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國內外風電葉片技術現狀與發展

2010-10-13 來源:互聯網轉載 瀏覽數:1680

  *與環氧/玻纖復合材料大型葉片相比較,若采用熱塑性復合材料葉片,每臺大型風力發電機所用的葉片重量可降低10%,抗沖擊性能大幅度提高,制造成本至少降低1/4,制造周期至少降低1/3,且可完全回收和再利用。
  *愛爾蘭Gaoth風能公司與日木三菱重工及美國Cyclics公司正在探討如何共同研制低成本熱塑性復合材料葉片。
  *LM G1asfibre公司正開展此項研究,目的是用玻璃鋼、碳纖維和熱塑材料的混合紗絲制造葉片,這可能會使葉片的生產時間縮短50%。
  *安全快捷地制造“綠色”的復合材料葉片正期待著復合材料葉片制造商去實現。

  三、葉片設計技術不斷進步

   葉片設計分為氣動設計和結構設計兩大階段,通常這兩階段不是獨立的,而是一個迭代的過程。風輪葉片的優化設計要滿足的目標: 年輸出功率最大化;最大功率限制輸出;振動最小化和避免出現共振;材料消耗最小化;葉片結構滿足適當的強度要求和剛度要求;保證葉片結構局部和整體穩定性。

  1、翼型是葉片設計的基礎

  國內缺乏相關的數據庫,國外典型翼型和優勢如下:
  1)美國Seri和NREL系列, Seri系列對翼型表面粗糙度敏感性低。
  2)丹麥RISO—A系列,在接近失速時具有良好的失速性能且對前緣粗糙度敏感性低;
  3)瑞典FFA.W系列,該系列具有良好的后失速性能。丹麥LM公司已在大型風機葉片上采用瑞典FFA.且該翼型將會在風機葉片設計中廣泛應用。
  4)荷蘭DU系列和其它。

  目前所能利用的典型風力機翼型特性

位置
翼型
厚度
最大
升力
最大
升阻比
設計升力系數
設計
攻角
葉尖
---
葉中
NACA64415
0.15
1.55
100
1.0
6
NACA64418
0.18
1.4
100
1.0
6
NREL S825
0.17
1.6
100
1.0
6
RISOE-B1-18
0.18
1.6
100
1.0
6
DU96-W-180
0.18
1.26
100
1.0
6
葉中
NACA63421
0.21
1.35
100
1.0
6
NRELS809
0.21
1.05
100
0.8
6
NREL S827
0.21
1.23
100
0.8
6
葉根
NREL S814
0.24
1.4
100
1.1
6
NREL S 818
0.24

 

 

 

 

DU97-W-300
0.30
1.6
100
1.0
6

  2、通過氣動外形優化,大幅提高氣動效率

  通過改進葉片外形型面,改進空氣動力和葉片受力狀態,增加可靠性和對風能捕獲量。

      Enercon司為抑制生成擾流和旋渦在葉片端部安裝“小翼”,為改善和提高渦輪發電機主艙附近的捕風能力,對葉片根莖進行重新改進,縮小葉片的外形截面,增加葉徑長度;對葉片頂部和根部之間的型面進行優化設計。在此基礎上,Enercon公司在其71m的2MW風力發電機組,改進后葉片根部的捕風能力得以提高。在4.5MW風力發電機設計中繼續采用此項技術,旋轉直徑為112m的葉片端部仍安裝有傾斜“小翼”,使得葉片單片的運行噪音小于3個葉片(旋轉直徑為66m)運行時產生的噪音。

  2)細長形葉片設計

  丹麥LM公司提出了“Future Blade”的概念,且已在其54m和61.5m巨型葉片上使用了這種設計概念。LM公司研發部經理Frank V.Nielsen認為未來葉片設計的關鍵已從效率最大化轉移到能量成本(COE)最優化,葉片將會更加細長,這種設計技術將會降低葉片載荷,葉片質量分布更加優化。

  3)柔性和預彎設計是目前大型號葉片中廣泛采用的設計技術

  葉尖采用“柔性”設計理念進行設計,葉尖輕微彎曲。 降低了葉片風壓和風機的驅動扭矩,并最大限度捕獲所有可用風速范圍內的風能,包括邊緣的低風速區域,比傳統的葉片捕風能力提高了5~10%。

  四、復合材料制造工藝進步,促進了葉片的技術發展

  1、濕法手糊成型:增強材料浸膠,一層一層地緊貼在模具上,手動趕出氣泡/真空壓實。

  2、預浸料成型:提高性能、降低重量

  預浸料成型方法是按設計要求的鋪層順序先將預浸料鋪放在模具內,然后用真空袋將尚未成型的制件密封,抽真空,以排除在鋪層內的氣泡、揮發分和袋內的空氣,按最佳的固化工藝參數在熱壓罐內固化成型葉片。對于40m以上葉片,VESTAS和GAMESA仍使用預浸料工藝。

  3、真空灌注成型(RIM):提高性能、降低制造成本

  先將纖維織物等增強材料鋪放在模腔里,然后抽真空,樹脂基體在真空壓力的作用下被導入模腔浸漬增強材料。

【延伸閱讀】

標簽:

閱讀上文 >> SVC對并網型風電場運行性能的影響分析
閱讀下文 >> 風電機組葉片蒙皮結構鋪層設計研究

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