3M中國有限公司風電事業部經理陶理——“葉片前緣侵蝕與風機年發電量的損失”。

　　【陶理】：大家好，今天很高興來到這個論壇跟大家交流。在風電項目中大家比較多的，知道的是我們的葉片保護膜和貼膠，日常生活中還有防護口罩，汽車貼膜，3M是一家以創新和產品多元化為著稱的世界五百強企業，我在這家企業服務了將近12年。

　　我們公司最早成立于1902年，我們進入中國是30年，是一家具有百年歷史的老店。公司全球銷售是318億美金，在研發方面投入很多資源和力量。我們在可再生能源方面為我們的風電客戶著力提供高效可靠的解決方案，因為我們要保證在整個風機20年的壽命中，在風場的運轉是可靠和安全。3M有46個技術平臺，每個技術平臺由一個字母來代表，比如說AB就是粘膜，我們希望核心技術膜、粘接劑等這些技術平臺的交叉研究不同的產品滿足風電客戶的需求。

　　我們的產品主要是葉片表面防護，葉片結構材料和葉片制造工藝中都有提供。在葉片表面有葉片前緣防護解決方案，在葉片制造過程中，很多葉片廠都用我們的無色透明貼膜。我們在葉片的修補上有修補的膩子，目前整個市場業主也有很大的需求，是希望提高風機的發電效率，增加風場的回收，我們有渦輪發生器的解決方案。現在葉片的工藝制造促使葉片的設計有不同的提升，尤其是在氣動或者減噪方面，TPI有一款葉片是為國外的主機廠制造，這個葉片上就加了渦輪發生器建噪的配件，這就是用我們的膠帶，保證了強勁的粘接和抗疲勞性，保證在20年的運行過程中不會脫落。

　　有一個值得關注的問題是去年西門子在2014年度第四季度財寶披露風能部門遭受巨大的財務損失，主要是來自陸上風機主軸和陸上和海上葉片所產生的費用。這些損傷，大量的支出主要是來自于葉片前緣侵蝕以及撕裂，主要發生的部位是葉片的尖端往的部位。

　　這些是葉片前緣腐蝕的照片，隨著越來越長的葉片要求，以及風場面臨的極端環境，目前市場上現有的涂料不能完全滿足抵抗侵蝕的要求，3M風電葉片保護膜還是市面上最佳抗侵蝕的解決方案。我們的客戶他們也在尋求有沒有液態的保護膜可以取代3M的產品。這是風場不同的年限產生的不同侵蝕程度，葉片的前緣侵蝕是所有的葉片都會碰到的，無論在什么風場，什么油漆，葉片的長度，都會出現葉片前緣侵蝕的問題，侵蝕主要是取決于風場周圍的環境，葉片的結構質量和表面處理。高速的風中夾帶的顆粒物和雨水是導致侵蝕的主要原因。從葉片侵蝕的程度可以分為三個層次：一個是油漆磨穿，最嚴重的是出現分層的現象。

　　這是德國GKA風電公司提供給我們，一般葉片前緣腐蝕產生的問題，在葉尖三米的位置出現腐蝕的前面，距離葉尖10米的位置是非常微小的侵蝕，這也是我們給客戶的推薦，基本上葉片前緣侵蝕發生最嚴重的或者你希望能夠達到最經濟的防護是從葉尖到整個葉片長度的三分之一，如果你想比較完好的防護你的葉片，你可以防護的措施是從葉尖到整個葉片的二分之一處。

　　葉片的前緣其實是不是只對葉片的外觀造成影響，還是對它的氣動造成影響，我們公司做了風動的研究測試，我們做這個研究是在兩年半前，我們已經跟業內同行介紹過我們這個研究，如果是搞氣動的話，應該對我們這個研究組的教授有一定的認識。我們這個測試是在小尺寸的異型模型上用計算機模擬人為制造前緣侵蝕，分為九種等級，我今天展示的是其中三種比較典型的等級。通過在三層不同的侵蝕狀態，在風動里面的測試和計算機的模擬來估算年發電量的損失。

　　其實麥加昨天的展示也展示了我們的研究成果，我當時看到的時候是非常驚訝的，也有一些生氣，因為畢竟這是我們3M跟邁克教授一起搞的長達一定時間的理論研究。我們同行非常推崇3M在前緣防護這個領域的研究，我們的理論研究原封不動的復制到他們的PPT，顯示了對我們公司在前緣侵蝕領域的尊重。

　　這個是ROM的研究資料，ROM也是發表如果你的葉片是粗糙的，這個粗糙很有可能是你的前緣侵蝕造成的，你維修的話，對你發電量的增長會有3%到8%。有趣的是現在業主也希望在風機上進一步提高發電效率，增加風場的營收。我們渦流發生器，在一千多臺風機上安裝的效果平均年發電量提升是2.3%到2.6%。葉片前緣侵蝕三種不同的狀態對年發電量的下降，最低的是4.2%的下降，最高的達到20.5%。對于業主來說，與其花錢裝渦流發生器，還不如考慮更好的防護你的前緣，甚至出現問題盡快維修也是對你提高發電量的損失，早日把投資回報收回，我們也做了投資回報率跟凈獻值的測算，一般點狀侵蝕一般會出現整個葉片服役年限在半年到4年，這樣的情況如果做維修的話，你收回投資是3.7個月，如果已經達到封層的現象，這一般是葉片出現5到6年，如果做維修，2.4個月就可以收回投資回報。

　　海上風機5兆瓦也是一樣的，我們風電葉片保護膜的特點是，我們產品具有非常悠久的應用經驗，我們最早是保護直升機的護翼，過去20年里面已經有超過15萬的風機葉片安裝了我們的保護膜，我們的保護膜還有白色和黑色的供客戶選擇，因為這個產品是從產線上出來的，它已經是固化的成品，所以膜的厚度是均一，這跟涂層不一樣，怎么樣保證你刷的油漆是控制好厚度的是非常關鍵的。

　　說到施工，有些人說我們的保護膜不好施工，我覺得是熟能生巧，最早在國內葉片廠貼，一開始比較生，但是現在兩個工人30分鐘就能貼一個葉片。在售后方面我們非常強調好的產品要有好的施工，TPI維修部門經過3M的培訓，他們提供的是非常好的快速，便捷，以及完好的貼膜施工質量。

　　說到環境，我們知道涂料在高濕度的情況下比較難施工，因為聚氨酯的涂料會吸收濕氣，這樣會造成涂料里面會有一些空隙，這會影響它的防護效果，而我們貼膜本身是濕貼法，甚至在下小雨的時候還可以施工。無論是性能也好，還是施工，都是非常方便的。

　　這是我們的保護膜的產品體系，我們的保護膜有三種不同的寬度，100毫米，152毫米，254毫米，長度是33米，貼這個膜還有一些配件，要在膜的周圍打封邊劑保證膜不會脫落，在葉尖我們推薦客戶涂一下底涂劑。我在2010年向國內市場推薦這款膜的時候，這款膜至少給客戶防護7到8年，所以我覺得介紹除膜劑沒有意義，其實我們有除膜劑的產品，在膜上面涂上涂膜劑可以方便去除殘膠。

　　有人說3M的膜只能防護5年，這是福建的一個風場，它的環境是高溫，高濕，05年建設，06年發電，12年風場因為發現葉片出現了破損的現象，這個風場是龍巖收益非常好的風場，所以他們非常重視維修，葉片的長度是25米，風機是來自西班牙一家風機主機廠，進口到中國的時候就帶著3M的膜。維修隊伍上去查看，貼了3M膜的區域都是完好的，這也是非常清晰的說明在高溫、高濕，國內的風場，6年保護膜完好。

　　這個技改項目，因為業主看到膜卓越的防護性能，做了維修之后，當時用了三家不同的面漆，但是在三家不同面漆的上面重新再貼了3M的膜。這個是保護膜在東北風場使用4年后的效果，也是非常清晰的，貼膜的區域都是完好的，白的部位是維修過的。這是海南的維修項目，當時主機的葉片，海南的環境和福建比較相似，甚至更惡劣，對于葉片的前緣侵蝕非常厲害，當時業主發現葉片前緣侵蝕非常厲害，所以加貼了3M的保護膜，這是丹麥哥本哈根的風場，這個風場離岸3.5公里的海上風場，2000年開始6臺風機都裝了我們的保護膜，5年之后檢查沒有葉片需要維修的10年進行維修，四分之一的膜破了，四分之三的膜還是好的。另外我們的保護膜就像給葉片穿上了防彈衣，即使膜破了葉下的涂層還可以像保護層。

　　國內外的案例，過去20年在高原，沿海，高海拔，海上風場超過15萬支葉片都貼著3M的防護膜，最新的項目是海上風電是6兆瓦的海上風機。2001年，很多客戶跟我說我們沒有葉片有前緣侵蝕的問題，因為整個中國風電行業風機蓬勃發展安裝也是在2007年開始的，現在越來越多客戶意識到前緣侵蝕確實是嚴重的問題。前緣侵蝕對所有的葉片來說都是嚴重的挑戰，它會導致嚴重的年發電量的下降，而我們貼膜單從膜的材料是1500到2000元一支，視葉片長度的大小，提供的防護是可以5到10年不等，關鍵看風場的環境，無論是預先維護，還是出現問題及早維修，整個投資收益都是少于5月。

　　大家還是比較熱可雨蝕測試是可以模式葉片風場中真實環境的情況。上面是涂層，右邊是涂層的雨蝕試驗。下面是貼了膜的，因為膜并不是不會壞，到了一定的時間它還是會壞的，這也是風場貼了膜的，在一定的年限之后膜壞了，它跟雨蝕實際膜的壞的情況差不多。為什么雨蝕試驗是檢驗葉片侵蝕防護材料是不是好，主要是因為雨蝕對葉片的侵蝕并不是縱向直接的沖擊，最主要的還有一個是橫向的沖擊，硬質的材料受到雙向的沖擊，經過沖擊之后的表面被破壞的微小結構就是前緣侵蝕的開始，所以我們覺得彈性材料能夠吸收能量，而我們的保護膜延展性達到500%，不管是縱向沖擊，還是橫向的沖擊都可以很好的吸收沖擊的能量，達到極強的防護效果。

　　這是丹麥的雨蝕試驗標準測試參數，為什么用這些紅顏色把測試參數標出來，有時候你拿到的客戶給你雨蝕測試試驗報告很漂亮，但是很有可能在風場實際運作中并不能體現相同的效果。舉一個真實的案例，西班牙這家主機廠商在葉片制造開始就用3M的膜，兩年前不買我們的膜，選用了前緣涂料，因為測試的實驗室數據非常漂亮，今年又找我們，重新用我們的膜，因為他用這個涂料兩年也抗不住。

　　你測試的環境，雨蝕測試下面是轉盤，下面是雨低，旋轉的速度是非常重要的，旋轉的速度就是模擬葉片在正常高速運轉中的加速，旋轉速度一般是在125米每秒到150米每秒，參數不一樣，同一種材質出來的測試結果也不一樣。還有就是樣品基材，是直接貼膜，還是還原葉片的初始狀態，就是基材加膩子，底漆，再加前緣防護資料做測試，即使同一個前緣防護材料效果也不一樣的。另外樣板的膜厚，如果這個膜厚是1千微米，或者500微米，測試出來的結果也不一樣的，1千微米的防護效果肯定比500微米的漆層防護效果好，當你拿到給你的測試報告，你就應該要問他的測試參數是怎樣的。還有一個非常關鍵的是制樣時候的濕度，因為濕度對涂料的敏感性非常到，當你在50%制樣實驗室出來的效果很好，但是在風場不可能濕度達到50%，尤其在華南這些雨水比較多的氣侯，你的濕度不可能維持50%，你的防護效果是會下降的。

　　這是我們公司競爭品，我每次給客戶送樣，我們都非常清晰的按照我們的要求，這些測試參數都要列在下面，在下面這些測試參數情況下，5小時前緣就出現了這樣的嚴重的侵蝕，這張不是3M去送樣，是我們競爭對手自己公布的材料，它的尖端速度是140米每秒，同一種材料不同的參數出來的雨蝕效果不一樣的。從競爭對手的雨蝕試驗你會發現左邊是最早出現侵蝕的，往后屬于下降，這也是為什么葉片越長，速度越快，葉尖越容易受到侵蝕。

　　這個是同一款材料試驗兩時出現點狀的侵蝕，到18個小時出現非常嚴重的侵蝕，大家看到的這個黑色是已經成洞了，說明損傷非常嚴重。這個是我們的保護膜，這下面是我們測試的環境，9小時可以看到細小的前緣侵蝕的現象。這個是我們研發的第一款前緣涂料，為什么我們還研發涂料？兩年多前我們掉了客戶，因為客戶都有自己的偏好，可能有的還是比較喜歡油漆，3M是以不斷創新為著稱的公司，所以我們研發了我們的前緣漆，第一代前緣漆相同的測試環境，雨蝕試驗18個小時沒有任何變化。

　　第一代涂料我們做了4千小時UV的老化，再做雨蝕試驗，經過老化以后的涂料，我們做了9個小時沒有任何變化。我們4千小時的老化試驗，用的是UVA，黑色的是UVA，綠色的是UVB，黑色的是跟自然光譜非常接近，我們也是盡可能模擬正常的自然光對產品紫外線的沖擊，所以我們用UVA做加速老化的試驗。

　　我們又研發了第二代前緣防護涂料，第一代在國內沒有推，我們在溫濕度這塊兒的可操作空間比較小，國內的工廠可能從條件來看，不像國外工廠那樣控制得非常好，我們第一代油漆已經在國外用了一年多，為了國內客戶，我們把固化時間縮短，同時他的溫度和濕度在拉長，我們在原來配方的基礎上添加了有專利的添加劑，保證在85濕度下固化性能能夠達到跟第一代一樣的效果。3M的添加劑添加了之后，使涂料表面有一層膜，可以防止水氣的吸收，水氣的吸收會造成涂料里面的空隙，最終的效果會大大降低你的防護效果，所以我們新的產品在85%的濕度下，保留了原來很好的雨蝕效果。膜厚是350微米。這個是我們新一代涂料最新的測試，85%的濕度，18個小時沒有任何變化，測試的參數跟前面說的一樣。