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    新材料故事|風電葉片為綠色能源插上起舞的翅膀

    來源:中建材股份黨群工作部、中材葉片  發布時間:2022-07-06

    編者按

    當材料醒來的那一刻,它將成為你生活中的一段感受。看、聽、觸摸......置身其中,材料無處不在。我們的能工巧匠們,實驗、堅守、創新,鍥而不舍,只為成就材料背后的可能,開發材料蘊含的寶藏。我們始終心懷“國之大者”,打造“國之大材”,服務國防建設、服務國家重大工程、服務國民經濟主戰場、服務人民美好生活......

    《新材料故事》,將用通俗易懂的話語,讓大家更好認識身邊無處不在的新材料,為大家講述我們與社會發展、人類生活齊步走的故事。

    讓我們跟隨本期探索隊長「中材葉片」,看風電葉片如何挖掘風中的能源寶藏~

    2022年北京冬奧會的所有場館均由100%可再生能源供電,人民日報海外版刊文“來自張北的風,點亮冬奧的燈”,讓風電等清潔能源隨著這一盛事廣泛走入了人們的視野。實際上,“風電”不是第一次上“熱門”了,2005年《可再生能源法》頒布以來,風電正加速走進社會生活的方方面面,成為國家實現“碳中和”“碳達峰”目標的重要力量。

    如今,一支支高聳的風力發電機矗立在平原、山間、海面,它們就像人類栽種的工業之花,在高空隨風起舞,將綠色能源輸送到千家萬戶。它們揮舞的翅膀就是風電葉片,作為風力發電機的“靈魂”,風電葉片是決定風機的捕風能力、發電效率等的關鍵部件。

    中材科技于2007年組建中材葉片,專業從事大型復合材料風電葉片的設計、研發、制造和服務,多年以來,不忘初心,創新不止,借著風的力量,跨越山海,在能源轉型升級的道路上,源源不斷地輸送綠色動力。

    風電葉片堆場

    逐風

    挖掘低風速區的能源寶藏

    最早開發風電時,大多數風機都瞄準了高風速區,隨著資源開發和技術進步,可開發的風速不斷下探,低風速區成為新的“藍海”。低風速區一般是指風速在6~8米/秒之間的弱風區,相比高風速地區更接近電網負荷的受端地區,是極具潛力的“能源”寶藏。在低風速區建設風電項目,為獲取更大的捕風量,所需葉片的長度更長、重量更重,給軸承、塔筒、傳動部件的載荷和負擔也就更大。因此在葉片長度增加的同時保證風機運轉的穩定性和發電效率的提升一時成為了行業難題。中材葉片從源頭出發,在設計研究與創新應用、技術創新、材料開發等多角度、全方面逐個擊破各種問題與困難。

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    在葉片設計技術研究和創新應用方面,中材葉片苦練內功,持續打造核心競爭力。中材葉片建立了細長結構大型風電葉片低載高效氣動設計方法、基于重量和載荷安全性平衡的復合材料結構迭代設計方法和高效率、高精度的結構校核方法,縮短了葉片設計周期,提高了產品可靠性。在堅持自主開發的同時,也積極加強與行業高水平科研機構的技術交流合作,比如與荷蘭能源研究中心ECN合作開展氣動設計技術深度研究,進行大型風電葉片氣彈穩定性分析技術研究,保證產品在運行中的穩定性。

    中材葉片通過對碳纖維預浸料真空成型和碳纖維織物液體成型技術研究,確定了碳纖維預浸料評價技術標準,攻克了碳纖維鋪放的工藝難題,完成了固化工藝、材料匹配及配套輔助材料的研究,成功解決了碳纖維在大型風電葉片上結構設計、工藝驗證、質量控制及批量應用等關鍵技術問題。2017年,成功開發出采用了碳纖維主梁真空灌注成型工藝的Sinoma75-6.7MW海上抗臺風型大葉片。

    在堅持推動研發和試驗平臺建設方面,中材葉片著力開展材料實驗室建設,進行復合材料及相關原材料(纖維織物、樹脂、芯材等)性能測試和整體結構檢測,全面具備原材料測試評價分析能力,并于2014年獲得CNAS認證。同時中材葉片在北京、酒泉、阜寧擁有5個葉片結構測試平臺,并于2017年建設完10MW-120m全生命周期全尺寸側拉加載室內試驗臺,用于服務大葉片設計開發,可滿足全尺寸葉片測試項目國內外認證要求。2018年,試驗臺已通過DNV GL國際資質認證。

    面對科研創新之路上的疾風驟雨,中材葉片研究團隊始終以不懈的毅力破解難題,讓疾風通過更大、更堅實的“羽翼”,轉化為起舞的動力,從容迎接驟雨過后燦爛的天虹。

    踏浪

    在海上架起高科技“捕風網”

    相比陸上風資源,海上風資源具有平均風速高,不占耕地、距離用電負荷近等優點,是近年全球風電資源開發的熱點地區。但海洋環境更復雜——低溫、雷暴、大風等惡劣條件讓孤獨的風機仿佛在“渡劫”。如何保證風電葉片在復雜海洋環境和不同運行條件下安全運轉,是每個葉片研發制造商必須考慮的問題。

    為此,中材葉片給每一片風電葉片打造了一整套“神級”裝備,保證它們在復雜的海上環境中順利通關,修煉成“捕風能手”。

    在葉片防護技術開發上,中材葉片與供應商協同開展了葉片表面在惡劣環境中防護體系的研究;與涂料供應商聯合研發了適用于葉片生產工藝的聚氨酯模內膠衣,為提高后處理涂裝效率提供了技術儲備。在葉片主動式防/除冰技術開發上,針對葉片覆冰帶來的一系列問題,設計在一定電壓下通過在葉片易覆冰的區域鋪設電熱膜材料,實現對外傳遞熱量,達到防除冰的目的。在葉片全環境防雷系統設計開發上,針對不同區域雷暴特點,設計開發了適用于全環境的風電葉片防雷系統并實現應用。在增功降噪技術開發應用上,自主設計開發了適用于自有產品體系的渦流發生器(VG)及擾流板控制部件,以提升發電效率;自主設計開發的葉片降噪鋸齒,廣泛應用到各類產品型號,有效降低了葉片運行過程中產生的噪音。

    海上裝機

    中材葉片全方面克服海洋復雜環境的影響,為風電葉片在海上行云踏浪、捕風發電創造了良好的條件,遠近錯落的風機合力在海上架起一張高科技“捕風網”,將海風收入網中,打包成綠色禮物。

    蓄勢

    在風電“長跑”中跑出加速度

    回首走過的路,一組組數字見證了中材葉片的成長。

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    15年來,中材葉片始終堅持以技術創新為先導,已具備獨立自主的設計研發能力,為客戶提供定制化的葉片設計和技術服務,產品開發實現了從1.0MW-15MW平臺的系列化推進,目前擁有九十余款產品,產品覆蓋中國、美國、韓國、印度、智利、加拿大、泰國、德國等26個國家。

    風電是一場長跑。為了實現“借自然一片風力,還人類一份清新”的企業使命,中材葉片在風電未來長期發展和實現平價上網的過程中,將始終以國際一流企業的標準來審視和要求自己,主動擁抱行業進步,不斷加強技術創新,扎實開展經營管理實踐,提升各項服務能力,為培育具有全球競爭力的世界一流風電葉片企業不懈努力!

    借自然一片風力

    還人類一份清新

    風電葉片的目標是在不同風速的長空

    探測風的脈搏

    捕捉風的足跡

    讓來自頭頂的風

    點亮更美好的生活

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