海上風(fēng)電葉片研發(fā)的挑戰(zhàn)
日期：2014-08-02
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在7月3日上海國際海上風(fēng)電及風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈大會“海上風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)”專場，自于荷蘭Pentis Enjineesing區(qū)經(jīng)總理martijn先生發(fā)表了關(guān)于海上風(fēng)電葉片的演講。北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)整理現(xiàn)場內(nèi)容如下：
【Martijn】：非常感謝，我今天的演講主要是專門來關(guān)注風(fēng)電的葉片研發(fā)，我希望能夠跟大家介紹一下我們的研發(fā)以及降低成本相關(guān)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(fēng)電葉片的挑戰(zhàn)，同時看看海上風(fēng)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(zhì)量。
先介紹一下Pontis，我們是2007年創(chuàng)立的，是由這兩個人創(chuàng)立。這兩個人之屬于GE的，2013年3個人一起成立這個公司，現(xiàn)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(shè)計和產(chǎn)品，同時80%是陸上和海上風(fēng)電，包括運輸、海事業(yè)務(wù)和建筑。我們是一個設(shè)計型公司，但是除了設(shè)計公司以外也是一個提供一站式的服務(wù)的公司，我們是為客戶從概念說設(shè)計一直到認證，一直到后的系列生產(chǎn)提供一站式的服務(wù)。
我們擁有海上葉片設(shè)計的經(jīng)驗，現(xiàn)在在4個海上風(fēng)電做葉片的設(shè)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(jīng)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(lǐng)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(fēng)能機這一塊是肯定能滿足要求的。
我們也經(jīng)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(jié)點。同時我們現(xiàn)在是一個第三方的公司，我們也是和原材料的供應(yīng)商有合作。總部是荷蘭阿姆斯特丹，同時在美國2010年的時候設(shè)立了辦事處，在北京08年成立辦公室。可以看到這是我們所有業(yè)務(wù)的相關(guān)布局，大多數(shù)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(nèi)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(yīng)商做到海上風(fēng)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(shè)。
簡單的跟大家看一下我們的工作。我們主要做什么的?先設(shè)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(shè)計，之后做一系列開發(fā)。我們提供的先是設(shè)計，但是的合作商喜歡自己做設(shè)計，我們可以幫助他更好的做一些設(shè)計的優(yōu)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(yīng)的開發(fā)，同時做供應(yīng)的優(yōu)化。第三個是做樣機的設(shè)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(shè)計當中的一個結(jié)，終轉(zhuǎn)換成為生產(chǎn)過程當中的食物，后能夠去達到量產(chǎn)，慢慢的我們會解除或者結(jié)束這樣的合作關(guān)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(shè)計到生產(chǎn)所有的工作。
這是全的相關(guān)的經(jīng)驗，關(guān)于的葉片經(jīng)驗，裝機總量1.5兆瓦，一直到10兆瓦都有不同的規(guī)格。大家可以看到是和這樣玻璃，以及一些相應(yīng)的環(huán)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(jié)省很多成本，當時質(zhì)量是相當好的。我們現(xiàn)在在全都生產(chǎn)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(guān)系。
挑戰(zhàn)，海上風(fēng)電葉片的挑戰(zhàn)剛才講到了，剛才前面的嘉賓也講到挑戰(zhàn)。我想強調(diào)從我們的觀點來的幾個重大的挑戰(zhàn)，先是風(fēng)機的負荷，葉片大概有40噸左右，通常來說是10到12噸，現(xiàn)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(zhàn)是運輸和安裝，看到這張照片，這是一個海上的風(fēng)電葉片。你可以看到轉(zhuǎn)彎的有多么困難，在新船只上有的時候鐵軌需要專門設(shè)計。你必須設(shè)計新的安裝船。通常來說我們建議你的把海上風(fēng)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(yīng)對臺風(fēng)、強風(fēng)高風(fēng)速的臺風(fēng)，我們必須在結(jié)構(gòu)上做更大的改進，有更高的平均的風(fēng)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(zhàn)。這個在海上的業(yè)務(wù)里面實際上是一個新挑戰(zhàn)。
設(shè)計和生產(chǎn)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(zhì)量沒有退后、沒有反工、沒有故障。設(shè)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(shè)計師看看這個設(shè)計的過程，一些設(shè)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(shè)計的話會解決很大的問題。
很重要的一點是這個設(shè)計團隊要理解他們的設(shè)計對制造的影響，可制造性。整個流程、整個工藝，應(yīng)該由設(shè)計去驅(qū)動。或者由一個工藝決定。整個葉片的質(zhì)量通常由勞動力的素質(zhì)決定，車間里的工程師，葉片的業(yè)務(wù)。我們使用造船的技術(shù)來實現(xiàn)航空的質(zhì)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(zhì)。
我給大家舉一些例子，面對海上風(fēng)電葉片一些挑戰(zhàn)，先是黏合劑的應(yīng)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(fēng)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(jīng)生產(chǎn)很多的岸上的葉片，但是海上風(fēng)電葉片需要黏合劑的量大概要3到4倍，所以說生產(chǎn)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(fù)層以前是1米的高度，現(xiàn)在是2.5到3米高度。這個對于岸上的葉片已經(jīng)很難涂裝了，在海上的葉片就很難。所以必須在設(shè)計的時候考慮所有的因素。這個是預(yù)制預(yù)成型，待會兒會講到這個概念。
參數(shù)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(shù)也沒變多少，仍然是1毫米，這個要求很難達到。必須和設(shè)計公司和認證機關(guān)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(zhàn)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(xiàn)在開發(fā)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(yù)制要求是完全一種新的制造角度和思路。另外質(zhì)量控制現(xiàn)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(xué)習(xí)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(zhì)量是20年，在目前為止現(xiàn)在沒有葉片的制造商可以保證這一點。如果你需要有擔(dān)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(fēng)力發(fā)動機制造商可能對葉片無損探傷感興趣。
簡短的概述，關(guān)于海上風(fēng)電的市場。2015年原來的目標是5GW，現(xiàn)在實現(xiàn)了500兆瓦左右，10%左右。這是一個風(fēng)險很高的市場，有不同理由為什么這個目標沒有實現(xiàn)。但是到后可能每個人會新開心我們沒有實現(xiàn)這個目標，因為這個當中有很大風(fēng)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(fā)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(guān)于風(fēng)場選址和安全、漁業(yè)、運輸?shù)鹊葐栴}正在解決中。相信很多項目很快會啟動，技術(shù)問題我等會兒會講一講。
有一些新的補貼政策，能源局發(fā)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(lǐng)航有一個100兆瓦的項目，是在政府發(fā)布了這些規(guī)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(fā)布新的補貼政策。質(zhì)量是非常重要的。如果政府要是開發(fā)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(zhì)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(xùn)中學(xué)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(guī)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(zhì)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(jié)構(gòu)材料可以更換，可以使用經(jīng)濟生產(chǎn)。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(guī)的一些現(xiàn)象，不合格的一些現(xiàn)象。更短的制造時間意味著單位里面的葉片產(chǎn)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(fù)合材料按里面的樹脂的流動，使用一些特殊的材料。根據(jù)我們自己的經(jīng)驗，可以預(yù)測這個物料是怎么樣流入你的材料里面，優(yōu)化和降低生產(chǎn)中的故障和失誤。我們在復(fù)合材料里面有25年經(jīng)驗，我們知道怎么樣處理這些復(fù)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(guī)模按照正確的方向執(zhí)行的。另外我們還有一些預(yù)制料，Pontis有一些。
關(guān)于預(yù)制，Pontis 公司使用了75米長的6千瓦的海上風(fēng)電設(shè)計。我們使用一些融合的，注入的一些工藝，預(yù)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(chǎn)周期削減50%以上。同時也能夠提高整個產(chǎn)品的質(zhì)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(guān)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(fēng)險的做法。你做75米葉片可以改變他的填充物，包括我們環(huán)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(shè)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(chǎn)商能夠有這樣的生產(chǎn)工藝來要求自己。基本上的風(fēng)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?shù)某兄亍？梢院芎玫慕档湍愕哪芎摹?/P>
比如說在中間切斷這樣一個葉片，這個整個有效性和延續(xù)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(zhàn)。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(nèi)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(shè)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(chǎn)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(yīng)的話題，我們可以用更新的材料。現(xiàn)在來說，這個碳纖他的成本比玻璃高太多。但是實現(xiàn)在航空業(yè)比如說308空客生產(chǎn)商也進入了碳纖維的研究領(lǐng)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(fēng)電，包括在汽車行業(yè)和航空行業(yè)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(chǎn)很多的設(shè)備，現(xiàn)在做的工作是到生產(chǎn)工廠給他們相應(yīng)的指導(dǎo)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(zhuǎn)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(yīng)整個項目的效率。在后看到的是我們在歐洲做的精益生產(chǎn)的項目，可以通過精益生產(chǎn)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(zhì)量反而會加強你的質(zhì)量。當然我們知道這個市場是非常高風(fēng)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(zhì)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(shè)計和生產(chǎn)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(chǎn)慢慢的移到了海上。現(xiàn)在我們無法確保陸上生產(chǎn)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(guān)鍵的業(yè)務(wù)都是盡可能貼近海上風(fēng)電風(fēng)場來生產(chǎn)他們的葉片和組件，在也有很多其他相應(yīng)的公司，都是把生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)的。
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