登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
风电叶片的优化设计要满足一定的设计目标,其中有些甚至是相互矛盾的,如:
年输出功率最大化;
最大功率限制输出;
振动最小化和避免出现共振;
材料消耗最小化;
保证叶片结构局部和整体稳定性;
叶片结构满足适当的强度要求和刚度要求。
风电叶片设计可分为气动设计和结构设计这两个大的阶段,其中气动设计要求满足前两条目标,结构设计要求满足后四条目标。通常这两个阶段不是独立进行的,而是一个迭代的过程,叶片厚度必须足够以保证能够容纳腹板,提高叶片刚度。
(1)外形设计
叶片气动设计主要是外形优化设计,这是叶片设计中至关重要的一步。外形优化设计中叶片翼型设计的优劣直接决定风机的发电效率,在风机运转条件下,流动的雷诺数比较低,叶片通常在低速、高升力系数状态下运行,叶片之间流动干扰造成流动非常复杂。针对叶片外形的复杂流动状态以及叶片由叶型在不同方位的分布构成,叶片叶型的设计变得非常重要。目前叶片叶型的设计技术通常采用航空上先进的飞机机翼翼型设计方法设计叶片叶型的形状。先进的CFD技术已广泛应用于不同类型气动外形的设计,对于低雷诺数、高升力系数状态下风机运行条件,采用考虑粘性的N-S控制方程分析叶片叶型的流场是非常必要的。
在过去的10多年中,水平轴风电叶片翼型通常选择NACA系列的航空翼型,比如NACA44XX,NA-CA23XX,NACA63XX及NASA LS(1)等。这些翼型对前缘粗糙度非常敏感,一旦前缘由于污染变得粗糙,会导致翼型性能大幅度下降,年输出功率损失最高达30%。在认识到航空翼型不太适合于风电叶片后,80年代中期后,风电发达国家开始对叶片专用翼型进行研究,并成功开发出风电叶片专用翼型系列,比如美国Seri和NREL系列、丹麦RISO-A系列、瑞典FFA-W系列和荷兰DU系列。
这些翼型各有优势,Seri系列对翼型表面粗糙度敏感性低;RISO-A系列在接近失速时具有良好的失速性能且对前缘粗糙度敏感性低;FFA-W系列具有良好的后失速性能。丹麦LM公司已在大型风机叶片上采用瑞典FFA-W翼型,风机专用翼型将会在风电叶片设计中广泛应用。表1为对NREL翼型系列性能提高的估算。
目前叶片外形的设计理论有好几种,都是在机翼气动理论基础上发展起来的。第一种外形设计理论是按照贝茨理论得到的简化设计方法,该方法是假设风力机是按照贝茨公式的最佳条件运行的,完全没有考虑涡流损失等,设计出来的风轮效率不超过40%。后来一些著名的气动学家相继建立了各自的叶片气动理论。Schmitz理论考虑了叶片周向涡流损失,设计结果相对准确一些。Glauert理论考虑了风轮后涡流流动,但忽略了叶片翼型阻力和叶稍损失的影响,对叶片外形影响较小,对风轮效率影响却较大。Wilson在Glauert理论基础上作了改进,研究了叶稍损失和升阻比对叶片最佳性能的影响,并且研究了风轮在非设计工况下的性能,是目前最常用的设计理论。
(2)结构设计
目前大型风电叶片的结构都为蒙皮主梁形式,如图1所示为典型的叶片构造形式。蒙皮主要由双轴复合材料层增强,提供气动外形并承担大部分剪切载荷。后缘空腔较宽,采用夹芯结构,提高其抗失稳能力,这与夹芯结构大量在汽车上应用类似。主梁主要为单向复合材料层增强,是叶片的主要承载结构。腹板为夹芯结构,对主梁起到支撑作用。
典型叶片剖面构造形式
结构铺层校核对叶片结构设计来说也必不可少。前在校核方面,大多用通用商业有限元软件,比如ANSYS、NASTRAN、ABAQUS等。对叶片进行校核时,考虑单层的极限强度、自振频率和叶尖挠度,分析模型有壳模型和梁模型等,并且能够做到这两种模型的相互转换,如图2,3所示。与其他叶片结构相比,目前大型叶片的中空夹芯结构具有很高的抗屈曲失稳能力,较高的自振频率,这样设计出来的叶片相对较轻。有限元法可用于设计,但更多用于模拟分析而不是设计,设计与模拟必须交叉进行,在每一步设计完成后,必须更新分析模型,重新得到铺层中的应力和应变数据,再返回设计,更改铺层方案,再分析应力和变形等,直到满足设计标准为止,如图4所示。因为复合材料正交各向异性的特殊性,叶片各铺层内的应力并不连续,而应变则相对连续,所以叶片结构校核的失效准则有时候完全采用应变失效准则。?
(3)材料选择
风电叶片发展初期,由于叶片较小,有木叶片、布蒙皮叶片、钢梁玻璃纤维蒙皮叶片、铝合金叶片等等,随着叶片向大型化方向发展,复合材料逐渐取代其他材料几乎成为大型叶片的唯一可选材料。复合材料具有其它单一材料无法比拟的优势之一就是其可设计性,通过调整单层的方向,可以获得该方向上所需要的强度和刚度。更重要的是可利用材料的各向异性,使结构不同变形形式之间发生耦合。比如由于弯扭耦合,使得结构在只受到弯矩作用时发生扭转。在过去,叶片横截面耦合效应是一个让设计人员头疼的难题,设计工程想方设法消除耦合现象。但在航空领域人们开始利用复合材料的弯扭耦合,拉剪耦合效应,提高机翼的性能。在叶片上,引人弯扭耦合设计概念,控制叶片的气弹变形,这就是气弹剪裁。通过气弹剪裁,降低叶片的疲劳载荷,并优化功率输出。
玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)是现代风机叶片最普遍采用的复合材料,玻璃钢以其低廉的价格,优良的性能占据着大型风机叶片材料的统治地位。但随着叶片逐渐变大,风轮直径已突破120m,最长的叶片已做到61.5m,叶片自重达18t。这对材料的强度和刚度提出了更加苛刻的要求。全玻璃钢叶片已无法满足叶片大型化,轻量化的要求。碳纤维或其它高强纤维随之被应用到叶片局部区域,如NEG Micon NM 82.40m长叶片,LM61.5m长叶片都在高应力区使用了碳纤维。由于叶片增大,刚度逐渐变得重要,已成为新一代MW级叶片设计的关键。
碳纤维的使用使风电叶片刚度得到很大提高,自重却没有增加。Vestas为V903.OMW机型配套的44m系列叶片主梁上使用了碳纤维,叶片自重只有6t,与V802MW,39m叶片自重一样。美国和欧洲的研究报告指出,含有碳纤维的承载玻璃纤维层压板对于MW级叶片是一个非常有效的选择替代品。在E.C.公司资助的研究计划[10]中指出,直径为120m风轮叶片部分使用碳纤维可有效减少总体自重达38%,设计成本减少14%。但碳纤维价格昂贵,极大地限制其在风机叶片上的使用。
现今碳纤维产业仍以发展轻质、良好结构和热性质佳等附加值大的航空应用材料为主。但许多研究员却大胆预言碳纤维的应用将会逐步增加。风能的成本效益将取决于碳纤维的使用方式,未来若要大量取代玻璃纤维,必需低价才具有竞争力。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
5月29日上午,盐城工学院土木工程学院党委书记谷伟、院长王照宇一行到访江苏鉴衡检测认证有限公司(以下简称“江苏鉴衡”),与江苏鉴衡总经理张金峰及相关人员围绕产教融合、人才培养、技术合作等议题展开深入交流,并共签合作协议推动教育与产业协同发展。座谈交流会上,张金峰对盐城工学院一行来访
近日,由北京博奇、青海博奇参与起草的全国首个针对废光伏组件和废风电机组叶片利用处置污染控制的地方标准1——《青海省废光伏组件和废风电机组叶片利用处置污染控制技术导则》(DB63T2388-2024)取得青海省科学技术成果证书,标志着博奇在废光伏组件和废风电叶片回收及资源化利用方面取得重大突破。
谁能想到,一颗拧在风电叶片根部的螺栓,竟差点引发一起重大设备事故——智能螺栓提前“报警”,避免了一场灾难!案例背景:山里的风电场,隐藏的风险某风电场,20台5.0MW大型风电机组日夜运转。风从峡谷呼啸而过的山脊上,一项“黑科技”正在悄然守护它们的安全——MS9000叶根智能螺栓监测系统。自202
10月20日—22日,全球风电盛会——2025北京国际风能大会暨展览会(CWP2025)将在北京·中国国际展览中心(顺义馆)举办,中材科技风电叶片股份有限公司(以下简称“中材叶片”)将盛装亮相CWP,展位号:W3-B11。中材叶片是专业从事大型复合材料风电叶片的设计、研发、制造和服务提供商。中材叶片持续推
六月长风起,市场佳讯传,东方电气中标一批重点项目,扬帆起航赴新程。中标大唐南电创新发展示范项目主机设备近日,东方电机、东方汽轮机成功中标大唐南电二期2×745兆瓦燃气轮机创新发展示范项目商业机组设备。本项目的顺利实施将进一步推动我国H/J级燃气轮机自主化进程,提升我国重大装备制造水平,
10月20日#x2014;22日,全球风电盛会#x2014;#x2014;2025北京国际风能大会暨展览会(CWP2025)将在北京#xB7;中国国际展览中心(顺义馆)举办,东方电气风电股份有限公司(以下简称“东方风电”)将盛装亮相CWP,展位号:E3-A28。作为全球风电盛会,CWP致力于为业内企业搭建展览展示、技术交流、产业对接
5月23至24日,中国中车首届“迎着风光看未来”主题活动圆满收官,来自全国各地“天选”幸运风车迷们齐聚美丽的黄海之滨#x2014;#x2014;盐城,共同打卡中车新能源大国重器硬核科技,观摩第七届“中国中车杯”全国大学生可再生能源优秀科技作品竞赛,体验中车文化文创之美。中国中车副总裁余卫平,中国中
北极星储能网讯:5月21日,上海市科学技术委员会发布2025年度关键技术研发计划“新能源”项目申报指南,提到新型储能有储能电池本体技术、新型储能系统安全防护与智能测控技术2个方向可以申报。其中,高性能液流电池技术的考核指标为全钒液流电池额定功率≥70kW,体积功率密度≥160kW/m³,储能时长≥4
5月25日,东方电气26MW海上风电叶片在第三方认证机构的现场鉴证下,在东方风电自建叶片试验台,成功完成最后一个工况的静载试验。至此,150米级叶片顺利通过全部静力测试工况,测试各项性能指标均符合IEC61400-23国际标准,叶片在静载状态下的结构安全性得到有效验证,随后该试验叶片将进入疲劳测试验
5月21日,上海市科学技术委员会发布2025年度关键技术研发计划“新能源”项目申报指南的通知,通知指出,涉及光伏技术方向有4项:1.新型光伏电池制备技术1.AI同步辐射的钙钛矿光伏材料与器件高通量协同研发与设计技术研究内容:开发60亿+参数的钙钛矿光伏电池专用大语言及材料生成式AI开源科学基础模型
北极星氢能网获悉,5月21日,上海市科学技术委员会发布《2025年度关键技术研发计划“新能源”项目申报指南》,征集范围包括:绿色燃料、可再生能源、新型储能、新型电力系统。其中绿色燃料领域包括电催化合成氨关键技术、质子交换膜电解水制氢高性能膜电极开发及批量化制造技术、阴离子交换膜电解水制
6月5日,国家电投发布《山东电力工程咨询院有限公司2025年第138批招标国家电投大连市花园口I、II海上风电项目海上主体工程施工中标结果公示》的公告。公告显示,标段1:国家电投大连市花园口I海上风电项目海上主体工程中标人为中国铁建港航局集团有限公司,中标价格为46439.6686万元。标段2:国家电投
北极星风力发电网获悉,6月6日,国家能源集团2025年第1批4354.33MW风力发电机组集采公开招标中标候选人公示。根据公示,中车株洲所、金风科技、运达股份、远景能源、东方风电作为第一中标候选人预中标。本次开标除标包一、标包八未公布候选人外,共公示了8个标包的中标候选人结果,总规模为3388.93MW。
6月5日凌晨1点45分,阳西沙扒海域,三峡青洲七项目迎来首轮“丰收”,随着巨大的风机叶片在高空在与机舱实现精准对接,项目首台风机顺利完成吊装,为后续机组并网发电奠定坚实基础。此次吊装的风机单机容量为13.6兆瓦,采用四桩导管架风机基础,轮毂中心高度约150米,约等于50层大楼的高度,叶轮直径25
北极星风力发电网获悉,6月5日,华电集团发布黑龙江华电黑河孙吴100MW风电项目风力发电机组(含塔架)采购以及黑龙江华电黑河五大连池风电项目风力发电机组(含塔架)采购中标结果公示。公示显示,黑龙江华电黑河孙吴100MW风电项目风力发电机组(含塔架)采购中标人为三一重能股份有限公司,投标报价为16570
2025年5月4日,随着青海格尔木风电场最后一台风机机组自动灭火装置调试完成,普若泰克科技发展(北京)有限公司中标的国电投黄河公司海南风电分公司、格尔木分公司所属风电场加装自动灭火装置项目实现全面竣工。该项目历时近116个工作日,覆盖两地19座风电场,成功为1154台风电机组加装自动灭火装置,
浙江省科技厅日前公布2024年度省级重点实验室建设名单,由运达股份牵头,联合浙江大学、浙江工业大学共同组建的浙江省“全省海上风电技术重点实验室”正式获得认定。该实验室是浙江省聚焦新能源领域布局的重大创新平台,将致力于突破深远海风电关键技术瓶颈。“全省重点实验室”是浙江省科技创新体系的
近日,丹麦能源署批准将总装机容量23MW的萨姆索(Sams)海上风电场的电力生产许可证延长10年,这是丹麦首次对老式海上风电场进行延寿许可。萨姆索海上风电场建于2002年,是世界上最古老的海上风电场之一,由十台2.3MW的风电机组构成,总装机容量为23MW。其中一台风电机组曾于2015年坠入海中,随后该机
北极星风力发电网获悉,6月5日,贵州盘江精煤股份有限公司发布第七届董事会2025年第六次临时会议决议公告。根据公告,公司拟通过全资子公司盘江新能源发电(盘州)有限公司投资建设风电场项目及光伏电站项目,总投资为9.62亿元。盘州市落喜河风电场项目建设规模为120MW,安装14台单机容量5.0MW的风电机组
北极星风力发电网获悉,6月4日,中核集团2025-2026年度风力发电机组(含塔筒)一级集中采购项目招标公告发布。公告显示,本次集中框架采购招标的风机设备为中核集团及其下属相关成员单位项目的预计装机总量。本次采购为框架采购,包括多个具体项目,集中采购采用公开招标的形式。本方案中的风机规格为
北极星风力发电网获悉,6月4日,中广核阿勒泰吉木乃黑山头750MW风电项目风力发电机组(风机设备)采购项目和中广核吉木乃县红旗风电场250MW风电项目风力发电机组设备采购中标结果公示。公示显示,中广核阿勒泰吉木乃黑山头750MW风电项目风力发电机组(风机设备)采购项目(第一标段350MW)中标人为远景能源
当地时间5月29日,由中国电建EPC总承包建设的埃及苏伊士湾阿蒙内特(Amunet)500兆瓦风电项目在埃及国家电力公司、项目业主、监理单位及各参建方的共同见证下,顺利完成调试并正式投入商业运行。这标志着项目全面建成投产,为埃及能源结构优化和绿色转型注入了强劲动能。该项目位于埃及开罗东南约300公
北极星输配电网整理了6月2日~6月6日的一周电网项目动态。浙江甘肃至浙江±800千伏特高压直流输电线路工程浙江段5月30日,甘肃至浙江±800千伏特高压直流输电线路工程浙江段首基铁塔组立完成,标志着该工程全面进入杆塔组立阶段。据悉,浙江段线路长约219.16千米,涉及新建铁塔456基,途经浙江省杭州市
6月6日,国家能源集团党组书记、董事长邹磊在集团总部会见上海电气集团党委书记、董事长吴磊,双方就进一步深化战略合作、实现共赢发展进行深入交流。上海电气集团党委委员、副总裁金孝龙,高级副总裁、大客户总监姚丹花,国家能源集团党组成员、副总经理徐新福参加会谈。邹磊对吴磊一行的到访表示欢迎
6月5日,国家电投发布《山东电力工程咨询院有限公司2025年第138批招标国家电投大连市花园口I、II海上风电项目海上主体工程施工中标结果公示》的公告。公告显示,标段1:国家电投大连市花园口I海上风电项目海上主体工程中标人为中国铁建港航局集团有限公司,中标价格为46439.6686万元。标段2:国家电投
2025年1月20日,特朗普正式就任美国第47任总统。上任后特朗普政府大幅调整拜登政府的气候及能源政策,不仅对美国自身能源、环境、经济、社会等诸多层面造成冲击,而且在国际范围产生广泛影响。本文系统梳理本届特朗普政府自上任以来的能源政策动向及全球影响,分析我国应如何有效对冲特朗普政府能源政
北极星风力发电网获悉,近日,南宁华润产投风电有限公司成立。法定代表人为杨册,注册资本10000万元,一般经营项目:风力发电技术服务;太阳能发电技术服务;余热余压余气利用技术研发;新兴能源技术研发。该公司由华润电力与南宁产业投资集团有限责任公司持股。
北极星风力发电网获悉,6月6日,国家能源集团2025年第1批4354.33MW风力发电机组集采公开招标中标候选人公示。根据公示,中车株洲所、金风科技、运达股份、远景能源、东方风电作为第一中标候选人预中标。本次开标除标包一、标包八未公布候选人外,共公示了8个标包的中标候选人结果,总规模为3388.93MW。
6月6日,陇川县王子树茶光互补等4个光伏发电项目业主优选中标结果公布,中标人为中电建新能源集团股份有限公司。3月3日,云南省发展和改革委员会、云南省能源局联合发布关于印发云南省2025年第一批新能源项目开发建设方案的通知。根据文件,此次开发建设的新能源项目共计175个,合计规模约14.49GW。其
北极星售电网获悉,6月6日,河北省发展和改革委员会发布关于促进能源领域民营经济发展若干细化举措的通知。文件提出,支持民营企业积极投资智能微电网。深化分布式智能电网规划建设、运行控制、运营模式等与大电网责权划分的研究探索,支持民营企业投资建设分布式智能电网,与电网企业创新形成合作共赢
北极星氢能网获悉,6月4日,中国能建党委书记、董事长宋海良在上海与上海市委常委、浦东新区区委书记李政,上海市政府副秘书长、浦东新区区委副书记、区长吴金城举行会谈。双方就深化能源电力、城市建设、数能融合、交能融合、国际合作等领域合作,助力浦东加快打造社会主义现代化建设引领区进行深入交
6月5日凌晨1点45分,阳西沙扒海域,三峡青洲七项目迎来首轮“丰收”,随着巨大的风机叶片在高空在与机舱实现精准对接,项目首台风机顺利完成吊装,为后续机组并网发电奠定坚实基础。此次吊装的风机单机容量为13.6兆瓦,采用四桩导管架风机基础,轮毂中心高度约150米,约等于50层大楼的高度,叶轮直径25
北极星储能网获悉,6月5日消息,湖南能源监管办持续推进电网公平开放专项监管,涉及省电网企业1家、地方电网企业2家、增量配电网运营主体10家、发电企业263家(归并后为36家),涉及339个发电项目和10个电网互联项目。发电项目中包括集中式风电208个、集中式光伏67个、分散式风电9个、分布式光伏22个、
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!