2 中科宇能更新大型風電葉片開發中若干可靠性問題探討-0402-分享.pdf

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1、大型風電葉片開發中若干可靠性問題探討張淑麗2023.04.02中科宇能科技發展有限公司01風電機組及葉片發展02風電葉片開發中的若干問題探討目錄風電機組及葉片發展01風電機組及葉片發展 大型化-大功率機組占比不斷增大累計裝機3.96億kW累計裝機數量超18萬臺新增裝機中大功率機組占比不斷增大2013201420152016201720182019202020212022累計萬kW9141114611453616873188392095323632290753466739650新增萬kW1608.92319.63075.32337196621142679544355924983050001000

2、01500020000250003000035000近10年我國風電新增及累計裝機容量050001000015000200002016201720182019202020212022不同功率機組新增裝機臺數（估算）0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%70.0%80.0%90.0%100.0%2016201720182019202020212022不同功率機組新增裝機容量占比1.9%0%0%0.3%1.3%1.5%15.3%4.7%5.9%8.1%8.6%24.7%960010571301365210303486112529562160500027.7%47.7%

3、大型化-葉片長度快速增長陸上：10MW-100+m海上：18MW-120+m陸上：2MW-60m海上：4MW-70m風電機組及葉片發展5060708090100110120130140150主流批量掛機葉片長度變化及預測2018 2019 2020 2021 2022 2023 2025 葉片大型化之問題風電機組及葉片發展葉片大型化的典型問題100030005000700090002014201520162017201820192020202120222023近10年風機價格變動趨勢陸上海上2.39 2.36 2.35 2.35 2.35 2.34 2.30 2.28 2.28 2.26 2.

4、25 2.25 2.24 2.23 2.23 2.25 2.25 2.002.052.102.152.202.252.302.352.4005010015020038 40.342.845.352.356.559.5 64697277 80.5 849099 104 110log長度重量葉片實際重量與理論重量（長度2.5）t葉片長度m以長度為底葉片實際重量的對數值變化風電機組及葉片發展 市場快速發展需求與技術認知進步、技術驗證周期、基礎研究速度不匹配 大型化、輕量化葉片需求與設計技術可靠性之間的矛盾氣動設計 翼型性能適配 氣動柔性結構設計 缺陷敏感性 彎扭耦合 呼吸效應 非線性氣彈/載荷 氣彈

5、穩定性 載荷準確性快速發展大型化輕量化可靠性風電葉片開發中的若干問題探討02 氣動設計-翼型性能適配葉片沿展向雷諾數變化0100000020000003000000400000050000006000000700000080000009000000100000000102030405060708090100110風電葉片開發中的若干問題探討 考慮高雷諾數、大厚度翼型應用范圍增長等大型風力機翼型的運行特點，通過試驗測試/可靠數值方法，準確評估翼型性能，保證機組出功IEC 61400-5要求5075%1個3050%1個30%2個大厚度翼型應用范圍大厚度翼型仿真與試驗數據對比-10-50510152

6、0Cl-試驗Cl-CFDCd-試驗Cd-CFDCp某60m量級葉片剛性柔性Cp某90m量級葉片剛性柔性葉片設計點偏移對比柔性化葉片的氣動設計修正整機結構材料風電葉片開發中的若干問題探討 氣動設計-氣動柔性問題 長柔葉片動靜態風能捕獲率差異越來越大，需通過綜合考慮材料、結構特性，建立柔性葉片氣動性能評估方法葉片安全因子長度極限（FF）疲勞50m0.50.46070m0.70.580m+0.850.75腹板粘接缺膠引起試驗問題 結構設計-缺陷的影響評估 大葉片設計安全裕度越來越小，缺陷敏感性提高褶皺、發白、芯材臺階、缺膠等引起葉片變形、斷裂風電葉片開發中的若干問題探討 彎扭耦合作用下葉片受力狀態

7、結構設計-彎扭耦合風電葉片開發中的若干問題探討疲勞動態“呼吸”效應 大葉片呼吸效應突出 結構設計-呼吸效應葉片彎扭耦合線性屈曲缺陷引入非線性屈曲計算結果分析 結構設計-非線性風電葉片開發中的若干問題探討 大葉片非線性問題突出最小揮舞最大揮舞最小擺振最大擺振線性及非線性屈曲載荷因子對比線性屈曲非線性屈曲30%25%15%1%線性及非線性屈曲計算螺栓套拉拔仿真及測試尾緣屈曲測試拉擠板細節仿真及修復測試 結構設計風電葉片開發中的若干問題探討 建立結構精細化建模仿真 開展充分部件測試驗證葉片運行中的氣彈穩定性葉片氣彈穩定性問題 氣彈/載荷 長柔葉片氣彈穩定性問題突出 載荷評估難度增大、準確性問題安裝抑振網兜（停機）(0.005)0.0000.0050.0100.0150.0200.02505101520DampingWind Speed載荷評估準確性問題負阻尼載荷發散風電葉片開發中的若干問題探討產學研、產業鏈上下游加強合作加強基礎性、支撐性技術研究為新技術、新型號提供足夠的驗證時間風險及挑戰對風電行業發展的建議謝 謝