连云港中复连众复合材料公司黄辉秀:向大型低风速风电叶片的开发要突破,助力碳中和目标

能见App 2021年10月20日 4174

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

其中,10月20日中东南部风电发展论坛隆重召开。连云港中复连众复合材料集团有限公司研发部经理、副总工程师黄辉秀出席会议并演讲。

以下为发言全文:

黄辉秀:

今天我演讲的题目叫大型低风速风电叶片的开发,今天讲一下叶片,因为一场景不一样,所以就是它的叶片开发也应该是不一样的,或者是说有很多专有的一些东西。

首先介绍一下中复联众总部在连云港,从2005年进入风电叶片的行业,干了十几年,然后今年是九月份,我们下线了102米的碳纤维叶片,目前已经完成了这个测试,,进入小批量的阶段,我们在这个全国各地都是一有工厂,都是贴近于负荷中心,贴近于风场。这个是今天要讲的低风场,这是从现场照的,特别漂亮。但是它的问题是中东南层峦叠嶂的山脉,风资源丰富,占全国的68%,但是给叶片带来很多的挑战,一个是有蚊虫,蚊虫附在前缘可能使它加速。另外就是雨水,特别是南方、广东这些地方的雨水特别多,这个也是对于我们叶片的挑战。

在风火同价的大背景下,有一个门槛就是成本,统计从资料上来看,去年抢装的时候每千瓦是4200多块钱,前段时间到1800多块钱,而这个是行业的临界点,就是盈利的临界点是2000,所以说就是很多人,很多公司都得想办法能降低这个中东南部的成本。就是说我下面的这个报告,就是说针对于这个是降本还有是加长叶片等等还有对于低风速地方的适应性做了一些专有的一些技术的一个介绍。

第一个就是说是这个材料,我们要使这个叶片是加长叶片,又不提升更多的这个成本,那么我们就有一个很重要的方式,就是挖掘目前玻璃纤维的性能。玻璃纤维以前是用真空灌注的方法制造,但是它的这个是性能还是没有拉挤玻纤的性能高。拉挤玻纤很快提升高度重量比,这个是普通纤维2.2,高模A是2.55,在不增重量的同时提升高度,它的成形工艺不一样,它的这个工业路径都不一样,是这样子的。先把这个玻纤拉挤,通过拉挤工艺拉挤板材,这个板材是把它从制造厂那个地方打卷,然后到我们工厂里边进行放卷,放卷就是说把这个卷打开了,然后把这个切割,这个卷是片材打磨,两端进行打磨这个斜坡这个样子的,这个板就是说是现场市场上应用的板是不一样的厚度,有的五毫米,有的八毫米,是不一样的,对自己的这个是工艺的一个把握,另外在这个图片中就是说这个片材拼接之后整体的吊装模具进行整体的灌注,这张图片就是说脱模之后叶片主刘所显示出的一个状态,还是比较漂亮的。

这个主要是从主梁方面,现在对于大型的叶片开发,很多时候它是一个钢度问题,钢度问题首先要解决主梁的问题,用拉挤建材提供。

第二个在容量,增加或者是叶片增长的同时,会对叶根有一个很大的挑战,就是原来的这个叶根可能强度不足,所以说目前在国内,在国内几个整机场还有几个叶片场我们都在做同样的事情,是开发高强度的叶根,这个是采用预埋的技术,前几年中复联众获得了DNV的第一个,DNV认证证书,是关于部件的,使陆上是90米叶片,陆上的90到100米叶片能够使用较小的叶根,比如说是三米二。

另外对于芯材,以前我们都是进口的,巴萨或者PVC,都是鸳鸯而来,成本比较高,而且有时候会卡壳导致了很多问题,现在国有芯材应用比例是快速上升的,尤其是这个PET还有PVC这些。但是使用这些新的材料需要我们有更多的一些研究,不是说直接放上去就可以了,然后我们通过这些有些计算,通过这个是小样测试,大样测试还有这个是全性能测试,通过验证之后才能够把它放上去。在这个就是说,通过做这个工作,就是说带来一些成本上的一个,成本上的一些压力。另外就是说是对于这个生产方面,要提升生产效率,降低生产成本,降低这个是固定资产的投入,所以我们在设计上也是采取了创新的一些结构形式,比如说货源的这个,把货源本来要粘接的东西作为一个整体,这个是一次性的完成这个任务,不需要独立的,单独的工作。另外的一些就是说像叶根预制,提前把它做好,整体吊进去,以降低生产的时间。

另外是缺陷,风电叶片的生产全部靠手工,这个真的是很不好把握的这个事情,它不是像机械,如果是说有这种CNC,做的东西非作非常统一,人做事情靠心情,心情好不好可能看领导给的钱多不多,是这样子的。所以,就是有很多的这个是大小缺陷,但是这个缺陷我们要去识别,要去维修,目前在按理说,根据大家的这个讨论,中国实行的这个标准其实比老外更严格,为什么更严格,它其实有一点就是我们对缺陷的认识还不足够,只有是把缺陷的水平控制的更低的才能确保这个安全性,是这样子的,所以就是我们有的时候生产出来的叶片,反复修修,但是修的时候呢,其实修也可能会修成一个反面的结果,有可能会造成更多的破坏是这样的。

风电叶片生产了十几年,在这十几年我们所定义的标准基本上有质量人员和供应人员所定义的。但是现在这个是新的规范,IEC61400-5还有接下来新的高标会要求我们研发的人员来定义这个是基准,定义这个是公差,分析公差的影响。当出现了这个挖坑或者大的间隙,这个是芯材,这个现在间隙大了,原来我们以前的标准是小于三毫米,现在达到了10毫米,到底行还是不行,需要我们研发的人员做这个事情。首先对他的实效模式进行分析,然后做测试,小样测试,比如说做静载,做疲劳,就是说觉得他能够承受多少的载荷,那我们在设计的时候,就把它带进去。比如说我们这个是缺陷10毫米的间隙能承受100兆帕的运力,那这是1.5的安全系数,把这个缺陷带到这个设计里面去,以后出现了这么一个十毫米的间隙就不用维修了,不用维修生产就很顺利,一方面是总体的,是风险把控住了,第二个生产的效率提高了,是这样的,所以这个是非常非常重要的一件事情。

接下来就是降噪,前面的老师说是,这个就是中东南部的风力机越要靠近这个居民,在这个地方,在网上找了一幅图,这个是叶片,叶片在工作的时候,它的造成就是居民区,我们需要的是40分贝,它在这个之间,需要有500米的间隔,因为这个空气会让它的噪声逐渐的降低这样的,所以对控制噪声我们就是要从叶片的地方开始。那么就是从叶片方面来讲,控制噪声有两个方面的方法。一个就是说是控制这个货源的厚度,货源的厚度会从设计的时候考虑它,就是说控制在三毫米左右。另一方面是噪声,另一方面考虑到结合,综合的结果大概是三毫米左右。第二个就是降噪锯齿,降噪锯齿现在是一个非常大众的一个解决方案,但是在这个降噪锯齿里面,就是说各家的降噪锯齿可能它的一些效果是不一样的,可能降1,可能降2等等,所以说关系到它的效果。

下面有一个,就是说是时速,时速的问题,其实以前在这个,我们在中东南部装了一些风机,就是这个时速,时速的散点从这个斜坡区转移方向,就变掉了。然后分析它的原因主要是比较复杂地形的风资源部稳定,它的这个都是山,不是像北方的那么平原,那个风的方向是平稳的,这是一个。第二个是叶片前缘的这个程度高,因为有蚊虫。然后还受到山风和谷风的影响,主要是在秋天,秋天晴空万里,然后就是晚上和白天的温度不一样,山谷里面的气流有对流的现象,然后就是会造成一些时速,时速解决的一些方案,就是贴VGs,贴VGs对于这个来说,在贴VGs之前,这是非常正常的流动,就是说层流,气流都是附在这个表面,它是流动的。然后再这个地方失速了,就是说气流进到这个上面,产生很大的稳流,所以说它的气动效率下降,生力下降,气动效率下降,恢复它的层流,让它的这个气动性能在上升。

所以,有这么一些方案来对这个一些特殊机位,就是说进行一个调整。我跟同行的一些朋友开玩笑,这个VGs有病治病,没病保健这样一个事情,然后还有这个雷暴,雷暴对于叶片来说非常风险,在于我们的国家,在这个地方,广东省这是最红的,就是说它的雷暴天气,年雷暴天气能达到70以上是这样然后北方就是说是很少了,那么在这么高的雷爆天气下的话,那我们就是说要加强我们的防雷的研究。那么防雷的话,它里面有很多的一些连接,比如说是各个端子之间的连接,包括了它的连接强度,机械强度还有过电流的这样一些强度。另外还有就是说是这个整体的防雷的这么一个效果,比如说是这个安装位置、安装数量等等,还有绝缘性,雷电系统的绝缘性都是需要有高可靠的这么一个要求。

目前我了解的,在中国的叶片场大家都是雷电系统开发了,买的雷电系统都经过了IEC61400的测试,满足这些测试要求,这就降低了很多的风险。最后就是说是与时,在这个地方我们可以看到广东的这个年降雨量已经达到1700毫米,就是说是这个雨量特别大,这个北方,北京可能就是500左右,这个雨会产生什么效果,就是说叶片在高速的旋转,大概的是,如果是90米左右,应该是达了200还是300公里的时速,这个就是冲击的这个能量是特别大的,在这么高的能量下面,叶片的前缘非常容易被打坏。这张图片是与时的一些效果,就是前缘的这个皮被打坏了,它的解决方案有主要的解决方案,就是说在前缘,叶片前缘做一些,这个是做一些涂层,就是说油漆给它做厚,这个是雨点打上去吸收这个能量是这样子的。另外,或者就是说有不同的方式做成一个壳体贴在上面,这是预成形的,这个也是一些模,就是这个是目前的解决方案,以延长这个前缘的寿命。好的,谢谢大家。巴萨木放的什么地方?

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)