风电技术论坛之风电叶片技术——北京国际风能大会展中报道

时间：2013.10.17 上午

地点：国际会议展览中心W103

主题：2013北京国际风能暨展览会——风电技术论坛

主持人：张金峰 北京鉴衡认证中心 叶片认证部部长

主持人：我是来自北京鉴横认证中心叶片认证部的张金峰，非常荣幸主持交流会。过去一段时间国内风能产业进行了调整，这对我们发展来说既是挑战也是机遇。挑战是调整的时候市场低迷，企业需要维持企业正常经营还要不断的研发和设计新产以维持企业持续发展。机遇是指经过这段时间的调整，淘汰了一些落后企业，净化了市场。通过这几年的调整国内叶片企业水平不断提高，与世界先进企业水平差距不断的缩小，在过去一年中，国内叶片设计制造水平有了大幅提高。叶片企业在与机组配套的时候会根据风电场的具体特点跟它原有的产品进行一定的升级、改进，以更加符合所配套风电场的使用。与此同时研发新产品方面也进行了大量的尝试，同时世界各地叶片设计水平也得到了很快的发展。今天参会的专家和领导带来了世界先进的叶片生产制造的话题。首先有请来自SSP公司的Claus Burdt先生。

Claus Burdt：我本人从事叶片设计和生产工作，我们和韩国等企业保持了很好的合作关系。先简单介绍一下我们公司的情况：我们是一家全球性的公司，我们是给客户提供“交钥匙的工程包式”的服务。SSP公司提供解决方案，根据解决方案客户可以从我们多年在叶片生产、制造、生产、研发方面获益。我们主要是做技术开发，然后把技术转移给客户，我们也做设计。这些一体化一揽子的设计包括像空气动力学叶片设计、结构叶片设计、模具设计、安装、生产、配件供应等等。

这是我们之前做工程的经验，我们有各种各样风机，叶片长度达到了80米以上。我们和韩国三星合作共同开发的一个项目是S7.0-171“交钥匙”项目，项目包括叶片设计、插头、设计、模具制造、材料选择、以及测试、认证等等。在和三星合作过程中，我们的设计能力有了极大的提升，将来会出更大的叶片的设计和生产。这是生产运输的情况，我们通过船来运输叶片，到丹麦等其他相关国家进行组装。

在做开发的时候包括几个方面，首先是空气动力学的技术，我们可以做不同载荷下的设计和实验。我们内部人员有很丰富的经验，他们和生产的一线工作人员有紧密的联系，经验非常丰富，而且设计流程也非常精细化，过去四、五年中可以看到设计已经非常精细，包括断头式的设计，这种技术支持上我们可以支持到很大型的大规模叶片的生产。对于运输也是起到了一个很好的辅助作用。

叶片设计能力方面我们可以在不同的项目中积累了很多经验，结构设计上我们采取整套组合式的设计方法。包括叶片结构的几何原理设计、包括空气动力学的设计，通过对插头以及其他工具进行3D辅助工具模拟，对它可靠性进行测试，对可靠性和不同的载荷进行设计，包括叶片结构和尺寸的衡量，疲劳期的测试等等。最后包括测试的评估，我们在一整套一体化测试平台上，使整个叶片在实际工作中的性能得到了很好的保证。

这条绿色的线是代表一个比较新的趋势，通过这样的考量可以增强整个叶片的强度，这是在计算机辅助模拟情况下完成的。通过这样的一种方式，在其他方面比如动力方面可能有一点点妥协，但是整个叶片强度得到了极大的提升。

这是空气动力学叶片设计的情况，我们考虑到了结构性和载荷的降低。通过这种纤细化的设计使叶片效率得到了极大的提升。这是叶片插头的情况，这里有很多手工制作的过程，在实际运行过程中，叶片会在自然情况下遇到各种各样的问题，通过调整使得它在空气动力学的性能上得到很大的提升，结合处也是如此。

项目设计理念叶片理念：首先包括印模的概念，包括钢性的提升、一体化胶层控制，强度的提升、碳材料的使用。我们通过印模设计生产出来的叶片，整个结构可以保证表面结合更加准确。同时可以在可视状态下进行更好的控制。这样可以使得叶片性能可以应对各种各样不同的情况。可以通过这样整套的理念，可以使得整个生产过程的重复性，也就是精度变得更高。同时使重量的差异得到了最好的控制。(图)这是叶片的结构，是基于将解决方案过程友好型的做法最大化为中心的设计。比如使结合处连接达到最小化的效果，使得误差减少、使供应链变得更加的顺畅。

这个图是整个生产过程的评估。我们在生产过程中，有些情况下可能材料来自于不同的供应商，有时候看上去这些材料差不多，但是性质不同。所以在这个过程中还要考虑到不同材料之间的融合和它们互相配合的情况。它的相关特性包括纤维的方向、位移、边的形状都要考虑其中。这是整个生产过程的评估。我们也用到了碳材料，我们通过碳材料的使用，使结构的钢度和强度以及相关性能得到了提升。包括我们在生产83.5米叶片中也使用了这样的做法。特别是在应对比较恶劣外界环境的情况下，这点就变得格外的重要。

叶片结构：首先是叶片根部的结合，整个项目中我们提供了不同的解决方案，包括传统的设计，我们也评估了SP解决方案，是在大的钢体形状中进行生产。整个过程只是用了两周的时间。根部部分我们也有一些预生产出的零部件，将不同厂商生产的零部件结合在一起。钢部分是通过量身订作的方式结合到了根部的组件当中。因此它的可靠性等相关性能得到了相应的测试。转子叶片的重量得到了极大的降低，同时整个过程也有极高的重复性，可以得到很好的推广。而且不同的厂商可以进行标准化生产，最后使重量差异得到了最小化的控制，也没有必要再对于螺栓进行加固，整个过程非常标准化。要保证会不出现任何故障，我们不会把没有任何测试的东西放到叶片上，任何一个零部件都是我们拿出来测试再安装进去。我们会把不同的玻璃片拿起来做对比，找出有没有不匹配的地方。

下面讲讲我们对叶片所做的一些表面的保护工作。叶片在转动的时候肯定是有磨损的，所以我们也开发了很多和相关技术来保护叶片的表面。我们做成不同的小件，然后把它放在不同的系统当中，然后通过我们的测试系统找出其中性能最好的一个，通过整个叶片转动过程测试找出性能最强的。我们叶片即使急速转动的时候，对叶片的磨损和伤害也不会特别大。我们在实验过程中叶片转动速度比实际的快一倍，磨损程度是实际运行过程的两倍，通过这种模拟极端环境可以更好的测试叶片的性能。通过不同的叶片转动测试，会发现其中最强的一个再加以应用。

另外就是光能系统，很多企业都有不同的要求，我们希望有一个系统能够让我们不用随时的进行检查和监测。比如叶片使用期限是20年的话，我们不希望中间有太大的问题，因为毕竟这些叶片造价都很高。我们做了一个新的设计，希望保护叶片的同时，也不必要进行特别的日常维护，尤其照明方面我们也有一些比较新的设计理念，的确帮助客户解决了很多问题，现在已经运用到了一些项目当中，同时我们在不间断的做测试，不断的改进叶片。很多照明系统也在进一步测试当中。但是我们知道海上风能对叶片伤害非常大，所以照明系统非常关键。

我们的风机在苏格兰已经有一些运用，上个月已经开始进行投产，目前运转非常正常，相关数据也会很快的出来。

主持人：下面有请中材科技风电叶片股份有限公司的的设计部气动室主任张石强发言。

张石强：我们这个项目是先进风力机翼型族设计与应用(863计划)。总体目标：是要通过翼型族的研发和应用，发展具有自主知识产权适用于大型风力机叶片的先进翼型族和叶片应用技术。

从四个方面汇报： 1、立项背景; 2、前期研究基础;3、项目进展;4、后续计划。

立项背景：目前来说，关于风力机专用翼型开发有几个系列，现在用的最广泛的就是DU翼型，美国NACA63/64系列翼型等。目前国内叶片公司以及设计机构采用进行叶片风力机设计的时候，使用的翼型多半都是国外普遍应用的系列翼型，比如RISO-P和B1的目前或没有公开，美国NREL翼型中也只是个别翼型可以查七动特性数据，大部分是保密的。国际上的知名公司比如A&M公司，他们自己开发的翼型，都是严格保密的。

这些不公开的翼型中大部分是针对兆瓦级风电机组也品德应用。此外，由于风电机组设计与风资源特性密切相关，国外机组未必都适应中国风资源的条件，从而不能实现最优的发电效率，影响风电叶片寿命。从中国的风资源特性出发，也要求我们开发应用于国内市场的翼型族和风电叶片产品。在此背景下，在风能协会、贺总的呼吁下，国家863计划进行了“先进风力机翼型族设计与应用”的立项研究。