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长叶片-如何解决气动弹性问题和最小成本——Levien de Legé/亚太区总经理

2017-04-24 浏览数:706

  女士们、先生们非常高兴在第二天的会议当中看到大家,我的名字叫做Levien de lege,我是亚太区ECN在北京的亚太区

  女士们、先生们非常高兴在第二天的会议当中看到大家,我的名字叫做Levien de lege,我是亚太区ECN在北京的亚太区的总经理。简单的介绍一下ECN公司,我们是一家荷兰能源研究中心,可能只有一些听众认识我们,所以我简单介绍一下ECN。
  我今天主要介绍的就是气动弹性在设计的阶段,还有是如何能够减少运行维护的成本,和我们面临的气动弹性的问题,后来也跟大家介绍一下ECN能提供的技术支持是什么。简单的介绍一下ECN。我们是荷兰国家能源试验室,我们已经有40多年时间专注在可持续能源的技术领域。大概在十几年前开始我们就做可再生能源的研究了,在这些领域我们有各种各样的可再生能源的设计、测算、同时我们也很关注于运营维护、运维方面的一些方法。
  因为我们是欧洲的研究所,所以我们现在的关注点同时也会转到在海上风电场的一些技术难点。我们的总部是靠近荷兰的阿姆斯特丹,大概距离二三十分钟,我们在阿姆斯特丹也有自己的办公室。讲到中国的情况,我们在北京也有自己的办公室,然后在马来西亚也有自己的办事处。
  我们研发的领域主要还是在关注于可持续能源的行业,还包括工业能源的维护。可以看到还跟整个行业一起开发可再生能源。我们的技术是针对于太阳能、风能和生物质能,在太阳能领域关键点直到现在中国是太阳能市场的核心,ECN跟大部分的主要的中国PV公司有紧密的合作,风能领域我们也和中国的公司一起合作。包括整机厂还有风机的安装等等,我们跟中国的合作伙伴合作也是非常密切的。在中国的生物质能这个市场还不是特别的大,相对来讲还是小的。
  如果看一下我们风场整体的一个概念,这是ECN的专业领域。你可以看到我们的覆盖面真的已经是全覆盖了,在风电领域,包括海上风场,我们也会关注于未来,包括这种浮动的风机,还有我们看到在有一些市场和国家,这是完全有可能的,能够设计出一个浮动的风机。然后你可以看到在潜水和深水,到现在为止我在中国还没有看到这种浮动式的机座。我刚才讲到运维是ECN关注的一个领域,还有就是空气动力学是我们研究的专长,因为这两点都是紧密相关的。
  我们一起关注一下风机叶片,我们看到风机叶片的设计趋势就是大规模化、减少成本,现在在海上风机最新的数据下,它的长度已经翻了一倍了。同时对运行成本多少关注较少,每度是5-6美分,这是最新的荷兰的价格。再往后看一下它的更大的风轮和风机,会带来很多运维上的一些挑战,还有叶片肯定还会越来越长。我们希望能够进入到一些低速区,你可以看到在低速区他们就要求不同类型的叶片。特别是在中国,也包括其它的一些地方,有一个很大的压力,就是说有一个成本的压力,CAPEX,最主要的是领导在风机行业最主要的趋势就是对成本希望是越低越好,同样也是影响到我们对OPEX的关注也是越来越少。可以看到我们的运维会遇到资金不够的难题。其实昨天在专家讨论的时候也提到了很多的质量问题,我们知道质量是很重要的。如果看运维的成本,我们的设计是有决定性的,这样才能减少它的运维成本。
  如果你想要增加它的话,你要更加的关注综合的角度,你不能简单的去指责这个叶片。那么这个叶片是要在风机上的,还要跟风机所在的位置进行综合考虑。现在有很多不同的风场,整个的供应链都在想办法减少或削减自己的成本,很快也会减少叶片的成本。当在运营的时候对成本的控制也是非常严格的。我们真正宣扬的就是一种综合的态度,这种综合的态度就是新的风机设计时候要的综合考虑。其中的一个就是空气动力学。
  空气动力学对于叶片来说主要的一个技术领域,我们不能够仅仅说是限制于空气动力学本身,还要看一下它的力学分析。我相信在中国市场也是这样的,有很多的研究所或者是机构都是希望它的叶片越宽,而且还包括了它的重力的影响,弹性的影响,曲度还有叶片的旋转,那么我们就要考虑气度的弹性跟风机,和技术部分作为一体化的设计,最终我们来做一个你可以看到三种不同的惯性,是一个三合一的气度弹性的考虑,这是非常难的,因为你要了解叶片当中到底发生了什么。如果你要设计一个新的叶片,特别是比较大的叶片,它是一种交换或者是一种选择,你要考虑原材料的成本,同时还要让这个材料越来越轻,质量越来越好。与此同时这个叶片必须要以稳定的形式开展。那么你可以看到我们有很多的气弹的现象,比如说颤振,颤振有可能会引发灾难性的故障,而且也会引发很糟糕的难以运维的情况。
  可以看到我这里有一个小小的视频,这是装在一个叶片上的镜头,你可以看到这个叶片在转。那么你可以看到这个视频,它的叶片扭曲,也能够想象一下现在是慢素的播放。这种动态不是说几厘米的,而是说将近几米的力量是非常大的,这种颤振会引发很大的对于叶片的影响,叶片在正常的运营当中有很多的不确定因素会产生这种颤振,它是通过整个系统影响到我们整个风机本身。再加上它的频率或者是在底座上本身会造成我们灾难性的故障,所以我们说的气弹问题,还有刚才说的三个不同的力量,惯性受力、气动受力、弹性受力是非常不一样的,或者对于又长又细的叶片也很关键。我们的专家开发了一套软件工具,大部分是独立开发的,还有我们的合作伙伴也是对这个非常支持,也是支持设计师来完成,同时能够预测颤振情况的发生。
  这是其中的一些结果,你可以看到差的这个气弹设计可导致叶片损坏和产能的损失,从而对运维成本造成很大的影响,这是右边造成的一个很大的故障。再加上比较大的风就会造成一个很大的事故,这个叶片的设计其实是需要巨大的维护,还有一些小的裂纹,叶片的大小裂纹也会出现。如果有一些弱点的话,那么这种纤维或者是它的质量比较差的话,可能会让这个灾难性的情况更加的严重。在左边就是要进行维修的叶片,它的成本也是很高的,要维修本身就是要减少产能的产出,一方面维修费你要付,一方面还有产能的损失,所以对于运维的成本事有很大影响的。
  如果看一下运维的问题,这是一般风场的运维成本,它是很大一块,占了能源成本的20-30%左右。我一直强调叶片是一体化的一种协同的设计,它是很重要的因素,它最终能够决定每一年的实际运维成本,因此它越发的重要。当然ECN也是希望能够把运维的问题在设计的时候考虑。特别是我们要进行一些维修这是非常大的一个工作量,特别针对海上的风机。如果要进行维修,那他们是非常耗时耗力,是一项非常大的工程。如果说是在风雨比较密集的时间或者是有海上风暴的话,那有可能就无法进行维修工作。如果说能够进行早期的设计并且设计的非常好,那么后期就可以节省很多的精力和金钱。我们知道资本支出是非常普遍的,但是越到后期我们的运营成本就显得越来越重要,这对于整个风机的成本还有对于后期使用的整体,成本都会造成非常大的影响。
  我们来看一下ECN可以提供什么样的支持和解决方案?我们为很多大型的中国企业,包括我们的叶片制造商,还有OEM都有提供技术的支持和服务,来帮助他们提升设计的质量。我们也可以去评估现有的一些设计,有的时候我们是跟这些企业从一开始就进行合作,就是在设计新一代的叶片或者是风机的时候,我们就早期的介入并提供一些支持。我们也建议使用一些工具和软件,这样也能帮助我们解决一些气弹的问题,比如说震颤。我们ECN是使用最先进、最一流的软件来进行相应的运维仿真。针对运维这一部分我们会使用自己开发的这些软件来进行计算和分析,来帮助我们的风场设计策略,这就是我今天所要演讲的内容,谢谢各位。

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