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新材料故事 | 海上风电叶片:“海燕”的战士之歌

来源:凯时k66下载股份、中国复材、中复连众  发布时间:2022-04-15

编者按

当材料醒来的那一刻,它将成为你生活中的一段感受。看、听、触摸......置身其中,材料无处不在。凯时k66下载集团的能工巧匠们,实验、坚守、创新,锲而不舍,只为成就材料背后的可能,开发材料蕴含的宝藏。我们始终心怀“国之大者”,打造“国之大材”,服务国防建设、服务国家重大工程、服务国民经济主战场、服务人民美好生活......

《新材料故事》,将用通俗易懂的话语,让大家更好认识身边无处不在的新材料,为大家讲述我们与社会发展、人类生活齐步走的故事。

“在苍茫的大海上,狂风卷集着乌云,在乌云和大海之间,海燕像黑色的闪电,在高傲地飞翔。”说起海上风电叶片,会让人不经意联想到高尔基的《海燕》,海上风电叶片如同一只海燕,在大海上空挥舞着、转动着,它箭一般地穿过乌云,战胜狂风、暴雨、雷电,自由翱翔。

风电叶片

为配合我国首个海上风电项目——上海东海大桥海上风电项目建设,2008年,中复连众复合材料集团有限公司启航海上逐梦之旅,启动了44米、3兆瓦叶片研发工作,次年叶片下线并开始发运。自此,中复连众在海上风电叶片领域一路驰骋、不断取得新的突破……

2010年,62米叶片成功应用于当时国内单机容量最大的5MW机组

2017年,68米叶片成功替代进口叶片

2018年,84米叶片成为当时全球最长纯玻纤叶片

2020年,90米碳纤维预浸料主梁叶片下线

2021年,代表着新一代制造技术与水平的102米叶片顺利通过测试

2022年,超过110米的叶片将在中复连众诞生

更长,更大功率叶片在研发进程中……

立足海上风电,面向汪洋大海,这些如海燕般的海上风电叶片可以战胜狂风、暴雨和雷电。

战胜狂风

台风是海上风电无法回避的现实问题,对风电叶片的运行安全提出更高要求,这也意味着海上风电叶片需要更强的结构、更精细的设计和更强的叶根连接。

中复连众始终致力于研发推动新型高性能材料在风电叶片上的应用。碳纤维可以给叶片提供更高的刚度和强度,是海上风电叶片制造的理想材料。2018年中复连众与国内厂家共同开发国产碳纤维预浸料,国产碳纤维预浸料首次批量应用于90米以上海上风电叶片。2019年中复连众在国内率先将玻纤拉挤板成功批量应用于40米叶片上。2021年,成功将碳纤维拉挤板批量应用于100米以上海上风电叶片……

中复连众90米叶片装机的海上风电场

随着海上风电叶片的大型化、叶片重量的增加,叶根承受越来越大的载荷,叶根连接直接影响叶片的运行安全和叶片的自重。中复连众分秒必争攻克更高强度的叶根连接技术,实现了将特定直径叶根承载能力提升20%的重大飞跃,超过了引进技术公司产品承载能力,为未来更加大型的海上风电叶片开发奠定了基础。

战胜暴雨

勇敢的海燕在大海上空翱翔,迎接着暴雨的洗礼,不惧风吹雨打、烈日炎炎,不惧海水侵蚀,迎风飞翔。海上风电叶片也要面对海上盐雾、紫外线和雨蚀的考验。中复连众为“海燕”筑起了一道道防护,形成“海燕”在暴雨雷电中勇往直前的屏障——金属件的防腐、叶片表面和前缘的油漆防护。

叶根连接螺栓的防腐曾是一个长期存在的困扰问题,初期的叶片螺栓有的在厂内就发生了锈蚀,根本无法应对海上的工况。联合螺栓制造厂家不断地优化防腐材料和涂覆工艺,一遍遍地测试,最终将耐中性盐雾试验时长由720小时增加至1440小时,叶片上的其它金属件也都达到了1440小时中性盐雾试验的要求。

中复连众货场叶片

叶片表面的防护油漆要经过海上强紫外线老化和盐雾腐蚀作用,尤其是叶片的前缘,海上的高降水量及叶尖高线速度造成海上风电叶片的前缘雨蚀问题非常严重。为满足海上环境的防护要求,通过大量试验验证,使用性能优异的材料,确保了叶片在承受3000h的Q-UVA老化、2000h的Q-UVB老化、3000h耐盐雾后皮肤不出现任何异常,并可以接受160m/s的线速度、直径1-2mm雨滴9h以上雨蚀测试挑战,仍旧毫发无损。

战胜雷电

狂风裹挟着乌云,面对雷电的嘶鸣,勇敢的“海燕”身披一身金钟罩,在大海上空高傲地飞翔,无惧雷电。为满足“海燕”对这层金钟罩“皮实耐穿(质量稳定)、经济(低成本)、舒服(生产便捷)”等需求,中复连众研发团队对叶片重新进行了全面的分析研究,并打造出全新金钟罩——LPS-B系统。

防雷测试

随着新国际标准的实施以及技术创新研究的不断深入,风电叶片正朝着大型化、轻量化发展,对叶片防雷系统设计提出了更高的要求。这个全新的金钟罩,确保了叶片即使在经受200kA、10MJ、200C的雷击后仍旧坚不可摧,在高雷暴的海上,无惧隆隆雷鸣。

叶片国内最长102米碳纤维叶片在江苏省海上重点实验室中复连众检测平台一次性通过静载测试

除了拥有钢铁般的意志、强健的身体,中复连众还为“海燕”打造了强有力的健康监测平台——全尺寸检测中心,能够为叶片提供全面的体检,确保叶片可以承受狂风骤雨的考验,从而保证了叶片质量和风力发电机组稳定运行。

风从海上来,电送千万家。截至目前,中复连众所供的海上风电装机规模达到3GW,年发电量超过100亿千瓦时,可减排二氧化碳900万吨。

在海的呼啸和风的怒吼中,

战士“海燕”像个勇敢的白色精灵,

它迎风转动,

将阵阵海风转化为清洁能源。

在加快绿色低碳发展、

建设人与自然和谐共生的现代化道路上,

我们期待看到更多的“海燕”

御风而行、与风共舞。