未来五年陆上风机风轮直径将超200米！风电叶片“大”时代已至
时间：2019-11-15 来源：中国能源报 点击：3953
从真正实现规模化发展的2006年算起，中国风电行业已走过了十几年的历程，技术能力早已今非昔比。随着风电行业的快速发展，风电叶片的变革趋势也越来越明显，用一个字来形容就是“大”。无论是陆上风电还是海上风电，叶片尺寸均呈现越来越大的趋势。
在即将平价上网的大背景下，采用大兆瓦风机成为风电降本增效的最有效途径，而如何实现风电高发电量、低成本和轻量化，成为业界关注的焦点问题。
业界人士普遍认为，如何匹配大容量风机的叶片，是行业面临的挑战。无论是风电叶片设计，还是生产制造，只有做到精细化才能降低风电成本。
叶片呈大型化轻量化趋势
今年，中国海上风电市场新增了7.25MW、8MW及10MW机组，陆上风机最大容量将刷新至6MW。随着风机容量增大，被誉为风机“灵魂”的叶片长度也随之增长，目前世界最大的风机叶片已经刷新至107米。
国家发改委和国家能源局此前下发的《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》（以下简称《计划》）就提出，把高效叶片气弹、轻量化结构、新材料相结合的一体化设计技术和100米及以上风电叶片列为未来风电技术创新重点突破目标；科技部今年发布的《2019年国家重点研发计划重点专项项目申报指南》也提出，开展10MW级海上风电机组样机研制与检测试验技术、新型轻量超长柔性叶片技术、超长叶片一体化设计技术等研究。由此可见，国家已把超长风电叶片列为风电技术创新重点研发的目标。
“机组大型化已成为风电行业发展趋势，未来五年，陆上风机的风轮直径将超过200米。”明阳智慧能源集团股份摩登6风能研究院副院长李军向日前在“风电叶片大型化技术论坛”上预测，风电叶片大型化、轻量化、低成本是发展趋势。
叶片大型化面临诸多制约
“叶片终究是妥协的产物，妥协其实就是平衡。”李军向认为，叶片发展到今天，大型化方向已经明朗。叶片长度越来越长，对材料类型与性能、气动与结构设计、制作工艺等要求更高，如何在叶片又大又轻中间找到平衡是关键。“在低成本、优化设计（高效率）、降低制造难度的要求下，我们面临着很多挑战。”
首先是风机叶片材料的约束。众所周知，风轮直径的大�。苯尤【鲇谝镀某ざ�，而叶片长度在一定程度上决定风电机组的发电水平及整机成本。目前，叶片成本约占风机价格总成本的20%左右，叶片材料占叶片成本80%，甚至85%以上。“低成本的材料意味着低性能，所以叶片材料可选余地非常有限，包括全玻纤碳玻混铺、碳玻混编PS/SS单面碳玻混、全碳纤主梁等，只能有限选择再做灵活性运用。”李军向坦言。
维斯塔斯风力有限摩登6技术专家孙树伟也认为：“未来风电行业需要的叶片钢度要大、强度要高、重量要轻。”他认为，像当年玻璃纤维代替金属一样，碳纤维叶片也将代替玻璃纤维叶片。相较于传统的玻璃纤维叶片，碳纤维叶片的重量更轻，根据具体的设计翼型和长度，可降低叶片重量30%-50%。
但是，对国内大部分厂家而言，碳纤维仍是昂贵的材料。“目前，平价时代的最高性价比选择仍以玻璃纤维为主。在叶片中注入碳纤维成本高，工艺难度较大，生产碳纤维叶片尚存在一定难度。不过，我们也在研究碳纤维叶片。”上海艾郎风电科技发展集团有限摩登6技术中心技术总监助理刘华伟向记者坦言。
第二个挑战是气动和结构的矛盾。越来越长将使叶片变形及重量增加，导致气动效率降低，从而影响发电量。“而要取得风机高发电量、高效率，翼型将更薄、需要更高的升阻比。所以，叶片终究是一个妥协的产物。在叶片又大又轻、低成本、制造难度等各种因素之间找到平衡。”李军向表示。
李军向介绍，叶片大型化面临的另一个突出问题是气弹问题。叶片长度在40－６０米时，气弹问题并不突出，甚至感觉不到其存在。当叶片大型化以后，气弹问题凸显出来。从技术角度来看，气弹问题有四方面影响因素：即剪切中心、质心、流体附着、扫略。国内对气弹问题解决得并不好，很多时候直接略过去。“中国风电行业要进一步发展，还需要大力加强气弹方面的研究。”
精细化设计才能降成本
如何破解上述诸多挑战，业界给出的答案是“精细化设计”。业内普遍认为，当前叶片发展进入了一个新常态，高性能低成本的材料应用越来越普遍。高性能低成本的材料、模块化的结构形式、差异化的刚度设计，以及精细化的强度�：�，将成为未来叶片发展趋势。
“叶片是一个非常系统性的工程，从前期的设计到中间的生产制造，以及后期叶片运维，涉及方方面面。一定要做到精细化设计，只有这样才可能在低成本的情况下，把叶片做到轻量化。”李军向说。
业内人士预测，我国未来风电叶片行业发展趋势将由“群雄混战”转变为“几强争霸”，叶片竞争将向具备规模、技术、成本和效率的优势企业倾斜，我国风电叶片产业未来将经历一场新的价值链重塑。
