风电叶片
- 格式:pdf
- 大小:914.54 KB
- 文档页数:14
风力发电叶片1. 简介风力发电是利用风能产生电力的一种可再生能源技术。
在风力发电系统中,风力发电叶片是将风能转化为机械能的重要组成部分。
本文将介绍风力发电叶片的结构设计、材料选择和性能优化等相关内容。
2. 结构设计风力发电叶片的结构设计是保证其工作效率和稳定性的关键。
一般而言,风力发电叶片采用对称的空气动力学外形,以提高其抗风载荷和动态特性。
常见的风力发电叶片设计结构包括单叶片结构、双叶片结构和三叶片结构。
2.1 单叶片结构单叶片结构是最简单的风力发电叶片设计,通常由一根悬臂梁构成。
该结构的优点是结构简单、重量轻,适用于小型风力发电系统。
然而,由于单叶片结构的刚度较低,容易受到外部风载荷的影响,稳定性较差。
2.2 双叶片结构双叶片结构是常见的风力发电叶片设计,由两个对称的叶片组成。
该结构的优点是稳定性较高,能够在较强的风力环境中工作。
同时,双叶片结构还具有较好的平衡性能和动态特性。
2.3 三叶片结构三叶片结构是目前最常用的风力发电叶片设计。
该结构具有良好的平衡性能和稳定性,能够适应不同风力环境下的运行要求。
此外,三叶片结构在启动和停止过程中的动态响应也较为平稳。
3. 材料选择风力发电叶片的材料选择是确保其强度和耐久性的重要因素。
常用的风力发电叶片材料包括玻璃纤维增强塑料(FRP)、碳纤维增强塑料(CFRP)和复合材料等。
3.1 玻璃纤维增强塑料(FRP)玻璃纤维增强塑料是一种常用的风力发电叶片材料。
其优点包括价格低廉、良好的抗腐蚀性能和较高的强度。
然而,玻璃纤维增强塑料的密度较大,导致叶片重量较重,不利于提高风力发电系统的效率。
3.2 碳纤维增强塑料(CFRP)碳纤维增强塑料是一种轻质高强度的风力发电叶片材料。
相比于玻璃纤维增强塑料,碳纤维增强塑料具有更大的比强度和比刚度,可以显著减轻叶片的重量,提高风力发电系统的效率。
然而,碳纤维增强塑料的价格较高,制造成本较大。
3.3 复合材料复合材料是一种由两种或两种以上的材料组成的材料。
风电叶片长度的计算公式引言。
风能作为一种清洁、可再生的能源,受到了越来越多的关注和应用。
而风力发电是利用风能转化为机械能,再通过发电机转化为电能的一种发电方式。
在风力发电中,风电叶片是至关重要的组成部分,其长度的选择直接关系到风力发电机组的性能和效率。
因此,本文将探讨风电叶片长度的计算公式,以帮助工程师和设计师更好地设计和选择风电叶片。
风电叶片长度的重要性。
风电叶片是将风能转化为机械能的关键部件,其长度的选择直接关系到风力发电机组的性能和效率。
一般来说,风电叶片越长,可以捕捉到的风能就越多,从而产生更多的机械能驱动发电机发电。
而且,较长的风电叶片还可以提高风力发电机组的启动风速和额定风速,从而增加了发电机组的适用范围和发电量。
因此,选择合适长度的风电叶片对于提高风力发电机组的性能和效率至关重要。
风电叶片长度的计算公式。
风电叶片长度的计算是一个复杂的工程问题,需要考虑多个因素,包括风速、叶片材料、叶片结构等。
目前,一般采用的风电叶片长度计算公式为:L = R (1 + k λ)。
其中,L为风电叶片长度,R为风力发电机组的叶轮半径,k为修正系数,λ为叶片的扭转角。
这个公式是基于气动学和结构力学的理论基础上得出的,可以较好地反映风电叶片长度与风力发电机组性能的关系。
在这个公式中,叶轮半径R是风力发电机组的一个重要参数,可以通过风力发电机组的设计要求和实际使用条件来确定。
修正系数k是考虑了叶片的材料、结构和气动特性等因素后的修正系数,一般可以通过实验和仿真计算得出。
叶片的扭转角λ是指叶片在风场中的扭转角度,也是一个重要的设计参数,可以通过气动特性和叶片结构来确定。
在实际应用中,风电叶片长度的计算还需要考虑到风力发电机组的设计要求、实际使用条件、经济性等因素,因此需要综合考虑多个因素后确定最终的风电叶片长度。
风电叶片长度的影响因素。
风电叶片长度的选择受到多个因素的影响,主要包括以下几个方面:1. 风场条件,不同的风场条件对风电叶片长度的要求不同,一般来说,风速较大的风场需要较长的风电叶片来捕捉更多的风能。
风电叶片是风力发电机中将风能转换为机械能的关键部件。
大型风电叶片通常采用复合材料制造,以确保轻质、高强且耐腐蚀。
以下是关于风电叶片结构的简要介绍:1. 蒙皮:这是叶片的外表面,由多层玻璃纤维或碳纤维增强塑料(GRP或CFRP)制成。
这些材料具有很高的强度和刚性,并且能够抵抗恶劣天气条件下的磨损和冲击。
2. 主梁:主梁是叶片的主要承重结构,通常位于叶片的前缘。
它通常也是用复合材料制成的,其内部可能包含有金属或复合材料制成的加强筋。
3. 腹板:腹板是在叶片厚度方向上的加强结构,主要为了支撑主梁并保持整个叶片的形状。
腹板通常采用夹芯结构设计,以提高刚度并降低重量。
4. 叶尖帽:叶尖帽位于叶片的最前端,用于保护叶片免受风力冲击和磨损的影响。
5. 连接组件:叶片通过叶根与轮毂相连,这个区域需要承受很大的力和扭矩。
因此,叶根部分的设计非常关键,通常会使用高强度的合金钢或其他高性能材料。
6. 内部布线和传感器:现代风电叶片内部可能会安装各种传感器,用于监控叶片的工作状态,包括载荷分布、振动水平等。
此外,还有电力电缆和信号传输线缆,以便将电流从发电机输送到电网,以及传递控制信息。
7. 气动外形设计:叶片的气动外形对风能捕获效率至关重要。
在设计过程中,工程师们会运用空气动力学原理来优化叶片的截面形状和整体长度,使其能够在各种风速下高效地捕获风能。
8. 平衡和配重:为了保证叶片在旋转时保持稳定,有时会在叶片上加装配重,以平衡叶片的质量分布。
9. 防腐处理:由于叶片长期暴露在户外环境中,必须进行适当的防腐处理,以延长其使用寿命。
总的来说,风电叶片的设计是一个复杂的过程,需要考虑许多因素,包括材料选择、结构设计、空气动力学性能、制造工艺和成本效益分析等。
浅谈风电叶片的特点及制造工艺风电叶片是风力发电机组中最重要的组成部分之一,其特点主要体现在以下几个方面:1. 结构轻巧:风电叶片需要在强风环境下旋转产生动力,因此需要具备良好的轻量化特性。
叶片通常采用复合材料构造,如玻璃纤维、碳纤维等,具有重量轻、强度高、刚性好等特点。
2. 强度与稳定性:叶片需要能够承受强风的冲击和动力的作用,在运行中要保持稳定,不产生明显的振动或变形。
叶片需要具备较高的强度和稳定性,以确保风力发电机组的安全运行。
3. 高效能与高风速系数:风电叶片的设计主要追求高效能和高风速系数,即在相同的风速条件下,能够获得更大的功率输出。
这一特点需要通过优化叶片的空气动力学性能来实现,如采用特殊的叶片曲线和翼型,使得风能能够最大限度地被转化为机械能。
4. 抗腐蚀与耐候性:风电叶片通常需要长时间暴露在恶劣的气候环境中,如高温、高湿等。
叶片需要具备良好的抗腐蚀和耐候性能,以保证其使用寿命和性能稳定性。
风电叶片的制造工艺一般包括以下几个步骤:1. 原料准备:选择合适的复合材料,如玻璃纤维或碳纤维等,进行预处理,如去除杂质、干燥等。
2. 叶片模具制作:根据设计要求,制作适合叶片形状的模具。
模具通常采用金属材料,如铝合金或钢等。
3. 叶片制作:将原料与树脂或黏合剂混合,并注入叶片模具中。
通过真空吸取或压缩等方式,确保材料充分填充整个模具。
4. 固化与硬化:将叶片模具放置在恒温恒湿的环境中,进行固化和硬化处理。
这一步骤通常需要一定的时间,以确保叶片能够具备足够的强度和稳定性。
5. 后期加工:将叶片从模具中取出,并进行修整、抛光、涂装等后期加工处理。
这是为了确保叶片的表面光滑、防护层完好,同时保持叶片的整体美观性。
风电叶片具有结构轻巧、强度与稳定性好、高效能与高风速系数、抗腐蚀与耐候性好等特点,制造工艺包括原料准备、叶片模具制作、叶片制作、固化与硬化、后期加工等步骤。
这些特点和工艺的结合使得风电叶片能够在强风环境下高效转换风能,为风力发电做出了重要贡献。
浅谈风电叶片的特点及制造工艺1、风电叶片的特点:(1)大面积、轻质化。
为了使风轮旋转时的惯性力尽量小,风电叶片一般采用大面积和轻质化设计。
因此,叶片的质量和尺寸成正比例。
(2)高强度、耐腐蚀性强。
风电叶片运行时各种自然环境因素都会对其产生一定的影响,如风、雨、雪、霜、阳光等。
因此,叶片的材料必须具有足够的强度和耐腐蚀性。
(3)良好的气动性能。
风电叶片的气动性能直接关系到风轮的转速和动力输出,因此设计时必须考虑叶片产生的风阻力和噪声问题。
(4)生产数量巨大。
由于风电叶片的生产数量巨大,因此必须采用大规模的生产工艺和设备,以满足生产效率和经济效益的要求。
(1)复合材料制造。
由于传统金属材料不能满足风电叶片的性能和轻质化要求,因此现代风电叶片通常采用复合材料制造技术。
这种技术可以生产出高强度、轻质、耐腐蚀、气动性能好的叶片。
(2)真空成型。
真空成型是风电叶片制造中的一种重要工艺,它可以保证叶片的密度、物理性能和气动性能的一致性。
真空成型的原理是利用压缩空气使复合材料材料压盖在模具上,然后利用真空将剩余的空气抽除,以此来形成空气压缩的力量,让复合材料材料紧贴模具表面的轮廓。
(3)静电旋涂。
静电旋涂是一种将聚合物或树脂溶液涂覆在叶片表面的工艺。
这种方法可以实现叶片表面的均匀涂层和良好的防腐性能。
静电旋涂还可以通过对溶液进行添加剂或颜料的调整来改善叶片的外观。
(4)机器加工。
机器加工是叶片生产中必不可少的工艺。
机器加工可以对叶片进行加工、研磨、钻孔、切割等操作,以形成叶片的最终形态。
总之,风电叶片是风力发电中核心组件之一,其制造工艺和特点的不断改进和提高都将为风电发电技术的发展带来积极的推动作用。
风电叶片材料
风电叶片是风力发电机组的核心部件,其材料的选择对于风电叶片的性能和寿
命具有至关重要的影响。
目前,风电叶片的材料主要包括玻璃纤维增强塑料(GFRP)、碳纤维增强塑料(CFRP)和木材等。
不同的材料具有不同的特性,下面将对这些材料进行详细介绍。
首先,玻璃纤维增强塑料(GFRP)是目前应用最为广泛的风电叶片材料之一。
它具有重量轻、耐腐蚀、成本低等优点。
玻璃纤维增强塑料的主要成分是玻璃纤维和树脂,其制备工艺相对简单,生产成本较低。
然而,玻璃纤维增强塑料的强度和刚度相对较低,容易发生疲劳破坏,因此在大型风电叶片中的应用受到一定的限制。
其次,碳纤维增强塑料(CFRP)因其优异的力学性能而逐渐成为风电叶片的
主流材料之一。
碳纤维具有高强度、高模量、低密度等优点,能够有效提高风电叶片的刚度和耐久性。
与玻璃纤维增强塑料相比,碳纤维增强塑料的重量更轻、强度更高,但其制备工艺复杂,成本较高,且碳纤维本身易吸湿、易老化,需要在设计和制造过程中加以注意。
另外,木材作为一种传统的风电叶片材料,近年来也得到了一定程度的重视。
木材具有优良的机械性能和抗风蚀性能,且具有可再生的优点。
但是,木材在潮湿环境下易腐蚀,且其强度和耐久性无法与玻璃纤维增强塑料和碳纤维增强塑料相比。
因此,目前木材在风电叶片材料中的应用仍受到一定的限制。
综上所述,风电叶片的材料选择需要综合考虑材料的力学性能、耐久性、成本
等因素。
在未来,随着材料科学和制造技术的不断进步,新型的风电叶片材料也将不断涌现,为风能产业的发展带来新的机遇和挑战。
浅谈风电叶片的特点及制造工艺风力发电是目前广泛应用的清洁能源之一,而风电叶片作为风力发电机的关键部件,其特点和制造工艺直接影响着整个风电系统的性能和效率。
本文将从风电叶片的特点和制造工艺两个方面展开详细的讨论。
一、风电叶片的特点1. 复杂的外形结构风电叶片通常呈扇形状,具有较大的曲率和扭转角度,外形结构复杂,同时要求叶片表面光滑,气动特性优越。
这种复杂的外形结构对叶片的制造工艺和材料性能提出了较高的要求。
2. 极端的工作环境风电叶片长期在高海拔、高温、高湿、酸碱等恶劣环境中工作,受到风载荷的长期影响,因此需要具备良好的耐候性、抗腐蚀性和抗老化性能。
3. 轻量化和强度性能为了提高风电机组的能量转换效率、降低成本、减小对支撑结构的负载,风电叶片需要在保证强度的前提下尽可能轻量化,而轻量化又需要保证叶片的强度和刚性性能,这对材料的选用和制造工艺提出了更高的要求。
4. 大尺寸和长寿命叶片作为风力发电机的主要部件之一,其尺寸大、寿命长,一般要求至少20年以上的使用寿命,因此需要具备较高的耐久性和可靠性。
二、风电叶片的制造工艺1. 材料选择风电叶片的制造材料一般为复合材料,如玻璃纤维增强塑料(GFRP)、碳纤维增强塑料(CFRP)等,这些材料具有良好的抗拉强度、抗冲击性和耐腐蚀性能,能够满足叶片在恶劣环境下的使用要求。
碳纤维具有较高的比强度和比刚度,能够有效提高叶片的载荷承受能力,但成本较高。
2. 叶片设计叶片的设计是风电叶片制造的关键步骤,设计不仅要考虑叶片的气动性能,还要考虑到叶片的结构强度、刚度和耐久性。
目前采用先进的计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)技术,能够对叶片的外形、内部结构和材料布局进行全面的优化。
3. 模具制造风电叶片通常是通过模压工艺来制造的,因此模具的设计和制造对于叶片的成型质量和生产效率至关重要。
模具制造一般采用数控机床进行精密加工,保证叶片的复杂外形结构和表面光滑度。
风电叶片热解处理
风电叶片热解处理指的是对风电叶片进行高温分解处理的过程,主要是为了去除叶片表面和内部的杂质、污染物和残留物,提高叶片的耐久性和性能。
风电叶片热解处理通常包括以下几个步骤:
1.预处理:在热解处理前,需要对叶片进行清洗,去除表面的污垢和杂质。
2.高温分解:将叶片放入高温分解炉中,在高温下使表面和内部的有机物、
树脂和其他杂质进行分解,生成气体和残渣。
3.残渣清理:高温分解后,叶片表面和内部的残渣需要进行清理,可以采用
机械清理或化学清理的方法。
4.表面处理:热解处理后,需要对叶片表面进行处理,如涂覆保护剂、打磨
等,以提高叶片的耐久性和性能。
以下是一个简化的风电叶片热解处理示例:
1.将风电叶片放入清洗设备中,用高压水枪清洗叶片表面和内部的污垢和杂
质。
2.将清洗干净的叶片放入高温分解炉中,在800℃~1000℃的高温下进行热
解处理。
3.在高温下,叶片表面的有机物、树脂和其他杂质开始分解,生成气体和残
渣。
4.热解处理结束后,将叶片取出,清理表面的残渣。
5.对叶片表面进行处理,如涂覆保护剂、打磨等,提高叶片的耐久性和性能。
总的来说,风电叶片热解处理是一种重要的维护和修复风电叶片的方法,可以提高叶片的耐久性和性能,延长风电设备的使用寿命。
风电叶片发展历程风电叶片是风力发电机组的核心部件之一,它负责将风能转化为机械能,并驱动发电机发电。
随着风力发电技术的不断发展,风电叶片也经历了多个发展阶段。
第一阶段:木质叶片时代早期的风力发电机主要采用木质叶片,这些叶片通常由木材制成,形状简单,重量较轻。
木质叶片的制造工艺相对简单,成本较低,但由于木材的机械性能较差,其弯曲和扭转性能有限,限制了风电机组的功率和效率。
第二阶段:金属叶片时代随着材料科学的进步,金属材料开始应用于风电叶片的制造。
金属叶片相对于木质叶片来说,具有更好的强度和刚度,能够承受更大的风力载荷,提高了风力发电机组的功率输出。
同时,金属材料的可塑性也使得叶片的形状更加多样化,提高了风力发电机组的效率。
不过,金属叶片的制造工艺较为复杂,成本较高,同时金属材料容易受到腐蚀和氧化的影响,需要进行定期的维护和保养。
第三阶段:复合材料叶片时代随着复合材料技术的发展,复合材料叶片开始逐渐取代金属叶片成为主流。
复合材料叶片由玻璃纤维、碳纤维等材料与树脂基体复合而成,具有较高的强度和刚度,同时重量轻、耐腐蚀、耐疲劳等优点。
复合材料叶片的制造工艺相对复杂,需要采用模具成型和真空吸塑等工艺,但由于其材料性能的优异,使得风力发电机组的功率和效率得到了进一步提升。
同时,复合材料叶片的使用寿命也较长,减少了维护和更换叶片的成本。
第四阶段:创新型叶片时代风电叶片的发展进入了创新型叶片时代。
在这个阶段,人们开始探索新型材料、新型结构和新型制造工艺,旨在进一步提高风力发电机组的功率和效率。
例如,一些研究机构和企业开始尝试利用纳米材料和生物材料制造叶片,以期在材料性能和环境友好性方面取得突破。
另外,一些新型叶片结构,如变桨叶片、弯曲叶片等也开始得到广泛研究和应用,以提高风力发电机组的适应性和可靠性。
总结起来,风电叶片的发展经历了木质叶片时代、金属叶片时代、复合材料叶片时代和创新型叶片时代。
随着技术的进步和需求的不断变化,风电叶片也在不断演化和创新,为风力发电的可持续发展做出了重要贡献。
对风电叶片服役之后表面状态的调查以及对原厂涂装的反思朱平3M中国有限公司, 北京,100176摘要:截止2011年底,我国累计安装风电机组45894台。
“十二五”期间,我国规划风电新增装机70000 MW以上,以单机功率1.5MW估算,装机量不低于4.6万台。
五年之后我国风机总量将会达到10万台左右,运转的叶片数目将达到30万支左右。
如何确保这些风机安全经济运行是我国风电行业面临的巨大挑战。
风叶是风机的吸能部件,风叶的健康高效运转是风机安全经济运行的前提,而风叶服役之后问题最先会出现在表面涂层。
本文介绍了风电叶片在我国典型风场服役之后,表面涂层出现的若干问题,并由此反思叶片在制造阶段的涂料选择以及涂装工艺。
最后提出若干建议,在叶片制造阶段选用合适的高性能涂料以并提高涂装工作质量,从源头做起为叶片的安全经济运行夯实基础。
关键词:风电叶片;服役之后;表面状态;涂装Field investigation into surface conditions of wind blades in several typical wind farms and reconsideration about the coatingspecificationIn China, the total installation of wind turbine generator (WTG) reached 45894 sets with the whole capacity of 62364.2 Mw till the end of 2011. The schemed installation would be no less than 70000 MW according to China’s 12th five year plan. Given the capacity of 1.5 MW for each new WTG, the number would be more than 46000 sets. That means the total WTG installation will exceed 100 thousand after 5 years. There will be 300 thousand plus wind blades operating across China and offering clean energy to China society. It is a big challenge to maintain those WTGs operating smoothly and economically. Wind blades absorb energy for the WTG, its effective and efficient running is the prerequisite for the economy and safety of WTG. Deterioration always occurs on the blade surface first. This paper introduces certain problems about the surface of wind blades in several typical wind farms. Those problems enable us to rethink and reconsider about the wind blade coating products and coating specification during the blade OEM stage. We should select suitable high-quality coating products and optimize coating process, so as to build a solid basic for the safe and economical operation of wind blades. The wind farm owner, wind equipmentmanufacturer, coating suppliers all will benefit.0 引言我国的《可再生能源法》自2006年1月开始生效,此后我国风电事业进入一个快速发展时期。
2006年至2010年,我国风电的年新增装机容量增长均超过100%。
我国自2008年开始大规模采用国外先进的设计技术,制造工艺,以及化工原料生产安装大型兆瓦级风电叶片,自2009年开始陆续进行了原料国产化替代工作。
风电叶片在我国各地运行之后暴露出了一些问题,从而给了我们宝贵的机会来反思先前的设计,材料以及制造工艺是否适合中国各地的风场环境。
1 风叶在我国典型风场服役之后表面状态的调查1.1 东南沿海风场图1:我国6个典型风场表1:6个典型风场的气候参数(数据来自风场资料以及当地政府网站数据)龙源南日风电场位于福建省莆田市南日岛(图1),该岛离岸7海里。
南日岛气候属亚热带海洋性气候:最高气温35℃,最低气温2℃,年平均气温19.2℃,降雨量年均1300毫米左右。
该岛每年9 月到次年2 月为盛风期,风能年可利用小时数可达3800h[1]。
风场一期以及二期于2005年完工并网发电。
该风场使用的叶片为25米长度的环氧基材叶片,表面为聚氨酯涂层,叶片R18000至R00000处前缘贴有3M风电叶片保护膜。
根据现场调查(图2,图3),叶片R15000至R18000处前缘胶衣损伤严重,露出底材,叶片表面布满深度直径1-3mm的点蚀。
距离叶根更近但是没有保护膜的区域出现严重磨损图3:南日风场叶片损伤,叶片中段,没有保护膜保护的叶片前缘损坏:8号机组3号叶片(左),12号机组2号叶片(中),13号机组2号叶片(右)1.2 海南沿海风场该风场位于海南省儋州市(图1),儋州属热带季风气候:太阳辐射强,光热充足年平均光照时数在2000小时以上。
该市降雨量年均1815毫米,雨季为5月到10月,伴有台风以及强降雨。
该风场风能年可利用小时数可达1800h。
该风场使用的叶片为37.3米长度的聚酯基材叶片,表面涂层为聚酯胶衣。
根据现场调查,R22300至R37300处叶片前缘磨损严重,叶片表面其他区域没有点蚀(图4)。
图4:叶片前缘磨损严重(左图损伤部位距离叶尖1m,右图损伤距离叶尖4m)1.3 苏北沿海风场该风场位江苏如东(图1),该地属北亚热带海洋性季风气候区,年平均气温15℃,冬季潮湿寒冷,最低气温-5℃;夏季炎热潮湿,最高气温达40℃。
年降雨量1050mm,常年阴雨天数在120天左右。
年平均日照数为2100 h。
该地风能资源丰富,70米塔高平均风速为6.96米/秒。
图5:如东某兆瓦级叶片前缘磨蚀严重如东地区风场的叶片普遍存在不同程度的前缘磨蚀问题,叶片服役2年之后这个问题便会变得更加明显。
图5为某兆瓦级叶片服役2年之后的表观,叶片前缘磨蚀极其严重,局部达到本体损伤,并且露出玻纤。
1.4 中南山区风场该风场地处湖北省大悟县林区(图1)。
大悟县属于北亚热带季风气候,年平均气温各地在14.9℃—15.7℃之间,1月最冷,月平均温度在1.5℃—2.5℃,极端最高气温为43.1℃,极端最低气温为-16.5℃。
该地在12月下旬至2月上旬的冬季以及寒潮时节,时常出现雨淞,以1月为多,年平均日数达4天,最多年份达21天(1969年);该地是湖北省北向风主要通道口附近。
50m(风机轮毂高度)年平均风速为6-7m/s,有效风速小时数较高,中低风速出现较多,无破坏性风速,风能品质较好。
该风场使用的叶片为27.5米长度的聚酯基材叶片,表面为聚酯胶衣。
根据笔者在2011年2月进行的现场调查,在冬春之交的阴雨天气发生雨凇之时,超过海拔300米的山区,所有物体表面都结冰,叶片表面结冰严重,无法运转(图6)。
图6:叶片表面积冰严重,无法运转(左图为整支叶片被冰包裹,右图为叶片尾缘积冰)1.5 西北戈壁风场该风场位于新疆吐鲁番地区托克逊县(图1),该地属暖温带干旱荒漠气候,夏季气候炎热,昼夜温差大,年均气温13.8℃,极端最高气温为48℃。
该地日照强度高,时间长,年平均日照数达到2939h,年光照率69%。
年平均降水量为8.4毫米,年平均蒸发量为3171.4毫米,是中国降水最少的地方。
托克逊素有“风库”之称,历年平均大风日数80.3天。
多集中在3-5月。
局部地区风能资源在10-70m高度有效时数能达到4000小时以上。
托克逊地处戈壁荒漠,风沙严重,多次发生过危害广大人民群众生命财产安全的沙暴。
某风场使用23.5米聚酯基材叶片,服役2年之后,叶片尖端叶缘出现严重磨蚀,叶片壳体局部被击穿(图7)。
750Kw,600Kw配套的聚酯叶片都是使用胶衣,胶衣和叶片本体有良好的附着力,但是胶衣在服役之后黄变明显,可以看出原本是灰白色的胶衣颜色变得和地表黄沙接近,有些甚至出现大面积蜘蛛网状脆裂(图8)。
图7:某风场叶片涂层表面磨蚀严重,黄变严重图8:辽宁昌图某风场叶片表面胶衣开裂1.6 东北山区风场该风场位于辽宁桓仁满族自治县(图1),该地属于温带大陆性湿润气候。
多年平均气温6.6℃,月平均气温最高为23℃,月平均气温最低为-13.5℃,极端最高气温37.2℃,极端最低气温-35.7℃。
年降水量842.2毫米,年雷暴数最多达到15天。
桓仁县年平均日照数约2200h。
该风场的年可利用小时数为2188小时。
该风场于2007年1月开始并网发电,所用风机型号和龙源南日风场相同。
在叶片服役3年之后,叶片表面状态比较好,若干支叶片的尾缘出现破损。
叶片前缘以及壳体基本表面涂层完好(图9)。
因为该地区地表植被良好无沙土暴露,而且降雨量不大。
图9:东北某风场叶片服役3年之后前缘以及壳体基本表面涂层完好(叶片前缘有3M风电叶片保护膜加强)1.7 调查结论笔者实地调查以及采访结果表明,风电叶片服役2年之后就会陆续出现表面涂层退化破损问题。
在我国东部沿海地区以及西北戈壁荒漠地区风场运行的叶片,问题会更严重,叶片前缘磨蚀现象较为普遍。
具体而言,东部沿海地区叶片的前缘磨蚀成片状连续分布,西北戈壁荒漠地区叶片的前缘磨蚀成点状离散分布。
2 我国风电行业存在的关于涂料以及涂装的一般性问题2.1我国风电行业以及涂装行业对风电叶片表面涂层在服役之后的衰变情况研究不足,无法基于叶片运行之后的反馈来修正涂装工艺,完善涂料产品。
正如本文开篇所述,风电叶片涂层系统和远洋船舶防污涂层系统相似,前者事关叶片的气动效率和发电量,后者事关船壳流体力学效率和耗油量[3]。