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大型海上风电叶片设计挑战——Roland Stoer/Managing Director

上传日期:2016-04-29  播放次数:3385
观视频介绍
以下内容为现场速记:

WINDnovation Roland Stoer/Managing Director

【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!(以上内容为笔录
 
 
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