CWPC2018技術優化運維：CENER西班牙國家可再生能源中心Senior Researcher孫皓一（Sugoi）——《更長的葉片：多目標的優化設計和已通過認證的葉片切割技術方案》

 

　　CENER西班牙國家可再生能源中心Senior Researcher孫皓一（Sugoi）在設計優化運維專場做了題為《更長的葉片：多目標的優化設計和已通過認證的葉片切割技術方案》的演講。以下為演講內容實錄：

CENER西班牙國家可再生能源中心Senior Researcher孫皓一（Sugoi）
 

　　在開始講之前，我給大家分享一下整個演講的結構，首先介紹一下我們中心以及長葉片的挑戰和問題。

 

　　針對這些挑戰和問題，我們整合了相應的解決方案，所以這邊分享一些設計的解決方案，包括翼型的解決方案以及分段葉片解決方案，最后我們會給大家做一個總結。

 

　　這里面大家看到我們是西班牙國家可再生能源中心，我們是國家的一個氣動中心，我們主要是為了增加關于比如說像風能、太陽能等等可再生能源做一些研究。我們在西班牙北部，在能源中心我們有一些相應的設備設施和實驗室，包括也有一些發電機的測試機組和測試平臺等等。

 

　　這200個人當中，我們有25個是高級工程師，專門研究我們的氣動彈性、控制、結構設計等等。同時還有氣動控制、建模設施、材料測試實驗室和工具應用等等。

 

　　我們主要就是提供先進的解決方案，包括產品、服務，同時我們也可以做技術轉讓給行業的企業。所以我們是完全開放的，因為我們是國家的能源中心，我們有很多國內的，包括國際的客戶。我們可以基于比如說像商業和約來進行合作，也可以公共資助的方式進行合作。

 

　　我今天自分析的是這個長刀片的挑戰。我們目前都是一些老的技術和傳統的方法，很遺憾這些老的技術和方法的成本是很高的，整體設計，比如說從整個設計，包括生產過程當中，我們一個外殼來打造葉片。同時這個葉片要有相應的靈活性。生產出來以后，后面的運輸也帶來一個非常大問題，包括在生產過程中的本身，包括成本、運營、載荷。

 

　　我們在一些現場，現在我們面臨一些環境的問題，可能跟我們的生產要求都是不斷變化的，比如說造型、載荷都會構成挑戰和問題。

 

　　下面我們給大家看解決方案，從解決的角度分享一下設計的解決方案。我們認為這個解決方案，當然是整體的。我們要考慮葉片的最佳氣動結構來考慮相應的解決方案。所以這邊可以看到我們有一個解決方案，叫葉片綠洲的項目，全程是葉片氣動最佳解決方案，可以同時優化氣動和結構變量。

 

　　這個工具，大家可以看到，它是一個空氣動力學模塊，我們也有相應的結構模塊，它也是來自西班牙可再生能源研究中心開發的模塊，加載以后我們就可以來計算一個最優化的方案。這樣的話就可以達到最優的葉片設計，同時像我們的一些葉片幾何、葉片結構的特性、葉片的重量等等可以得出相應的結果。這里大概就是我們的解決方案。

 

　　這邊空氣動力學分析，葉片的效率會有一定的損失，我們也會考慮一些風的方向，比如說像偏航、傾斜、預彎、預掃掠等等，這樣就會自動地生成翼型的數據。

 

　　關于結構和模塊，我們這邊可以來對一些主要的成分進行參數化的定義，比如說像梁帽、根部、腹板，我們有一個參數化的工具，通過工具可以調整。包括內部的結構，比如說我們可以有一個、兩個、三個的腹板或者梁帽的形狀等等可以進行調整。通過工具進行氣動的優化，最大化匹配CP、CT。我們可以優化載荷，包括有一些最大的限值、最小的強度比、最大的CT、最小CP等等。

 

　　我想給大家舉一個例子，這不是一個商業化設計，但是一個實際的應用項目，是一個歐洲的項目。幾個月以前剛結束，我們在意大利設計了一個10兆瓦的風機的項目。我們想使用雙葉面的逆風向的，優化最大化AEP，經過一萬次的葉片的翼型選擇和設計。

 

　　我們可以看到左手邊包括雙葉片的、三葉片的，紅色的是雙葉片的設計，你可以看到損耗降低了，在頂部你可以看到可以適應更大的速度，提高葉片的速度。你可以看到在哪里，我們獲得AEP的增益，通過這個設計。

 

　　第二個解決方案是可以通過一些動力學的設計用于翼型的葉片的設計。就像剛才李先生講的，其中一個主要的問題是新的葉片，如果你使用很好的翼型，他們的數值可以達到一到三百萬。

 

　　我們給大家分享一下，我們有一個翼型設計的經驗，設計垂直型的翼型。這種設計，我們幾年前開始設計了一個翼型家族，就是CA家族。你可以看到專門設計大型轉子和雷諾數，可以滿足3—15兆瓦的要求?，F在T/C基本上可以18%、21%、24%，我們在潔凈的情況下和粗糙的情況下可以達到的雷諾數。

 

　　第二種解決方案是分段的葉片數的解決方案，我們專門設計成兩片組裝，隨后在風電場組裝起來，主要是為了解決制造的問題，主要是用于運輸的問題。所以說現在因為風電場地處偏遠，所以任何幫助減少運輸的方案都是有幫助的

 

　　你可以看到下面這張照片，這是成本，傳統的葉片單片式的，一旦從美國運輸到現場，你可以看到運輸的成本占12%—15%。我們研究了幾年的模塊化的葉片，我們決定提供自己的設計，我們自己的設計是模塊化的葉片、分段式的葉片。這是為歐盟設計的一個項目，它的優勢是可以整合不同的葉片的結構，而且可以修改、修正對葉片的氣動力學的結構進行外形的改進。

 

　　在這里你可以看到在布魯塞爾的一個原型機的設計，我們決定要做一些測試來評估風險。因為我們認為模塊化的分段式的結構還是對市場適應性很強，有很強的競爭力。

 

　　我們做一些降低風險的測試，你可以看到不同的配置，從A到E，包括螺栓螺紋的測試，包括一些工具等等，我們經過了一年的測試，提供了獨特的認證方案。我們進行更多的實驗，包括黏性剪輯測試、全面的連接測試等等。我們獲得成功的認證。

 

　　在這里是另外一個例子，是一個商業化的項目，5兆瓦IIA型的，我們切成21米長的分段，你可以看到我們分段的情況。在這張圖片里左邊葉片的氣動不受影響，重量的分配，黑色的是常規的解決方案，虛線的地方可以看到重量提高了很多。葉片的氣動不受影響，而且葉片重量增加了7%，我們為一個商業化的行業做的設計，你可以看到重量上升，介于5%—7%之間。

 

　　如果我們原來的常規成本，運輸可以達到15%—12%，通過分段式的葉片可以把成本降到10%。當然在加工、材料方面有一些成本的增加，因為模塊化的設備更容易制造，模塊化的葉片更容易制造，需要你的生產能力進行提高。右邊的圖片，藍色的是單片的葉片。

 

　　首先我們相信最新的葉片需要整體化的設計，要考慮到制造加工、氣動和結構以及全面的優化，我們有一個工序、軟件。我們現在相信在整個行業里面做的努力，我們設計了一個新的翼型的家族，可以大大提高雷諾數。最后是分段式的運輸解決方案，我們進行了機型的測試，并且做了認證，所以我們在西班牙有這方面的經驗，非常感謝各位的聆聽，如果有問題盡量提，謝謝大家！

 

　?。▋热輥碜袁F場速記，未經本人審核）