吉林重通成飛新材料股份公司外籍專家托馬斯·范斯海克在技術工藝創新專場做了題為《大型兆瓦級海上風電葉片設計與制造的關鍵技術及創新》的演講。以下為演講內容實錄：

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、背景及海上風電葉片特點

 

　　我的同事已經提到過當前最重要的話題是中國“十三五”規劃，政府非常關注環境和可持續發展，這是海上風場的基礎。在“十三五”規劃中，除了可持續發展之外，還要建設3萬公里的高速與鐵路，建設覆蓋全國的50個民用機場。不僅是基礎設施，整個國家電量也在不斷提升。

 

　　昨天我的同事PPT當中已經講過這頁內容了，目前風電需求正在逐年上升，2016年裝機達到了1.63GW，這是海上風電的裝機容量。這個數據到2017年底達到了2.83GW，目前我們已經新增3.9GW，我們的目標也是中國政府的目標，就是到2020年將達到5GW，2026年預計裝機容量12GW，所以海上風電的潛力和需求是巨大的。

 

　　海上風電就哪些特點呢？首先，高風速，海上風速穩定，沒有障礙；二是低切變，可以有比較低的川流，對風機來說，川流低，這都是比較好的情況，它可以降低傳統部件制造成本；三是低湍流；四是高葉尖速度設定值，高葉尖可以的設定可以提升整體電能；五是降低傳動部件制造成本；六是海域富源遼闊。

 

　　除了海上風電的好處之外，機遇總是伴隨著挑戰。挑戰比陸上風電的挑戰嚴重得多，我們一起看看挑戰：第一，海浪載荷巨大；第二，漂浮物撞擊可能性；第三，臺風破壞，海上風電面臨的環境更加惡劣；第五，鹽霧腐蝕；第六，腐蝕更加嚴重；第七，高低溫之間的差異更大，這也會對葉片造成更大的壓力；第八，風場建設困難。第九，海上風場建設本身也非常困難，要維護、運營難度也很高，維護成本會增加。

 

　　二、海上葉片設計技術

 

　　所以，（PPT圖示）這是中國最長的葉片CG1達到了83.6。“兩海”主要是研究全球海上風電葉片市場。到2014年初，我們開始研究葉片結構材料、防腐技術、公藝技術、防雷、工裝開發、健康監測等等工作。

 

　　（PPT圖示）這里有一些參數，我不詳細介紹了，我的同事也在現場，如果有問題可以直接和我們交流。葉根節圓達到了3600mm，規模巨大。

 

　　（一）氣動設計。吉林重通設計不僅可以達到83.6，如果客戶有要求我們可以繼續加長，也可以設計得短一些，我們可以設計BCD3600mm-4250mm，我們可以根據客戶需求定制開發，因為我們不需要再開發模具，而是可以利用既有的模具，節省開發成本。

 

　　在氣動設計方面，我們還關注產生電能以及電能產生的效率。因為我們必須要對大梁使用碳纖維，所以我們會有非常好的鋁箔，Cp最大可以達到0.486，提升效率，此外，粗早度敏感性低，可以降低發電而產生的影響，使得發電性能更好。比較薄的鋁箔都在葉片外周。

 

　　剛才講了可以設計更高的轉速，也了高葉尖速可以大于90m/s，還有高雷諾數，它可以使葉片的風機效率更高。

 

　　（二）結構設計。這樣大規模的葉片里材料厚度非常重要，對于加工而言是非常重要的參數。所以，要確保每一個部件進入到葉片里的性能都足夠好。所以，這就是為什么我們會用預制件設計概念。當然不僅僅對主梁、腹板和外科做預制件設計，其他的部分也會采用預制件設計。

 

　　碳纖主梁已經應用在大量的部件當中，可以節省30%的葉片重量，對風機而言可以降低總重量和負載。（PPT圖示）從圖上可以看到，我們用了干纖維灌注，希望能夠有比較優良的懸垂性，可以用不同的方法，有時候只是用常規的方法無法使用氣動特性，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，便于生產高質量的碳纖主梁。基本上我們是用在碳纖主梁。我們生產的第一個超聲，所以它是零缺陷的。

 

　　對客戶而言，我們可以提供海上和陸上解決方案，我們有個預埋螺栓方案，EFC等其他公司都有類似的方案。但我們的預埋螺栓方案有所不同，在進行測試時我們發現能夠比其他的玻纖有比較強的彎矩承載力。

 

　　三、海上葉片工藝技術

 

　　接下來看看工藝技術。要使用最佳的工藝得到最好的葉片質量，而且效率最高，時間最短。生產之前我們會進行很多測試，碳纖主梁就是很好的例子。我們可以進行大量的碳纖維灌注試驗，降低難度，縮短生產周期，減少缺陷，這對工藝而言非常重要。有時候，我們灌輸的速度和灌輸策略都會進行精心考量。

 

　　在腹板部分，我們的腹板和其他設計也有所不同。我們做了一些優化，這樣在開始葉片結構化設計之前，我們會先生產測試件進行檢測，然后對模具進行改良，一步步使之達到最優的狀態。我們對測試件進行測試的時候，可以很快的實現最佳的膠粘劑用量，使它重量最輕。

 

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

 

　　和其他公司一樣，我們也有預制葉根，但我們會在設計上會做更多優化，特別是在灌注策略都會進行精心規劃，這樣我們會得到最優的產品，讓我們得到很好的質量也不會氣泡和孔洞。

 

　　有些比較新的地方是我們會有預制后緣梁。因為這個葉片的形狀已經成為了挑戰，所以我們不僅要看灌注策略，還要開發好的工裝、好的設備產生質量好的后緣梁。生產好了之后，要進行吊裝，再生產外殼的其他部分，因為后緣梁沒有主梁厚，但要有專門的技術讓它進行很好的吊裝、定位。四

 

　　我想給大家看幾個模具，這些有些工裝對我們很重要，其中一部分會有一些模內走臺工裝，這樣能夠讓它非常接近，不會出現褶皺的情況，我們可以高效率的做這樣的設備。我們還有鋪布小車，每次鋪設時都可以非常快速、高效的進行鋪設，不會有任何不對齊或者是褶皺的情況。（PPT圖示）大家應該認識照片里的人。

 

　　四、海上葉片防護技術

 

　　（一）葉片防腐技術。我說過海上風電防腐很重要，不僅是對葉片，包括螺栓等都要做到防腐。

 

　　（二）海上葉片防雷技術。我們要在葉片上技術雷擊測試（PPT圖示）。

 

　　五、海上上面葉片先進技術

 

　　最后，我想告訴大家，我們不能只是停在這里，必須要讓葉片進一步變輕，進一步提高效率，這樣可以持續的保持在市場上的競爭力，仍舊讓行業不斷蓬勃發展。我們需要和廠家合作，開發更多的先進測試技術，不斷提高葉片的可靠性以及產生質量更高的產品。3D將成為非常重要的技術，現在他們已經在使用當中，而且它應該也是可以用于葉片的生產，為葉片生產帶來很多的好處。

 

　　還有氣動控制，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。不要改動葉片的改動，就可以通過氣動控制不斷提升，這是值得探索的地方。

 

　　在結構健康監測上，很多結構生產商需要知道葉片的行為，例如葉片的負載，怎么讓葉片設計更輕巧，更高效，這些都非常重要。

 

　　最后，昨天有位提到過回收利用的問題，回收利用非常重要，到2025年之后這些葉片可能要報廢了，這時候應該怎么做呢？現在葉片設計的時候就要考慮一些可回收材料，這樣到生命周期結束的時候，可以將產品以其他的方式進行延伸。

（內容來自現場速記，）