2019年10月21-24日,2019北京国际风能大会暨展览会(
CWP2019)在北京隆重召开,大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展:绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来,已连续举办12届,成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。
CWP2019
风电叶片大型化技术论坛于10月22日在新国展成功举行。来自
东方电气、中材科技、中船重工、LM公司等国际领军企业叶片专家围绕“风电叶片大型化技术”展开了深入探讨。
当前,风电行业迈进竞价、平价时代,降本增效成为全产业链共同面对的头号课题,风机大兆瓦化被业界认为是一条重要路径。上月,东方电气研制成功了中国首台具备自主知识产权的10兆瓦风力发电机,而与之配套的重要零部件——90米的10兆瓦大叶片两个月前已成功下线。大兆瓦大叶片已成大势所趋。
随着风电开发转向海上及低风速区,叶片大型化趋势明显。2000-2010年新增装机中叶轮平均直径增长了62.2%。全球风能理事会预测2021年百米级别叶片将占据主导地位。
我国政策的导向也是发展大功率风机,从而降低多元成本,这在一定程度上推动了风机功率大型化和叶片大型化,中国船舶重工集团海装股份有限公司仿真及前沿技术研究所所长文茂诗表示,由于大兆瓦机组发展过快,全产业链的技术不成熟,零部件设计制造不够成熟,这些带来了技术风险增大和成本增加。叶片的长度在一定程度上决定载荷成本,发电水平以及整机成本。通过大功率大叶片来降低成本,追求高发电收益,并适度的考虑供应链的技术成熟度情况,非常关键。
除了产业链的技术不够成熟外,叶片大型化的挑战还有很多。明阳智慧能源集团股份公司风能研究院副院长李军向认为,叶片大型化的挑战主要来自三个方面,开发商要利润,要求高发电量,整机商也要利润,要求低成本,那么叶片就要求既大型化又要低成本,怎么做到呢?这就要求产品必须轻量化,所以不管是整机还是叶片,挑战都是来于这三个方面,高发电量,低成本和轻量化。
中材科技风电叶片股份有限公司研发中心技术副总监李成良表示,提升低成本大叶片开发的可靠性至关重要。叶片成本占整个风机的价格成本的20%左右,对度电成本影响最大,叶片作为风机关键核心转化的部件,我们设计目标很明确,就是发电量最大化,成本最低化。为保证气动的效率最高,可以通过增功增效,结构的本减重实验等来实现,必须从系统结构、设计制造工艺、流程控制等各个方面来保障叶片可靠性。
关于大型叶片成本过高问题,艾尔姆风能叶片制品公司高级执行官/前端工程师本杰明·亨德里克斯表示,不要只看叶片的初期成本,要考虑全生命周期。尤其是海上风电,和陆上风电完全不一样,陆上风电更多是发电机和叶片决定的,而在海上更多的是关于基础施工、设备的维护等,这些是成本的很大一部分。如果不在意后期运维成本,可能初期的成本是很低,但最后全生命周期成本非常高,,如果忽视了这块后期成本,最后肯定会出现问题。
Polytech首席商务官Thorbjrn N.Rasmussen也认为海上风机叶片修补成本很高,可以通过只保护叶片前缘来解决,其解决方案已经在各种复杂情况下进行了测试,效果明显,叶片前缘防护能有效提高叶片生命周期。We4Ce总工程师Edo Kuipers表示,叶片越大,所带来的风险越大,可以通过选择模块化的叶根,不仅能够增强叶根的强度,还将减少运营的成本。
叶片最早的使用材料是木材,木材是最容易找到的材料,但木材在耐久性上表现不好,容易变质失效;后来叶片开始使用金属材料,金属相对木材来说强度更高,但在叶片加工扭曲这方面表现不好;再往后就进入了玻璃纤维时代,高分子复合材料能明显使叶片做到轻量化高强度。
维斯塔斯风力有限公司技术专家孙树伟认为,我们未来需要的叶片,钢度要大,强度要高,重量要轻。我们预料到风机一定会越来越大,像当年玻璃纤维代替金属一样,应该会有一种新的材料代替玻璃纤维,这种材料就是碳纤维。上个世纪开始碳纤维的特性陆续在航天和体育用品方面开始得到推广和应用,如今碳纤维有了大量的应用,可以做到重量比塑料还要轻,强度比钢还要高,是很好的叶片材料。