王国军:现在的形势,是叶片大型化发展和叶片低成本轻量化

能见App 2021年10月19日 1972

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19日海上风电发展论坛隆重召开。上海电气风电集团股份有限公司叶片卓越能力中心主任王国军出席会议并演讲。

以下为发言全文:

王国军:

各位领导、各位专家、各位同仁,大家上午好!我是王国军,经过十来年的发展,我们上海电气风电开发了将近有几十款叶片的开发并落地,从30多米一直到102米,基于这些经验,今天和大家分享一下海上超长柔性叶片开发及发展。在这个十年的末尾,国家海上风电新增装机预计45个GW,海上风电大有可为。

我们中国的海上风电用不到十年的时间走过了欧洲将近30年的历程,欧洲也走出了中国海上风电的发展道路。欧洲的海上风电,海风风速大概在9米到12米,受台风影响非常小。所以说他们的海上风机发展趋势,一个风能直径匹配多个,我们是在6.5米到11米之间,受台风影响比较大,所以说现在我国海上风电机组的发展趋势是一个产品平台匹配多个风轮直径,风轮直径成为整机商产品竞争差异化竞争要素。在双碳和平价背景下,今年海上装机高峰,但是整机招投标并不是特别旺盛,最个一个招投标出来的价格比去年降低了有30%。我们可以说今年应该是海上平价的元年,叶轮直径的大型化使得叶片成本是增加的,但是双碳和平价的背景下是需要叶片低成本轻量化。所以说现在的形势,叶片大型化发展和叶片低成本轻量化需求之间的形势。

面对这个形势,我们为了尽快实现双碳目标的要求,我们需要对叶片开发工程中的平颈点进行梳理,找到焦点,对于超大型叶片的开发,我觉得不只是简单的尺寸上面的增大。叶片大的尺寸效应,对于我们叶片开发来说,我们整个行业有认知盲区,我们需要对认知盲区的扫盲力度,来提升导致的叶片可靠性风险。

另外一个点对于低度电成本要求,我们需要升维,在整机系统优化的角度来考虑叶片的轻量化和低成本。所以对于叶片行业发展面临的种种挑战,我们只有创新,创新才能使行业持续繁荣。叶轮直径对整机的影响是息息相关的,所以说我们需要升维在整机系统角度对叶片气动布局、载荷、整机的性能,部件的边界等等进行综合的优化。同时采用数据化的工具,来提升整机的效率,考虑总群和迭代速度,快速推出平价的叶片和整机。

对于现在的叶型,这两年在展会上可以看到,海上风机的尺寸基本上到一百米以上了,对于超大型叶片的尺寸,不只是单单的对于叶片的放大和增长,对于超长柔性叶片气动弹性需要进一步了解,特别是在多长柔和下叶片的耦合效应以及叶片的大变形和局部的小应变,对叶片的影响变得不可忽略。同时叶片的钢度,对于扭转的影响也越来越大,所以我们在叶片的设计过程中必须要考虑叶片的动态特性。叶片的开发,我们不得不提到异形的开发,以前小叶片开发过程中使用的异形是成熟的国外流传进来的,它的马赫数是小于0.5,不可压缩的。但是超大型叶片开发过程中,我们发现现在的雷诺数已经超过六百万,马赫数已经接近到0.3。所以说对于超大型叶片气动的异形要求以及现在大家有好多厂家应用的小叶型低雷诺数不可压缩,考虑高雷诺数可压缩性等等,来保证粗糙度、敏感性,满足叶片的开发。

同时现在叶片的驱动之一是净空,在整机参数这一块,还有一个是叶片的钢度,叶片的钢度与叶片的外形息息相关。对于叶片的材料占叶片售价大概70%到80%,所以说我们对于在叶片设计的时候,对于叶片的选材需要基于成本优化物料的选择。叶片的主材里面单位模量成本是非常关键的指标,我们对最近使用这些组材做了一个材料单位模量成本的比对。另外在叶片的制造成本在叶片售价成本的20%左右,所以我们在叶片的开发过程中要面向制造,面向提出降本。所以模块化和标准化的设计可以提升制造效率,同时生产制造过程中,我们采用数字化和智能化的发展提升制造的可靠性,降低人为的误差,也是我们未来叶片降低成本,提速降本很好的手段。

超大型叶片发展离不开产业链的生态系统,产业链的整合和协同可以助力叶片的降本。举一个例子,现在百米级的叶片,大家会想到使用碳纤维,碳纤维有一个重要应用场景是垃圾板材,垃圾板材在叶片厂配垃圾板材线,可以节省固定资产投资、人力资源,包括一些运输成本。综合下来,碳纤维物料应用可以降低至少10%以上,这也是产业链协同一个很好的例子。

现在进入到百米以上级不得不用到碳纤维,但是碳纤维从去年下半年到现在不断涨价。我记得去年下半年应该是一百块出头,现在已经到了160左右,碳纤维的价格增长了50%。但是整个风电行业对碳纤维,对价格是非常敏感的,所以说这个碳纤维这样一个涨价,导致我们未来百米以上级用不用产生一个迷茫。现在我们的叶片也在使用碳纤维,对于这一块,我们发现碳纤维在风电应用过程中,特别是国产碳纤维规模化应用过程中还是有很多问题。但是我们风电有我们风电特殊的要求,所以说我们叶片的设计过程中对碳纤维这个物料的使用包容性还是比较高的,所以说现在面对碳纤维行业自身的问题,比如说碳纤维的不稳定性,批量的不稳定性,这个是需要解决的。而我们风电行业刚好提供了这种契机,所以我希望碳纤维行业和我们风电能够形成一个比较好的互动。比如说碳纤维的批量供应,风电行业的批量应用,达成一个良性循环创新才能使这个行业持续的繁荣,但是在我们整个叶片开发过程中还有很多很多的挑战。但是这些挑战,我这边就不再一一说了,我们上海电气风电叶片团队也在不断创新,不断来推出自己的新产品。上个月自己推出了S102叶片成功下线,是众多创新结果的结晶,谢谢大家!

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)