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大型化、区域化及智能化成为风电叶片发展方向

2012-07-16 16:28
seele_jin
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  随着风电机组单机容量的不断扩大,叶片的长度也从20米左右发展到60米以上,目前国际上正在研制的最大容量的风电机组是10MW,其叶片长度达到了75米以上。而这种叶片大型化趋势,带来了一系列技术新问题。

  各国存在不同的地域和气候特征,也给叶片的设计带来不同的要求。如我国三北地区的低温、高风沙,沿海地区的高温湿、多台风,风场低风速现象。

  这种区域化的特征要求开展抗台风叶片、低风速叶片、仿生叶片和低噪音叶片等一系列区域化技术的研究,下一阶段我国风电科研重点将是基于中国风资源特点的产品设计和技术研发。

  此外,智能化也是风电技术开发未来的趋势。风机叶片尺寸和重量的不断增长使风机的控制越来越困难,因此智能叶片技术也是新一代风电技术研究的重要方向之一。

  事实上,随着风电产业的快速发展,海上风电在新一代风电技术中具有重要地位,海上风电发展将带来技术上的新挑战。目前,陆地上风电场设备和建设技术基本成熟,随着欧洲陆上风能资源的枯竭,未来风能技术发展的主要驱动力将来自蓬勃崛起的海上风电。海上风电对风电机组的安全性、可靠性、易维护性和施工成本控制提出了更高的要求。我国拥有丰富的海上风资源,随着海上风电技术的逐渐成熟及成本的下降,海上风能必然会成为我国将来能源结构中的重要组成部分。

  漂浮式风电机组是近几年国外风电行业的研发重点,该项技术对扩大海上风资源的利用范围,对风电机组的优化设计和安全运行、提高风能转化效率,对增强我国大型海上风电机组的自主研发能力和推进设备国产化具有重要的意义。

  新型叶片带来产业新增长点

  在风电产业的未来发展趋势下,一些新型叶片将给产业带来新的增长点。

  如新风力机专用翼型、钝尾缘叶片、仿生叶片、低噪叶片、智能叶片等,如适合于我国高风沙、低风速地区和适合于海上抗台风条件下的专用翼型族。

  我国北方地区特有的天气情况例如结冰、沙尘、昆虫尸骸堆积以及盐蚀会导致风机叶片表面粗糙度增大,使摩擦阻力增大,最终导致机组发电功效降低,叶片疲劳寿命缩短;大尺度叶片柔性增大使叶片经常处于大攻角分离区,失速现象严重,降低发电功效并引发叶片疲劳振动;另外,大尺度叶片诱发噪声问题也不容忽视,而所谓的仿生叶片,就是针对这些问题,根据自然界某些动物及植物表皮及翼翅的特有功能,通过优化流体流动状态,优化设计叶片解决此类问题。

  而钝尾缘叶片的研究则是着眼于南方沿海台风频发的区域特征而进行的。未来沿海风电与海上风电的发展对叶片的抗台风性能提出了很高的要求,为此,采用钝尾缘叶片技术为基础的抗台风策略,针对钝尾缘翼型导致叶片阻力升高的缺点,开展了一系列增升减阻以及钝尾缘翼型造型方法的机理研究,为开发具有我国自主知识产权的大型海上风电叶片进行技术储备。

  目前,海上风电的一个技术难题还在于风电机组的抗腐蚀性。因此,未来叶片材料的研发将着重解决这个问题。除了抗腐蚀性,这些新的研究还着眼于使叶片重量减轻,经济性提高;同时使叶片的结构变形、耐低温、抗雷击、耐盐雾和防沙尘暴等。

  随着风电产业的高速发展,叶片退役后给环境造成的影响越来越大,采用可回收利用的热塑性叶片树脂基体等新材料、新工艺很可能成为今后风电叶片研究和制造的热点方向之一。

  此外,由于风能存在不稳定的特性,随着风电机组在电网中所占比例越来越大,对电网的影响越来越明显,智能电网将是应对可再生能源发电并网的有效解决手段。而智能叶片也成为未来产业发展的一个方向。

  风电机组智能化对风电机组的载荷优化控制技术、仿真方法、风功率预测技术、检测技术、故障诊断及预警系统等一系列技术均提出了较高的要求,是新一代风电技术研究的重要方向之一。

  风电机组的智能化还是一项有重要经济价值的工作。采用新的以先进传感、传动与控制技术为依托的载荷控制技术(即智能叶片技术)可以降低损害转子和其他零部件的额外叶片载荷、减少叶片材料需求、减少维护和提高风机可靠性,同时,也可使传动系统及塔架、机舱等部件的载荷及重量有一定幅度的下降,从而使风机成本大大降低。

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