让风机叶片“刚柔并济” ——国家能源集团关键技术破解风电大型化难题
让风机叶片“刚柔并济”
——国家能源集团关键技术破解风电大型化难题
中国电力报记者 莫非
3月底，由国家能源集团联合动力牵头承担的国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”重点专项“大型柔性叶片气动弹性设计关键技术”项目，顺利通过了国家自然科学基金委员会高技术研究发展中心组织的综合绩效评价。
▲联合动力自研生产的大型柔性叶片
这标志着我国大型柔性叶片气动弹性设计核心技术瓶颈已被攻克，我国风电技术进步、产业升级更上一层楼。
什么是“大型柔性叶片”？
大型柔性叶片通常是指长度超过100米、具有较大动态变形能力的轻量化风电叶片。以项目研制的115米叶片为例，可同时容纳近300个成年人并肩站在上面，风轮扫风面积达到4.3万平方米，相当于6个标准足球场的面积。在配套10兆瓦风力发电机组情况下，风轮转一圈可产生21.6千瓦时电，单台机组一年能产生约3000万千瓦时电量，可满足8500户四口之家一年的日常使用。
为什么要研究大型柔性叶片关键技术？
随着风电叶片越来越长、越来越柔韧，一个关键的技术挑战随之出现：当风吹动叶片时，叶片会发生弯曲变形，而这种变形反过来又会影响风的流动，形成复杂的相互作用，这就是气动弹性耦合效应。极端情况下，这种效应可能导致叶片剧烈抖动甚至失控，就像飞机机翼的颤振一样危险。为了解决这个制约风电大型化发展的关键技术难题，项目专门针对大型柔性叶片的气动弹性设计展开攻关。
此项目突破了哪些关键技术？
一是自主开发了首个国产大型柔性叶片气动弹性动态模拟软件，打破了国外叶片分析软件的垄断。
▲大型柔性叶片气动弹性模拟软件架构
二是搭建了国内首个大型柔性叶片颤振的风洞试验平台，成功观测到旋转叶片缩比模型的颤振现象，填补行业空白。
▲柔性叶片风洞试验多目视觉测试平台
三是自主研制了我国首款基于气动弹性稳定性的大型柔性叶片设计优化国产软件平台。
▲大型柔性叶片设计优化软件平台架构
四是构建了国内首个国产化百米级叶片设计、制造、测试、验证全链条的闭环技术体系。
该项目有何意义？
据项目负责人介绍，该项目突破了大型柔性叶片气动弹性耦合动态模拟技术和颤振“预测—试验—抑制”方法，成功研发了具有自主知识产权的叶片气动弹性分析和优化设计软件，有效推动我国风电技术迭代升级。
项目研制并挂机验证的115米大型柔性叶片，多项指标处于行业领先水平。项目申请发明专利50项，培养研究生30余人，相关技术成果可推广至更长叶片的研制与批量应用，为我国风电高质量发展提供技术和人才支撑。
▲项目叶片现场挂机示范验证
据悉，下一步，联合动力将以国家能源集团“1331”科技创新战略为引领，系统总结“大型柔性叶片气动弹性设计关键技术”项目的成功经验，持续深化风电前沿技术研发与产业化应用，为推动我国风电产业高质量发展贡献联合动力智慧与力量。
责任编辑：沈馨蕊