面向未來的新型葉片

1 纖長型葉片

  雖然更長更纖細的風機葉片投入使用的時間僅有區區數年,但這種產品已經成為風力設備制造產業的一大趨勢。纖細修長的葉片一方面可以推動風機產出更高的電能,一方面可以減輕葉輪和發電機所承受的重量負荷,延長設備使用壽命從而降低因為設備折舊而增加的風力能源成本。由于風機使用了細長的葉片可以實現在低風速條件下發電,它們的年度風電產能也得到了提高。長葉片甚至可以提高風機為電網輸送基載電量的能力,從而提高電網中輸電電纜和變壓器的使用率。
  目前已經向市場提供纖長型葉片的公司包括維斯塔斯、西門子、Nordex、艾爾姆(LM)和Enercon。西門子的75米B75型葉片長度目前屈一指,打破了LM葉片在2011年創下的73.5米的長度記錄。

  纖長型葉片有一個重要的特征就是它的槳葉寬度與葉片總長相對比較窄。而且,隨著葉片長度的增加,葉片強度和硬度也需要相應增加以避免葉片在高風力負荷作用下扭曲變形甚至掃到塔筒。這正在成為一項難度日益增大的挑戰。
  除了使用昂貴的碳纖維材料,風機葉片制造商探究了通過延長相對粗圓的葉片根端的辦法來提高葉片整體的強度。但是,一根圓柱體在空氣中揮過時產生的阻力多于空氣推力,補救這個缺陷的方法是加裝一個擾流裝置模仿槳葉作用提高空氣升力。Vortex風機上采用的安裝在槳葉根部的多組小型副翼就可以提高葉片的工作性能。

2 熱塑性葉片

  荷蘭德爾福特理工大學風力工程教授杰拉德?范?布賽爾研究的方向是采用熱塑材料(thermoplastic materials)制造超長型風機葉片。他介紹說:“與熱成型復合材料相比,熱塑材料有諸多優點,包括可以實現模塊化系列生產,而且各個部分之間可以融接在一起等等。但缺點是,熱塑料樹脂和纖維之間如果黏合劑強度不夠就會造成負荷承載和傳遞能力不足的問題。在這些問題解決之前,大規模的商業運用目前看來仍是遠景?!?/P>

3 智能型葉片

  德爾福特大學的研究人員正通過國際合作設法為提高風能輸出找到一種“聰明”的解決方案。其中一種想法是利用記憶材料為槳葉的尾邊制作一種類似于蹼的裝置,并加裝壓電傳感控制單元。
  在高風速等強負荷條件下,記憶材料可以使葉片的相關部位臨時變形。壓力傳感裝置可以在動態情況下隨時感知機械壓力的變化。壓電傳感裝置在通電后與風機葉片的相關部位相聯,就可以隨時按照需要發揮姿態控制的作用。
  這些解決方案目前都處于實驗室研究階段??蒲腥藛T的出發點并不是要取代現在流行的葉片變槳控制技術,而在于提供一種新的技術支持手段。

4 分段式葉片

  包括長達75米的葉片在內的絕大多數產品都采用整體成型技術生產。目前只有歌美颯和Enercon采用了分段制造技術為各自功率大的風機制造葉片。美國加利福尼亞的模塊風能(ModularWind Energy)公司也生產一種葉片總長45米,可以分成長度分別為15米的三段分裝運輸。
  總部位于美國的葉片動力公司(Blade Dynamics)由AMSC部分控股,它也生產分段型葉片。這種正在申請的葉片制造以小型組件為單位進行,運輸中分成兩段運輸。公司發言人博塔宣稱這種模塊化生產技術可以大幅度提高產品質量和性能。設計創新的重點在于輕型的葉片根端連接裝置和模塊化生產的翼梁結合技術。這種葉片重量很輕,因而產生的機械負荷與類似產品比也很低:D49型葉片的負荷值是6噸,而同類競爭產品的該技術指標是8噸。
  博塔說:“運用了降低負荷和減輕重量技術的2兆瓦AMSC風機可以不經任何風機規格改造就將葉輪直徑從常規的93米提高到100米。更重要的是,這種新風機每年產能可以提高6.12%,可以明顯地提高經濟效益。”