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未来大容量风机叶片的困难如何解决?

日期:2020-08-12    来源:球哥看风  作者:彩球

国际风力发电网

2020
08/12
08:28
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关键词: 风机叶片 大容量风机叶片 风机叶轮直径

到今天为止,全球风机最大的叶轮直径高达222m(14MW容量,西门子歌美飒),叶片长度高达105m;当年我进入风电的叶片叶轮直径77m,叶片37.5m,今天直接已经是当初的三倍,单机功率直接9倍出头,短短十几年时间,技术进步的推动导致风电的发展一再颠覆我们的传统思维。只有不断突破人类思想的禁锢,才有可能最大限度的获取大自然的能量。

风机更大,其实就是叶轮直径更大的一次次挑战,只有更大的叶轮直径,才有可能单机获取更多的风能。风机叶轮越来越大,问题越来越突出:

困难:制造难度越来越大,重量越来越大,运输越来越困难。

海上风机的叶片虽然大,考虑到运输问题,基本叶片厂都在靠海岸的港口,运输难度反而相对较小。相对陆上大容量风机而言,运输难题反而成为最大的难题之一。

全世界叶片有两个无法逾越专利:ENERCON叶型,西门子叶片成型技术。

ENERCON叶型:叶片的翼型和结构与LM主流叶片设计完全不一样,在根部的扫风面积超出其他厂家的传统设计。从理论上说,ENERCON的叶片设计方案对于提升风机的吸能效率是有利的,但从外形和制造工艺来看,比传统的叶片制造工艺要多一些工艺手续。ENERCON的奇葩叶片设计一直在全球使用,并且在德国70%的市场占有率,

ENERCCON独特的叶片设计

西门子叶片成型技术:创造了全球唯一的整体式一体化叶片成型制造技术,至今无人颠覆。这也是西门子海上风机可靠性的一个重要保证。

谈到这两个技术的核心在于其专利技术,阻挡了我们很多技术的跨越,大容量叶片,尤其是陆上大容量机型的叶片,未来发展面临几个难题。

1,运输难题。过去50m以下长度叶片可以直接倒运到机位,现在70m以上的叶片基本上无法在省道及以下级别道路上运输。过去山地风电场叶片可以运输到风电场山下,再倒运到分级机位,基本上十几公里解决问题。现在基本要从下高速或国道就必须卸到二次倒运场地,倒运到机位的距离最长的高达40-50公里,运费单片叶片由过去3-5万元到今天的10万元以上,倒运时间1-2天,运费和效率严重增加了叶片的成本,按3MW为例,运输成本增加最低150元/kw以上。

2,制造成本增加,由于分段式模具的技术应用,解决了模具的运输难题,原来担心的问题基本得到解决。由于叶片模具成本的增加,单位模具的叶片产量由于市场规模的缩减,单位叶片的分摊增加,导致成本增加。

3,重量增加导致风机主轴载荷增加,对传动链的要求提高,机舱,塔筒,基础投入都会相应的增加。

如何应对,从解决方案来看,有几个问题需要解决(个人观点)

1,减重问题。解决轮毂重量问题,降低传动链的负担。建议考虑采用新材料,降低重量。

2,叶片运输难题。是否考虑分段叶片问题,降低运输造价和难度。此外考虑采用现场制造,减少运输费用。

关于减重,采用碳纤维是未来趋势,碳纤维的国产化,中国建材集团旗下中复神鹰投入几十亿,已经建立了两个万吨级的碳纤维生产基地,在宁夏,在江苏,碳纤维单位千克的价格突破百元已不是梦想,碳纤维的性能是玻璃纤维的几十倍,采用碳纤维主梁的叶片(72.5m叶片为例),单支叶片减重不低于6吨,可见碳纤维的采用市场巨大。

运输难题,解决方案之一分段叶片,曾经我专题写过,今天重提这个主题,核心在于如何找准分段式叶片的市场定位,在三北,海上无需此技术需求,但南方山地风电场,需要考虑,并开始动手研究,参考舰载机机翼的技术路线能否解决这个难题,希望叶片行业有所考虑。

此外,现场制造也是降低运输难题的一个思路。叶片的模具已经实现了分段式,在风电场最近的附近找一个合适的场地,根据市场需求规模进行规划,可大幅压缩叶片的运输难题和运输费用,我个人曾经在2010年云南李子箐实现了现场制造,海拔2350m,秩序把原材料成套(套料)和模具运输到现场临时标准车间,就能生产出符合要求的叶片,当时9万千瓦的风电场,60台风机,节省运费1500万元以上,节省道路改造费用1000万元以上。

降本,减重是未来风电核心大部件的研发主要目标,降低单位千瓦的造价和单位千瓦的重量要作为首要任务开展,如果分段式叶片可以成功应用,开发4-5m/s的风电场就会成为必然,风电的市场空间又会因为技术进步的突破再次刷新。


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