海上風電葉片研發的挑戰

    在7月3日上海國際海上風電及風電產業鏈大會“海上風電關鍵技術”專場，自于荷蘭Pentis Enjineesing區經總理martijn先生發表了關于海上風電葉片的演講。北極星風力發電網整理現場內容如下：

    【Martijn】：非常感謝，我今天的演講主要是專門來關注風電的葉片研發，我希望能夠跟大家介紹一下我們的研發以及降低成本相關的方法。先來簡單介紹一下我們公司，然后跟大家提一下海上風電葉片的挑戰，同時看看海上風電的市場。我會專門講一個非常有意思的話題，就是如何幫助我們降低葉片的成本而不影響終的質量。

    先介紹一下Pontis，我們是2007年創立的，是由這兩個人創立。這兩個人之屬于GE的，2013年3個人一起成立這個公司，現在我們團隊有25個工程師，他們有很多很多GE工作背景，同時塌了的認證也是非常的資深。我們做的是什么呢?我們主要是做的設計和產品，同時80%是陸上和海上風電，包括運輸、海事業務和建筑。我們是一個設計型公司，但是除了設計公司以外也是一個提供一站式的服務的公司，我們是為客戶從概念說設計一直到認證，一直到后的系列生產提供一站式的服務。

    我們擁有海上葉片設計的經驗，現在在4個海上風電做葉片的設計，兩個是歐洲，兩個，葉片的長度是68到85米左右。我們沒有更多的客戶經驗跟大家分享，但是我們在全招納人才，同時我們是廣有人脈的。在航空這個領域我們也有很多葉片，但是我們可以跟大家保證，如果你們的葉片能夠滿足空客的要求的話，在風能機這一塊是肯定能滿足要求的。

    我們也經常參與到項目的管理當中，一旦我們做項目的話，我們會和這些公司一起和合作商一起合作，確保達成時間的結點。同時我們現在是一個第三方的公司，我們也是和原材料的供應商有合作?？偛渴呛商m阿姆斯特丹，同時在美國2010年的時候設立了辦事處，在北京08年成立辦公室?？梢钥吹竭@是我們所有業務的相關布局，大多數項目都是在總部，在美國也有一些項目，另外在也有超過10個項目在建：北部，內蒙古和烏魯木齊。之后會向東海岸推薦，包括連云港、大連等等。我們知道趨勢是怎么樣的，希望把整個供應商做到海上風能機葉片的提供，很一些項目并沒有通過審批，但是我相信很快可以開工建設。

    簡單的跟大家看一下我們的工作。我們主要做什么的?先設計葉片。我們看到一個新的趨勢，的公司或者說全的工作都是一樣的，先要說到整個設計，之后做一系列開發。我們提供的先是設計，但是的合作商喜歡自己做設計，我們可以幫助他更好的做一些設計的優化，有些人要需要做認證，我們可以幫助他們準備做認證。我們做供應的開發，同時做供應的優化。第三個是做樣機的設計，臺樣機是客戶制作的，我們會選擇他終坐落的位置，我們把設計當中的一個結，終轉換成為生產過程當中的食物，后能夠去達到量產，慢慢的我們會解除或者結束這樣的合作關系。一年的周期之后一般來說可以完成這個項目，也就是說一年的時間可以幫助他們從設計到生產所有的工作。

    這是全的相關的經驗，關于的葉片經驗，裝機總量1.5兆瓦，一直到10兆瓦都有不同的規格。大家可以看到是和這樣玻璃，以及一些相應的環氧樹脂作材料。我們也做很多PE材料，這是近做的比較多的資料，這個材料比較不錯。也可以幫助你們節省很多成本，當時質量是相當好的。我們現在在全都生產這樣的葉片。這是一個87米以上葉片，這個直徑100多米這個需要大運輸。這是一個有趣的圖片給大家看看這些“巨人”是多大。所以說尺寸確實是有影響的，大小確實是有關系。

    挑戰，海上風電葉片的挑戰剛才講到了，剛才前面的嘉賓也講到挑戰。我想強調從我們的觀點來的幾個重大的挑戰，先是風機的負荷，葉片大概有40噸左右，通常來說是10到12噸，現在尺寸增加了4到5倍的重量。當然可以使用更多的材料，平均的載荷增加了。

    第二個挑戰是運輸和安裝，看到這張照片，這是一個海上的風電葉片。你可以看到轉彎的有多么困難，在新船只上有的時候鐵軌需要專門設計。你必須設計新的安裝船。通常來說我們建議你的把海上風電葉片在岸上安裝，安裝好然后再運到海上。然后你在海上安裝，你需要把整個葉片進行運輸，這個和岸上的葉片安裝是不一樣的。
海上運用狀況，我們一直處理應對臺風、強風高風速的臺風，我們必須在結構上做更大的改進，有更高的平均的風速會增加疲勞載荷，有的時候會有延誤和冰，這個也是重大的挑戰。這個在海上的業務里面實際上是一個新挑戰。

    設計和生產之間矛盾，作為一個制造公司，你想快速的降低成本，你想達到質量沒有退后、沒有反工、沒有故障。設計方面要求一些其他的因素，主要是集中一些新載荷、小阻力和更光滑的表面，這兩種要求并不一定能夠匹配。有的時候設計師看看這個設計的過程，一些設計的很好的葉片在紙上面是效率是很高實際上是制造不出來的，有幾個理由，待會我會介紹這幾個理由。我們看到公司的早期介入，早期參與設計的話會解決很大的問題。

    很重要的一點是這個設計團隊要理解他們的設計對制造的影響，可制造性。整個流程、整個工藝，應該由設計去驅動?；蛘哂梢粋€工藝決定。整個葉片的質量通常由勞動力的素質決定，車間里的工程師，葉片的業務。我們使用造船的技術來實現航空的質量，所以說很多的工藝可以看到流程，目前的工藝并不是非常強有力，非常取決于工程素質。

    我給大家舉一些例子，面對海上風電葉片一些挑戰，先是黏合劑的應用和涂裝，我們要使用黏合劑岸上是300到400公斤。而在海上風電葉片可能需要1噸，固化的時間是沒變的，總使用量大增。這意味著他們已經生產很多的岸上的葉片，但是海上風電葉片需要黏合劑的量大概要3到4倍，所以說生產的過程很緊張。

    看到一個海上的葉片他比屋頂更高，后援單向部必須有很高的位置，這種玻璃纖維的復層以前是1米的高度，現在是2.5到3米高度。這個對于岸上的葉片已經很難涂裝了，在海上的葉片就很難。所以必須在設計的時候考慮所有的因素。這個是預制預成型，待會兒會講到這個概念。

    參數的要求，這是一個有趣的議題。對注塑我們有一些標準，DIN16901：1米的長度誤差是1毫米，如果有個葉片是85米長，長度的誤差要求是一樣的。對于40米的葉片，這個標準率少于1毫米。對于大于80米的葉片這個參數也沒變多少，仍然是1毫米，這個要求很難達到。必須和設計公司和認證機關一起來研究這個問題，我們可以做到這點。但是要滿足這些目標實際是很難很昂貴的。

    其他問題，這些問題是一個比較困難的，我們的挑戰是材料的改變，4個海上的項目是使用碳纖維。這個并不一定是完全需要，但是73米的葉片仍然是使用玻纖，不一定使用碳纖。但是現在開發必須使用的是碳纖，這個不只意味著一個新材料，而且是一個新工藝。目前預制要求是完全一種新的制造角度和思路。另外質量控制現在變成一個大問題，因為使用新的材料和碳纖維不像玻璃纖維那么好使用。他是可以做，但是必須理解這種材料。對這個來說，我們建議我們的客戶使用的使用無損探傷，無損探傷在整個市場上在歐洲也是一個新的概念。我們建議我們的客戶學習這個無損探傷。這個是一個很昂貴的工具，但是可以保證葉片的質量是20年，在目前為止現在沒有葉片的制造商可以保證這一點。如果你需要有擔保，有保修的，你要進行保險。葉片制造商使用NDEG無損探傷是很好的保險公司可以參照的點。風力發動機制造商可能對葉片無損探傷感興趣。

    簡短的概述，關于海上風電的市場。2015年原來的目標是5GW，現在實現了500兆瓦左右，10%左右。這是一個風險很高的市場，有不同理由為什么這個目標沒有實現。但是到后可能每個人會新開心我們沒有實現這個目標，因為這個當中有很大風險。延誤的原因是補貼沒有到位，我會講講這個補貼上個月有一個好消息，政府發布了新的補貼電價，這個對我們海上市場是一個推動力的。其他的一些是關于風場選址和安全、漁業、運輸等等問題正在解決中。相信很多項目很快會啟動，技術問題我等會兒會講一講。

    有一些新的補貼政策，能源局發布了八毛五的補貼電價，這是低的補貼，但是仍然是好消息。一些省級政府宣布會給一些補貼，在政策以外，上海會也給0.2元/度，上海領航有一個100兆瓦的項目，是在政府發布了這些規則以后。還有其些省份也會提出一些類似，在0.85元的補貼電價上面，這是一個低位的補貼，但是省級政府會發布新的補貼政策。質量是非常重要的。如果政府要是開發商按照這些補貼來工作的話，他們必須得減少他們的成本。另外一張幻燈片怎么樣降低成本，保證你的質量。

    后我想說的是，在歐洲、在美國，我們在過去15到20年犯了很多錯誤，我想跟大家分享一些我們從教訓中學的一些東西。和一些跟西方公司的合作可以在做很多的事情，我想說的是，對未來規劃有一些更開放討論也許對公司有一些幫助。

    降低成本而不影響你的質量，對這個問題來說，有一些想法可以降低你的成本，直接或者間接的可以通過縮短制造周期，可以更換材料，一些分結構材料可以更換，可以使用經濟生產。從材料到工藝可以使用研究沒使用的材料，可以減少維修的時間，或者是葉片里面的違規的一些現象，不合格的一些現象。更短的制造時間意味著單位里面的葉片產出，可以減少維修成本，因為維修要很高的成本。怎么樣做到這一點?

    我們有一些軟件可以幫助我們模擬。在復合材料按里面的樹脂的流動，使用一些特殊的材料。根據我們自己的經驗，可以預測這個物料是怎么樣流入你的材料里面，優化和降低生產中的故障和失誤。我們在復合材料里面有25年經驗，我們知道怎么樣處理這些復雜的情況。我們進行一些自己實驗室進行工藝測試，確保我們提供的建議是大規模按照正確的方向執行的。另外我們還有一些預制料，Pontis有一些。

    關于預制，Pontis 公司使用了75米長的6千瓦的海上風電設計。我們使用一些融合的，注入的一些工藝，預制的工藝，可以降低制造的周期，可以至少50%。在這個昂貴的主模具上面，可以鋪上一層一層的玻璃纖維，你可以使用重力讓材料自己滲入進去。這個以后可以用在你的葉片上面，可以大大介紹里的生產周期削減50%以上。同時也能夠提高整個產品的質量，這是非常重要的一點。

    當然在這邊也有一些其他降低成本的相關方法，比如說你可以使用一些填充物，包括你可以在這邊是比較有風險的做法。你做75米葉片可以改變他的填充物，包括我們環氧材料改成聚酯。如果你用聚酯的話，這時候可以做到更好的抗疲勞度的情況。同時，我也可以很好的將你原始的成本降低35%左右。你也用更新的材料，比如說高強玻纖的，同時你也可以用一些模塊化的軸箱的一些部件。

    先我想跟大家討論一下模塊化的設計，這些模塊在有非常好的例子，同時在政府他也在刺激這些材料生產商能夠有這樣的生產工藝來要求自己?；旧系娘L速是比較低的，所以這樣是的材料也非常好用。另外，你可以在這樣一個葉片的尖上面可以加一些東西上去。我們在美國、歐洲都做過測試，可以降低整個重量，這個對運輸來說非常好的。因為我們不僅僅是在尖端加說一些東西你運輸的承重。可以很好的降低你的能耗。

    比如說在中間切斷這樣一個葉片，這個整個有效性和延續性也是非常好的。另外可以把這樣一個葉片一個二級變成三級葉片，同時在這邊的挑戰。當然就是需要去找到很多的解決方案。比如說你需要把不同的部件連接在一起。同時你也需要考慮一些葉片的內部的覆膜的工藝，要嘗試不同的解決方案。

    但我個人認為重要的事情就是從設計的開始你就需要考慮，然后才能非常顯著的降低你的運輸成本。如果說專門來為這樣一個運輸葉片去生產一個80米長的輪船，當然這個不太存在，但是如果你要這樣做的話，成本就非常高了。材料一直以來是非常有意思相應的話題，我們可以用更新的材料。現在來說，這個碳纖他的成本比玻璃高太多。但是實現在航空業比如說308空客生產商也進入了碳纖維的研究領域。他們是用大量的碳纖維為新的飛機降低重量，所以在未來飛機的重量會降低很多。我們這說的是在整個風電，包括在汽車行業和航空行業都有非常多的碳纖維使用。

    隨著時間的推移，我們還需要考慮一點，就是你的整個葉片的成本可能會增加，因為你總的材料成本會增加，但是其實總成本是降低的。因為在這你的整個齒輪箱，包括你的軸承整個大小都會因為他的重量下降而下降。所以總的來說下降因此你需要做一個全盤性的考慮。在以后不要簡簡單單來考慮葉片本身成本是不是下降，而是要看所有的成本。

    后一張幻燈片，我們能夠做什么呢?跟大家解釋過了，我們能夠生產很多的設備，現在做的工作是到生產工廠給他們相應的指導意見，比如說待兩個星期告訴工廠要怎么怎么做。之后會縮短周轉周期和檢修的時間，然后我們會需要去看看他們材料的成本是多少。這幾步都完成之后，我們會專門提升整個成本和提升相應整個項目的效率。在后看到的是我們在歐洲做的精益生產的項目，可以通過精益生產降低總成本達到6%。
 
    后我也可以告訴大家，在某些地方不會降低質量反而會加強你的質量。當然我們知道這個市場是非常高風險的市場，我們都必須能夠降低成本，但是一定要保證我們的質量。一般來說計劃壽命是20年，如果是這20年就有任何問題的話，這肯定是我們不想要的事情。

    包括我們也是設計和生產一些其他的零部件，也是我們的一個工藝。包括他重量件，包括防腐蝕這一塊，防腐蝕也是我們非常重要的話題。謝謝大家的時間，如果說大家有問題的話可以隨時向我提問。

   【提問】：謝謝，這邊有一個問題，是考慮到物流，你剛才展示了一個圖片，主要是運輸葉片的問題，海上葉片的生產慢慢的移到了海上。現在我們無法確保陸上生產出來的組件能否成功的運到海上進行安裝，所以你這邊是否考慮到這一點?

   【Martijn】：你看到德國關鍵的業務都是盡可能貼近海上風電風場來生產他們的葉片和組件，在也有很多其他相應的公司，都是把生產基地移到連云港是天津港。在天津可能不一定是同樣的情況。但是至少我們上海和福建這邊，很多都是將生產基地移向了沿海，包括烏魯木齊，烏魯木齊都是在貼近海港直接生產的。