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CWPC2018技术优化运维:CENER西班牙国家可再生能源中心Senior Researcher孙皓一(Sugoi)——《更长的叶片:多目标的优化设计和已通过认证的叶片切割技术方案》

2018-04-02 来源:东方风力发电网作者:御风者 浏览数:614

第四届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江苏省阜宁县天鹅湖大酒店隆重召开,来自海内外的200多个企业、600多余位风电行业、复材行业的精英参加了本届盛会。上午的开幕式结束之后,高峰论坛分别设置了新材料、新技术专场,设计运维优化专场,新产品发布会专场,技术工艺创新专场,产业链对话专场等多个专场,将呈现大量精彩内容。

   第四届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江苏省阜宁县天鹅湖大酒店隆重召开,来自海内外的200多个企业、600多余位风电行业、复材行业的精英参加了本届盛会。上午的开幕式结束之后,高峰论坛分别设置了新材料、新技术专场,设计运维优化专场,新产品发布会专场,技术工艺创新专场,产业链对话专场等多个专场,将呈现大量精彩内容。
 
  CENER西班牙国家可再生能源中心Senior Researcher孙皓一(Sugoi)在设计优化运维专场做了题为《更长的叶片:多目标的优化设计和已通过认证的叶片切割技术方案》的演讲。以下为演讲内容实录:



CENER西班牙国家可再生能源中心Senior Researcher孙皓一(Sugoi)
 
  在开始讲之前,我给大家分享一下整个演讲的结构,首先介绍一下我们中心以及长叶片的挑战和问题。
 
  针对这些挑战和问题,我们整合了相应的解决方案,所以这边分享一些设计的解决方案,包括翼型的解决方案以及分段叶片解决方案,最后我们会给大家做一个总结。
 
  这里面大家看到我们是西班牙国家可再生能源中心,我们是国家的一个气动中心,我们主要是为了增加关于比如说像风能、太阳能等等可再生能源做一些研究。我们在西班牙北部,在能源中心我们有一些相应的设备设施和实验室,包括也有一些发电机的测试机组和测试平台等等。
 
  这200个人当中,我们有25个是高级工程师,专门研究我们的气动弹性、控制、结构设计等等。同时还有气动控制、建模设施、材料测试实验室和工具应用等等。
 
  我们主要就是提供先进的解决方案,包括产品、服务,同时我们也可以做技术转让给行业的企业。所以我们是完全开放的,因为我们是国家的能源中心,我们有很多国内的,包括国际的客户。我们可以基于比如说像商业和约来进行合作,也可以公共资助的方式进行合作。
 
  我今天自分析的是这个长刀片的挑战。我们目前都是一些老的技术和传统的方法,很遗憾这些老的技术和方法的成本是很高的,整体设计,比如说从整个设计,包括生产过程当中,我们一个外壳来打造叶片。同时这个叶片要有相应的灵活性。生产出来以后,后面的运输也带来一个非常大问题,包括在生产过程中的本身,包括成本、运营、载荷。
 
  我们在一些现场,现在我们面临一些环境的问题,可能跟我们的生产要求都是不断变化的,比如说造型、载荷都会构成挑战和问题。
 
  下面我们给大家看解决方案,从解决的角度分享一下设计的解决方案。我们认为这个解决方案,当然是整体的。我们要考虑叶片的最佳气动结构来考虑相应的解决方案。所以这边可以看到我们有一个解决方案,叫叶片绿洲的项目,全程是叶片气动最佳解决方案,可以同时优化气动和结构变量。
 
  这个工具,大家可以看到,它是一个空气动力学模块,我们也有相应的结构模块,它也是来自西班牙可再生能源研究中心开发的模块,加载以后我们就可以来计算一个最优化的方案。这样的话就可以达到最优的叶片设计,同时像我们的一些叶片几何、叶片结构的特性、叶片的重量等等可以得出相应的结果。这里大概就是我们的解决方案。
 
  这边空气动力学分析,叶片的效率会有一定的损失,我们也会考虑一些风的方向,比如说像偏航、倾斜、预弯、预扫掠等等,这样就会自动地生成翼型的数据。
 
  关于结构和模块,我们这边可以来对一些主要的成分进行参数化的定义,比如说像梁帽、根部、腹板,我们有一个参数化的工具,通过工具可以调整。包括内部的结构,比如说我们可以有一个、两个、三个的腹板或者梁帽的形状等等可以进行调整。通过工具进行气动的优化,最大化匹配CP、CT。我们可以优化载荷,包括有一些最大的限值、最小的强度比、最大的CT、最小CP等等。
 
  我想给大家举一个例子,这不是一个商业化设计,但是一个实际的应用项目,是一个欧洲的项目。几个月以前刚结束,我们在意大利设计了一个10兆瓦的风机的项目。我们想使用双叶面的逆风向的,优化最大化AEP,经过一万次的叶片的翼型选择和设计。
 
  我们可以看到左手边包括双叶片的、三叶片的,红色的是双叶片的设计,你可以看到损耗降低了,在顶部你可以看到可以适应更大的速度,提高叶片的速度。你可以看到在哪里,我们获得AEP的增益,通过这个设计。
 
  第二个解决方案是可以通过一些动力学的设计用于翼型的叶片的设计。就像刚才李先生讲的,其中一个主要的问题是新的叶片,如果你使用很好的翼型,他们的数值可以达到一到三百万。
 
  我们给大家分享一下,我们有一个翼型设计的经验,设计垂直型的翼型。这种设计,我们几年前开始设计了一个翼型家族,就是CA家族。你可以看到专门设计大型转子和雷诺数,可以满足3—15兆瓦的要求。现在T/C基本上可以18%、21%、24%,我们在洁净的情况下和粗糙的情况下可以达到的雷诺数。
 
  第二种解决方案是分段的叶片数的解决方案,我们专门设计成两片组装,随后在风电场组装起来,主要是为了解决制造的问题,主要是用于运输的问题。所以说现在因为风电场地处偏远,所以任何帮助减少运输的方案都是有帮助的
 
  你可以看到下面这张照片,这是成本,传统的叶片单片式的,一旦从美国运输到现场,你可以看到运输的成本占12%—15%。我们研究了几年的模块化的叶片,我们决定提供自己的设计,我们自己的设计是模块化的叶片、分段式的叶片。这是为欧盟设计的一个项目,它的优势是可以整合不同的叶片的结构,而且可以修改、修正对叶片的气动力学的结构进行外形的改进。
 
  在这里你可以看到在布鲁塞尔的一个原型机的设计,我们决定要做一些测试来评估风险。因为我们认为模块化的分段式的结构还是对市场适应性很强,有很强的竞争力。
 
  我们做一些降低风险的测试,你可以看到不同的配置,从A到E,包括螺栓螺纹的测试,包括一些工具等等,我们经过了一年的测试,提供了独特的认证方案。我们进行更多的实验,包括黏性剪辑测试、全面的连接测试等等。我们获得成功的认证。
 
  在这里是另外一个例子,是一个商业化的项目,5兆瓦IIA型的,我们切成21米长的分段,你可以看到我们分段的情况。在这张图片里左边叶片的气动不受影响,重量的分配,黑色的是常规的解决方案,虚线的地方可以看到重量提高了很多。叶片的气动不受影响,而且叶片重量增加了7%,我们为一个商业化的行业做的设计,你可以看到重量上升,介于5%—7%之间。
 
  如果我们原来的常规成本,运输可以达到15%—12%,通过分段式的叶片可以把成本降到10%。当然在加工、材料方面有一些成本的增加,因为模块化的设备更容易制造,模块化的叶片更容易制造,需要你的生产能力进行提高。右边的图片,蓝色的是单片的叶片。
 
  首先我们相信最新的叶片需要整体化的设计,要考虑到制造加工、气动和结构以及全面的优化,我们有一个工序、软件。我们现在相信在整个行业里面做的努力,我们设计了一个新的翼型的家族,可以大大提高雷诺数。最后是分段式的运输解决方案,我们进行了机型的测试,并且做了认证,所以我们在西班牙有这方面的经验,非常感谢各位的聆听,如果有问题尽量提,谢谢大家!
 
  (内容来自现场速记,未经本人审核)

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