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国内风电叶片产业结构设计仍是短板

2015年07月16日 | 作者: 江苏省复合材料学会 | 阅读: 62

叶片是风机将风能转化为机械能的重要部件之一,也是获取较高风能利用系数和经济效益的基础。叶片设计、制造及运行状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率,对风电场运营成本影响重大。

我国风电叶片行业经过近三十多年的发展,从无到有,从小到大,逐步形成了完整的产业链。我国风电叶片行业已经基本上达到了国际同步水平,通过“引进、消化、吸收和再创新”技术路线,以及全球化的竞争优势,突破了国外技术垄断。

目前,中国风机叶片市场已经形成外资企业、民营企业、研究院所、上市公司等多元化的竞争格局。外资企业主要有GE、LM等,国内企业以中材科技、中航惠腾、中复连众、时代新材等为代表。

叶片材料曾使用过木材和金属,近年来,玻璃纤维复合材料成为主导。伴随风机朝着大型化方向发展,相应地叶片长度也必须增加,这就对叶片材料的强度和刚度等性能提出了新的要求,玻璃纤维复合材料性能已经趋于极限,碳纤维复合材料的应用由此浮出水面。

碳纤维的使用使得刚度获得了极大提升,而自重却没有增加。随着叶片重量的减轻,轮毂、齿轮箱、塔罩、塔架等配套都可以实现轻量化,这有助于降低整个风电机组的成本。

有观点认为,国内碳纤维复合材料之所以在风机叶片上的应用远落后于世界进程,主要原因是缺乏自主设计的知识产权。

叶片研发包括翼型、结构、材料、工艺等多个方面。传统上,叶片行业是高度依赖于从业人员素质的产业,目前缺之足够的、有经验的从业人员,也严重制约了我国叶片行业的整体技术提升。

目前,在欧洲如火如荼的海上风电,虽然开发技术难度较大,投资成本较高,但其已经成为世界风电产业新的能源开发目标,成为今后风电产品开发的重要发展方向。

为海上风电机组配套的巨型叶片,要接受强风、暴雨、雷电、风沙等恶劣自然条件考验,其材质、翼型结构等与新材料科技、流体力学和空气动力学等学科紧密相关,技术高度密集。叶片的研发思路需要通过整体优化设计才能达到最优的使用成本。

就陆上风电而言,中国风资源分布广泛,为更加充分利用这些不同特点的风资源,风电开发已由单一型逐渐趋向于多元化。目前风电机组有低温型、加强型、高海拔型和低风速型等多种类型,因此需要与之相适应的多元化叶片产品。

虽然我国在叶片制造方面已有长足进步,但在设计方面仍是短板。尤其是在叶片结构设计方面,我国仍处于摸索阶段,相关设计理论和实用方法比较欠缺,风阻和载荷计算等都需要依靠国外相关机构的技术支撑。