第四屆中國國際風(fēng)電復(fù)合材料高峰論壇（CWPC2018）于2018年3月30日上午在江蘇省阜寧縣天鵝湖大酒店隆重召開，來自海內(nèi)外的200多個企業(yè)、600多余位風(fēng)電行業(yè)、復(fù)材行業(yè)的精英參加了本屆盛會。上午的開幕式結(jié)束之后，高峰論壇分別設(shè)置了新材料、新技術(shù)專場，設(shè)計運維優(yōu)化專場，新產(chǎn)品發(fā)布會專場，技術(shù)工藝創(chuàng)新專場，產(chǎn)業(yè)鏈對話專場等多個專場，將呈現(xiàn)大量精彩內(nèi)容。
吉林重通成飛新材料股份公司外籍專家托馬斯·范斯海克在技術(shù)工藝創(chuàng)新專場做了題為《大型兆瓦級海上風(fēng)電葉片設(shè)計與制造的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新》的演講。以下為演講內(nèi)容實錄：
吉林重通成飛新材料股份公司外籍專家托馬斯·范斯海克
一、背景及海上風(fēng)電葉片特點
我的同事已經(jīng)提到過當(dāng)前最重要的話題是中國“十三五”規(guī)劃，政府非常關(guān)注環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展，這是海上風(fēng)場的基礎(chǔ)。在“十三五”規(guī)劃中，除了可持續(xù)發(fā)展之外，還要建設(shè)3萬公里的高速與鐵路，建設(shè)覆蓋全國的50個民用機場。不僅是基礎(chǔ)設(shè)施，整個國家電量也在不斷提升。
昨天我的同事PPT當(dāng)中已經(jīng)講過這頁內(nèi)容了，目前風(fēng)電需求正在逐年上升，2016年裝機達到了1.63GW，這是海上風(fēng)電的裝機容量。這個數(shù)據(jù)到2017年底達到了2.83GW，目前我們已經(jīng)新增3.9GW，我們的目標(biāo)也是中國政府的目標(biāo)，就是到2020年將達到5GW，2026年預(yù)計裝機容量12GW，所以海上風(fēng)電的潛力和需求是巨大的。
海上風(fēng)電就哪些特點呢？首先，高風(fēng)速，海上風(fēng)速穩(wěn)定，沒有障礙；二是低切變，可以有比較低的川流，對風(fēng)機來說，川流低，這都是比較好的情況，它可以降低傳統(tǒng)部件制造成本；三是低湍流；四是高葉尖速度設(shè)定值，高葉尖可以的設(shè)定可以提升整體電能；五是降低傳動部件制造成本；六是海域富源遼闊。
除了海上風(fēng)電的好處之外，機遇總是伴隨著挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)比陸上風(fēng)電的挑戰(zhàn)嚴(yán)重得多，我們一起看看挑戰(zhàn)：第一，海浪載荷巨大；第二，漂浮物撞擊可能性；第三，臺風(fēng)破壞，海上風(fēng)電面臨的環(huán)境更加惡劣；第五，鹽霧腐蝕；第六，腐蝕更加嚴(yán)重；第七，高低溫之間的差異更大，這也會對葉片造成更大的壓力；第八，風(fēng)場建設(shè)困難。第九，海上風(fēng)場建設(shè)本身也非常困難，要維護、運營難度也很高，維護成本會增加。
二、海上葉片設(shè)計技術(shù)
所以，（PPT圖示）這是中國最長的葉片CG1達到了83.6。“兩海”主要是研究全球海上風(fēng)電葉片市場。到2014年初，我們開始研究葉片結(jié)構(gòu)材料、防腐技術(shù)、公藝技術(shù)、防雷、工裝開發(fā)、健康監(jiān)測等等工作。
（PPT圖示）這里有一些參數(shù)，我不詳細介紹了，我的同事也在現(xiàn)場，如果有問題可以直接和我們交流。葉根節(jié)圓達到了3600mm，規(guī)模巨大。
（一）氣動設(shè)計。吉林重通設(shè)計不僅可以達到83.6，如果客戶有要求我們可以繼續(xù)加長，也可以設(shè)計得短一些，我們可以設(shè)計BCD3600mm-4250mm，我們可以根據(jù)客戶需求定制開發(fā)，因為我們不需要再開發(fā)模具，而是可以利用既有的模具，節(jié)省開發(fā)成本。
在氣動設(shè)計方面，我們還關(guān)注產(chǎn)生電能以及電能產(chǎn)生的效率。因為我們必須要對大梁使用碳纖維，所以我們會有非常好的鋁箔，Cp最大可以達到0.486，提升效率，此外，粗早度敏感性低，可以降低發(fā)電而產(chǎn)生的影響，使得發(fā)電性能更好。比較薄的鋁箔都在葉片外周。
剛才講了可以設(shè)計更高的轉(zhuǎn)速，也了高葉尖速可以大于90m/s，還有高雷諾數(shù)，它可以使葉片的風(fēng)機效率更高。
（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計。這樣大規(guī)模的葉片里材料厚度非常重要，對于加工而言是非常重要的參數(shù)。所以，要確保每一個部件進入到葉片里的性能都足夠好。所以，這就是為什么我們會用預(yù)制件設(shè)計概念。當(dāng)然不僅僅對主梁、腹板和外科做預(yù)制件設(shè)計，其他的部分也會采用預(yù)制件設(shè)計。
碳纖主梁已經(jīng)應(yīng)用在大量的部件當(dāng)中，可以節(jié)省30%的葉片重量，對風(fēng)機而言可以降低總重量和負載。（PPT圖示）從圖上可以看到，我們用了干纖維灌注，希望能夠有比較優(yōu)良的懸垂性，可以用不同的方法，有時候只是用常規(guī)的方法無法使用氣動特性，所以我們采用了干纖維。這樣就可以有比較有好的織物懸垂性，讓它有更好的工具，便于生產(chǎn)高質(zhì)量的碳纖主梁。基本上我們是用在碳纖主梁。我們生產(chǎn)的第一個超聲，所以它是零缺陷的。
對客戶而言，我們可以提供海上和陸上解決方案，我們有個預(yù)埋螺栓方案，EFC等其他公司都有類似的方案。但我們的預(yù)埋螺栓方案有所不同，在進行測試時我們發(fā)現(xiàn)能夠比其他的玻纖有比較強的彎矩承載力。
三、海上葉片工藝技術(shù)
接下來看看工藝技術(shù)。要使用最佳的工藝得到最好的葉片質(zhì)量，而且效率最高，時間最短。生產(chǎn)之前我們會進行很多測試，碳纖主梁就是很好的例子。我們可以進行大量的碳纖維灌注試驗，降低難度，縮短生產(chǎn)周期，減少缺陷，這對工藝而言非常重要。有時候，我們灌輸?shù)乃俣群凸噍敳呗远紩M行精心考量。
在腹板部分，我們的腹板和其他設(shè)計也有所不同。我們做了一些優(yōu)化，這樣在開始葉片結(jié)構(gòu)化設(shè)計之前，我們會先生產(chǎn)測試件進行檢測，然后對模具進行改良，一步步使之達到最優(yōu)的狀態(tài)。我們對測試件進行測試的時候，可以很快的實現(xiàn)最佳的膠粘劑用量，使它重量最輕。
為了保護主梁，要有很好的防護系統(tǒng)，其中最重要的是預(yù)備件銅網(wǎng)，大家可以理解為銅網(wǎng)是非常開放的網(wǎng)，里面有很多空氣。灌注的時候需要讓它變成真空，使用一個特殊的模具、特殊的加熱系統(tǒng)，我們的灌注策略和其他不同的地方是銅網(wǎng)灌注是對外殼的一部分進行灌注，所以沒有明顯的氣泡，而且灌注效果非常好。
和其他公司一樣，我們也有預(yù)制葉根，但我們會在設(shè)計上會做更多優(yōu)化，特別是在灌注策略都會進行精心規(guī)劃，這樣我們會得到最優(yōu)的產(chǎn)品，讓我們得到很好的質(zhì)量也不會氣泡和孔洞。
有些比較新的地方是我們會有預(yù)制后緣梁。因為這個葉片的形狀已經(jīng)成為了挑戰(zhàn)，所以我們不僅要看灌注策略，還要開發(fā)好的工裝、好的設(shè)備產(chǎn)生質(zhì)量好的后緣梁。生產(chǎn)好了之后，要進行吊裝，再生產(chǎn)外殼的其他部分，因為后緣梁沒有主梁厚，但要有專門的技術(shù)讓它進行很好的吊裝、定位。四
我想給大家看幾個模具，這些有些工裝對我們很重要，其中一部分會有一些模內(nèi)走臺工裝，這樣能夠讓它非常接近，不會出現(xiàn)褶皺的情況，我們可以高效率的做這樣的設(shè)備。我們還有鋪布小車，每次鋪設(shè)時都可以非常快速、高效的進行鋪設(shè)，不會有任何不對齊或者是褶皺的情況。（PPT圖示）大家應(yīng)該認識照片里的人。
四、海上葉片防護技術(shù)
（一）葉片防腐技術(shù)。我說過海上風(fēng)電防腐很重要，不僅是對葉片，包括螺栓等都要做到防腐。
（二）海上葉片防雷技術(shù)。我們要在葉片上技術(shù)雷擊測試（PPT圖示）。
五、海上上面葉片先進技術(shù)
最后，我想告訴大家，我們不能只是停在這里，必須要讓葉片進一步變輕，進一步提高效率，這樣可以持續(xù)的保持在市場上的競爭力，仍舊讓行業(yè)不斷蓬勃發(fā)展。我們需要和廠家合作，開發(fā)更多的先進測試技術(shù)，不斷提高葉片的可靠性以及產(chǎn)生質(zhì)量更高的產(chǎn)品。3D將成為非常重要的技術(shù)，現(xiàn)在他們已經(jīng)在使用當(dāng)中，而且它應(yīng)該也是可以用于葉片的生產(chǎn)，為葉片生產(chǎn)帶來很多的好處。
還有氣動控制，之前在VGS可以在葉片上使用，但僅此而已，它還有很多事情可以做。不要改動葉片的改動，就可以通過氣動控制不斷提升，這是值得探索的地方。
在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測上，很多結(jié)構(gòu)生產(chǎn)商需要知道葉片的行為，例如葉片的負載，怎么讓葉片設(shè)計更輕巧，更高效，這些都非常重要。
最后，昨天有位提到過回收利用的問題，回收利用非常重要，到2025年之后這些葉片可能要報廢了，這時候應(yīng)該怎么做呢？現(xiàn)在葉片設(shè)計的時候就要考慮一些可回收材料，這樣到生命周期結(jié)束的時候，可以將產(chǎn)品以其他的方式進行延伸。
（內(nèi)容來自現(xiàn)場速記，）
