到了有一些物理障碍是很难超越，大家可以看到行业的标准，比如说额定功率，额定功率大的话，噪音也会增加，有一些噪音通过叶片转动所增加，在一些公司做的非常优秀的，他们在叶片后缘非常低的声力系数。   

　　每个人都有主观的判断，对市场上比较便宜的叶片，可能要使用更加便宜的原材料，或者使用有限人力成本，但是每个人对成本有不同看法，我们可能希望便宜，但是运行20年，如果质量增加的话，或者想用更长年限，我们需要对其进行维护，这个也是成本增加的环节，所以定期的检查，定期的服务，检修都是非常重要的。   

　　每个人对便宜有不同的定义，而质量是我们最关注的。今天早上听到了运输的讲座，因为我在这个行业也是20年了，我听到运输这个主题也听到了很多次，比如说可以使用分段式运输方式运输大型的叶片，还有这个是62米的叶片，通过两段式来进行运输，我们还有一些梯形螺栓进行固定，可以展示最大重量，降低每一次的荷载，它可能短期解决问题，但是长期来讲还是会存在问题，通过分段式的方法还是会存在一些问题，而这些问题是很难克服，最后还是评估一下整体分段式的方式，以及最终长度使用分段式运输和螺栓是不是有效。   

　　我们一定进行预测性的维护，非常完美维护概念是不存在的，如果说对叶片进行经常性的检查非常必要，操作工对叶片进行经常性，定期状态检查，能够找到问题，这个也是设计师，生产者所要协同进行。   

　　最后总结一下，我们取得了非常卓越的进展但还有更长路的要走，很多地方有提升的空间，我们希望和客户伙伴共同合作，解决问题。谢谢大家！