大型海上風電葉片設計挑戰

　　【Roland Stoer】：女士們，先生們早上非常好，非常高興來參加2016中國國際風電復合材料高峰論壇，非常高興有機會向大家介紹WIND novation關于葉片的進展。   

　　我介紹一下我的公司，然后談一下對葉片的期望，以及現在做成什么樣的葉片，還有我們的客戶的一些期望，我們也可以把我們的期望和現實情況做一個對比，看在未來葉片設計當中是面臨哪些挑戰，以及如何來推進葉片設計，我的公司在2007年在柏林成立，現在有27名全職工程師，來自6個不同的國家，我們完成了超過280個項目，其中有一百個我們是獨立完成葉輪設計，我們的在印度，韓國，加拿大等都有技術轉移，同時我們根據ISO9001的標準得到了認證。   

　　我們做過的最大葉片是88米，我們的葉片覆蓋了不同的尺寸，那么關于葉片到底是一個什么樣的產品？今天早上也提到了這樣一個5MW葉片，葉輪直徑也是非常大的。而且它的葉片長度也是超過了A380機翼的長度，那么，這樣一個產品因為非常大，而且機械敏感度很高，所以在運輸和安裝當中，我們是遇到了很多的挑戰。那么，關于幾何構型有非常高的誤差要求，同時也是一個勞動密集型的工作，特別剛剛提到誤差要求很高，通常誤差只能1到2厘米，所以對葉片制造商來說，我們面臨的挑戰是非常大的。   

　　那么，我們希望可以得到什么樣的葉片呢？我們希望我們的葉片可以幫助提高我們的風機的發電量，達到最低的COE，也就是我們的成本。所以，怎么樣可以降低COE，就需要提高發電量降低葉片價格，如何提高葉片發電量，降低載荷，提高氣動效率，達到葉片和風機最好的匹配，如果降低成本，使用便宜的材料，并且可以容易運輸和維護，這些要素對葉片成本的降低非常重要，今天上午的同事也是提到了這方面的內容。   

　　同時對葉片制造工藝也可以進行簡化和優化，來達到這樣一個降本的目的，現在可以得到什么？可以看一下發電量，主要是有5種葉片，這個是我們所設計出來，圖片上不同的MW，基本載荷根據葉片長度而成比例，給大家一個具體的例子，主要可以看到在每平方米，如果是5MW要比1MW負荷是多50%左右，第三點是輕量化，重量和載荷成正比，這樣一個承載的機構，并且和載荷葉片成正比。我們可以看到需要去克服一些重大的問題，尤其對大型的葉片，這樣的話增加疲勞載荷，并且確實決定了很多部件的載荷。還有就是噪音的問題，噪音也是非常重要，在歐洲和德國討論了很多，在中國也是如此，不是一個熱門的話題，但是也會不斷改變。因為風場處于人越來越多的地方，越來越人抱怨噪音，在德國噪音是由于壓差所產生，但是確實是一種噪音。   

　　更大功率的葉片會增加噪音，之后討論一些可能性，如何克服噪音的問題。對大型葉片來說價格是一個問題，之前在一些印象當中也聽到了一些問題，到MW級，差不多這個葉片是占到了整個風機10%的成本以上。我們這方面也是需要進行有效的成本，這個是SSP的圖片，今天早上聽了SSP的演講，這個是7MW，70米的葉片，也是非常難接受的。今天早上聽到了更好運輸的分段。還有維護的問題，我們推薦經常性葉片檢測，保證葉片良好狀態。   

　　這個整體葉片現狀，當時的設計也是根據廣泛的經驗和客戶共同優化葉片風力設計，氣動設計，還有負載，以及發電量，我們迭代了很多次，取得三點的平衡，為我們的客戶帶來更好的產品。當然，還有質量，只是質量在這里沒有顯示出來。所以說原始葉片質量也是很重要一點。還有一個問題，在幾何學上，要取得很多的平衡，比如說翼型，它是一個非常細，非常狹長的葉片，非常適合低風速的地區，有一些因素大家也可以看到，簡單回答是或者否是非常困難，現在有一些葉片能夠取得非常智能結構效率，但是氣動的效率不一定可以取得保證。有負載，噪音，我們知道狹長的葉片負載更加少，噪音也是一個問題，尤其是比較寬的葉片在發電量取得優勢。 
　　關于大葉片負載最小化，我們可以看到這是一個類型，如果設計功率750千瓦，我們可以看到風機的載荷和重量，最高值是最低值的兩倍，5MW葉片重量達到更小級別葉片的兩倍，并且也要計算風速和高度的關系。因為在正常情況下，風機也是可以正常運行的，有一些人參加很多會議，討論類似載荷和重量的問題，還有高風速的區域，關于葉片的運作情況，現在舉行了一個項目，也是能夠更好去利用。在10到15年前，我們也有過類似的項目，取得了一些突破，現在至少它有10年的壽命，并且可以取得更好的平衡，對整體葉片進行智能化的控制，減少負荷，對5MW減少10%到15%的負荷，但是這個系統比較復雜，明年會匯報這個項目的情況。   

　　首先輕量化很清楚，必須是葉片設計一個重點，我們要使用更加輕的質量，這樣的質量可以減少15%到20%，這個是可能的。但是成本會非常高，所以質量減少，但是葉片載荷也會降低，但是制造過程是非常艱難的，無論使用什么樣的工藝，都是很困難，所以現代建筑影響了成本，影響了非常性價比，昨天聽到了在碳纖維方面的一些進展，盡可能使用碳纖維，更好使用這種碳纖維的結構，它是非常受歡迎，我們希望材料供應商可以提供更加輕量的材料，可以取得長足的進展，可以加入到數據庫，最后為客戶提供下一代，更加輕量的材料。   

　　降噪剛才也說到了有一些物理障礙是很難超越，大家可以看到行業的標準，比如說額定功率，額定功率大的話，噪音也會增加，有一些噪音通過葉片轉動所增加，在一些公司做的非常優秀的，他們在葉片后緣非常低的聲力系數。   

　　每個人都有主觀的判斷，對市場上比較便宜的葉片，可能要使用更加便宜的原材料，或者使用有限人力成本，但是每個人對成本有不同看法，我們可能希望便宜，但是運行20年，如果質量增加的話，或者想用更長年限，我們需要對其進行維護，這個也是成本增加的環節，所以定期的檢查，定期的服務，檢修都是非常重要的。   

　　每個人對便宜有不同的定義，而質量是我們最關注的。今天早上聽到了運輸的講座，因為我在這個行業也是20年了，我聽到運輸這個主題也聽到了很多次，比如說可以使用分段式運輸方式運輸大型的葉片，還有這個是62米的葉片，通過兩段式來進行運輸，我們還有一些梯形螺栓進行固定，可以展示最大重量，降低每一次的荷載，它可能短期解決問題，但是長期來講還是會存在問題，通過分段式的方法還是會存在一些問題，而這些問題是很難克服，最后還是評估一下整體分段式的方式，以及最終長度使用分段式運輸和螺栓是不是有效。   

　　我們一定進行預測性的維護，非常完美維護概念是不存在的，如果說對葉片進行經常性的檢查非常必要，操作工對葉片進行經常性，定期狀態檢查，能夠找到問題，這個也是設計師，生產者所要協同進行。   

　　最后總結一下，我們取得了非常卓越的進展但還有更長路的要走，很多地方有提升的空間，我們希望和客戶伙伴共同合作，解決問題。謝謝大家！