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CWPC2024:DNV可再生能源認證中國區(qū)總經理趙國彬發(fā)表《聚焦風電葉片新標準—關注行業(yè)可靠性》的演講

2024-04-28 瀏覽數(shù):889

大家上午好,很高興和大家在這里又一次見面,兩年前也是在這里和大家介紹的題目是下一代葉片認證的標準。兩年時間內,

大家上午好,很高興和大家在這里又一次見面,兩年前也是在這里和大家介紹的題目是下一代葉片認證的標準。兩年時間內,相當于風電發(fā)展的日新月異,不管是單兆瓦千瓦時的增加,還是風電的使用場景,從陸上到海上,到深遠海。以及葉片長度,從80米到90米,剛才各位專家講到已經到140多米,這樣的變化就帶來很多挑戰(zhàn),所以今天帶來的題目:聚焦風電葉片新標準,關注行業(yè)可靠性。

可靠性,相當于在座每一位同仁和行業(yè)目前都關心的問題。昨天也有很多專家提到目前在講葉片發(fā)展的話,或者葉片行業(yè)的發(fā)展,已經遠遠超過了我們所熟知的標準覆蓋的范圍。今天我分享一下DNV新標準覆蓋了哪些內容。

在座各位可能對DNV整體業(yè)務不是很熟悉,給大家看一下咱們的材料和葉片未來使用在哪里。陸上風電、海上風電是大家所熟知的。還有能源島,能源島是去年3月份時DNV發(fā)布全球首個標準,它的使用場景是用人工島嶼或者填海造島的形式進行電轉氫的方向,現(xiàn)在一說到氫能源是全球的熱點問題,它的思路是把海上風電所發(fā)的電直接制成氫,然后通過郵輪的方式運出去,就改變了現(xiàn)在通過海底電纜的格局。再是漂浮式海上風電,整個基礎是漂在水上,現(xiàn)在也是屬于國家重點項目,海南有6個試點,我相信在座有的材料商和有的葉片會在今年底或者明年裝機時,就會裝在海上漂浮式風電的風機上。從陸上到海上、能源島,再到漂浮式風電,可以說對葉片和材料挑戰(zhàn)越來越大,風險也越來越高。按照目前的設計方式、大家的理解和知識儲備,可能會面臨很多難題。

針對這些難題,DNV在標準引領上也一直在做很多儲備和準備。我們從2010 0376到2024。2010,可能是目前行業(yè)內90%,甚至99%企業(yè)在遵循的標準,我們也在很多場合上講過,2010只適用于60米及以下的葉片,超過這個尺寸就不再適用了。2015年時發(fā)布了DNVST-0376 2015版,到現(xiàn)在已經快9年的時間。通過我們粗略的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,真正用這個標準來做設計的企業(yè)還非常少,大家去做借鑒。

兩年前,我向各位分享了新標準的雛形,今天可以和各位很高興的分享這個標準基本上定稿了。我相信很多葉片廠和整機廠已經收到過DNV所發(fā)的訂正,也感謝大家的意見,我們也會積極回應,我們也會進行更新。所以我分享的是DNV-ST-0376:2024版,會在4月份發(fā)布。

(圖示)這是標準目錄,在12個方面,20幾項新增內容,或者更新的內容。稍后,我也會介紹選出來5-6個相對重點內容和各位分享。

可以快速的看一下,比如說大家關心長葉片的扭載載荷。也有新材的,表面屈曲,現(xiàn)在風場很多事情和這個相關的。比如說損傷容限的,還有302.11原材料,使用場景很多深遠海的,正是把環(huán)境影響因素考慮在設計范圍內了。可能很多材料商和葉片廠聽過,但不知道怎么做。可以告訴大家,它會改變很多測試的想法和原來固有的格局,比如高溫高濕下,比如低溫下,做靜態(tài)大家都做過。現(xiàn)在問大家的問題是能不能在這種環(huán)境下做疲勞,可能是一個挑戰(zhàn)。但它長期在高濕高鹽環(huán)境下,材料的表現(xiàn)性能是不一樣的。比如葉片測試、生產,很多附錄的指導內容。在生產的過程中,我們正式把材料測試的數(shù)據(jù)并入生產公差的計算里。

(圖示)這一頁在很多場合已經和大家分享過,就是葉輪直徑不停變大,它的更新動力需求越來越強,這也是DNV投入了兩年時間在做標準的動力。DNV標準,如果大家能看得到它的整個歷程,基本上5-7年一定會更新,或者說重寫它的標準,這也是符合一個行業(yè)的發(fā)展。

這是很多公開數(shù)據(jù),大家快速看一下,包括很多行業(yè)頭部在講發(fā)展大葉片、大風機盡量慢一點,緩一點,把質量做扎實。甚至包括右邊知名的企業(yè),幾十億歐元的損失,因為沒有充足的驗證。在這樣的背景下,DNV在2023年5月份時發(fā)布了一個白皮書,這里有很多干貨,很多內容,大家感興趣就到DNV網站上搜尋就可以。如果感興趣也可以聯(lián)系我,我把這份分享給大家。它有一些主旨內容,葉片的耐久性,可以理解為整個周期。維護成本越來越高。檢驗規(guī)模大、耗時非常長,碳纖葉片遭受雷擊損傷嚴重,過去葉片中忽略的微小損傷。除了前幾年所說的拉擠片材沒有做任何大的更新,但它的風險是隨著葉片延長是幾何級數(shù)的增長。

除了剛剛的挑戰(zhàn),這里也列了很多,葉片臨界損傷率遠遠超過了基于設計標準目標的預期。隨著葉片變得更大,現(xiàn)場維修更復雜。嚴重雷擊損壞情況增加,特別是碳纖維葉片,大家在做碳纖維測試時一定要考慮未來的接口和知識儲備。在使用壽命早期,嚴重葉片前緣侵蝕發(fā)生率增加。

所有的挑戰(zhàn)不只是生產端,也有設計端,安全余量Safety Margin趨勢推向零,而不是通過更高的余量來保持額外的安全性。實際上安全余量越大越好,葉片變長了,安全余量更大才能更保守,給生產、運輸、運營留一些操作空間或者犯錯的機會。但設計基本上無限接近于我們的期望和理論計算了,無疑會給設計之后的所有產業(yè)鏈希望0失誤,或者失誤性越來越小。但這么大一片,我們可以想是不可能的。通過這個背景,希望大家借鑒DNV新標準把Safety Margin變得比現(xiàn)在大一點,或者更安全一點。

設計的兩大準則,用事實取代假設、增加設計和生產的關聯(lián)。要么測試,風場的測試,要么生產的數(shù)據(jù)。我們標準的參與方,有業(yè)主單位、生產型企業(yè)、生產方、測試方,收集了現(xiàn)場葉片在風場失效的各種情況。可以和各位分享一下,這里很多是雷擊、前緣損傷、后緣損傷、芯材損傷,基本上風場遇到的典型失效問題,包括國內,因為國內去年前年出現(xiàn)了非常多損傷,我們也做過調查。所有損傷模型、失效模型都被考慮到這個標準,這就是這份標準和以前最大的不同,它是從失效模型推到設計中需要考慮的問題,和生產、材料需要考慮的問題。

我們看一下IEC 6的新內容,分層;結構膠的分析;芯材,失效過程中有各種各樣沒有見到的現(xiàn)象,因為全尺寸過程中覆蓋不到的區(qū)域,所以芯材的整個分析在新標準中也是作為重點的考慮;局部地區(qū)和穩(wěn)定性。

我們做了幾個標準的對標,2015、2024版,還有IEC-5和IEC-1,整個大的邏輯是我們取消了很多工廠性判斷,增加了實際風場或者實際行業(yè)所關心的知識儲備。同時,簡單假設的載荷,剛才我說的4個方向方式全部被移去。最后達成的效果,1.3、1.3。2024版在最小最大時,最小1.3是和1400-1做對接,最大2.47、4.97,兩個標準基本上可以理解成為是互換的,但DNV標準有更多指導原則,會給全行業(yè)帶來一步一步經驗分享。

這是損傷容限,不管是測試還是風場過程中,對破壞形式判斷類型掌握不準的,通過這套理論用于生產中可接受的制造缺陷,也可以在測試過程中給到很多判斷,相當于有了很好的理論依據(jù)。這是我們在葉片測試過程中的損傷,所有大型葉片在測試過程中沒有不壞的,斷、壞分幾類:非關鍵損傷,很小的缺陷可以忽略不計,不用采取任何動作;關鍵性損傷,可能這個葉片斷了,不可修復,這個要找根因。最關鍵的是潛在的關鍵損傷,分多少類,是不是損傷容限所定義過和沒有定義過,整個損傷怎么維修,怎么繼續(xù)進行測試,因為大型尺寸葉片在測試過程中如果不把損傷去定義清楚,首先耗時耗力。再一個風險,做完之后這個結果可能不被第三方認可,尤其是出口型葉片,這個會有更大的潛在合規(guī)、法務的風險,這是給了很好的指導原則,在標準中也有很清楚的路線圖告訴大家怎么識別。

我在很多場合也和各位分享過,就是它的子部件。原來大家都在說子部件做了是為什么,這個標準正式把原來我們所建議、驗證的點寫入標準里,被證實作為人爭一部分所接受。這兩天專家也在討論,做了很多結構件測試。可能行業(yè)也在問做完之后做什么,可以指導它的設計,驗證它的失效模型,代替局部葉片測試。小標題我就不念了,可以說這三個方面就是目前大尺寸葉片非常急缺的,因為原材料有了、全尺寸葉片有了、生產有了,但所有關鍵部件驗證理論仿真和指導沒有任何迭代,可能現(xiàn)在還剛開始,一切還都不晚。現(xiàn)在剛開始,說明正好迎合了大葉片的發(fā)展。首次提出歷史數(shù)據(jù)可以用來做分析,風場上幾萬套葉片這些數(shù)據(jù)都死在那里,大家有機會可以把這些大數(shù)據(jù)收集起來,可以對歷史數(shù)據(jù)和經驗進行整理和分析。

(圖示)這里有哪些變化,把哪些移出了,大家可以拍照留存。怎么使用,標準里明確說明了,它是給更多IEC制作指導,或者作為單獨標準使用。新標準,大家可以拍照留存,4月份預計發(fā)布,大家在登錄DNV標準網站時會有一些指導性原則,歡迎大家在發(fā)布的時候下載或者開創(chuàng)賬號。

研發(fā)一代、儲備一代,剛剛講的標準就結束了嗎,事實上還沒有。現(xiàn)在所做的所有拉擠、部件相關在標準里有細則,所以我們在今年會推出新的標準儲備,分5個目錄:拉擠梁測試、葉根連接測試、子部件測試、葉片測試。這5個部分標委會成員DNV正式決定邀請客戶參加,到時候收到邀請的各界同仁歡迎大家參加,這是下一代標準的知識儲備,可能在明年我們會做新的內容分享。這個標準是大家一起做起來的,可能大家使用時更了解了。

謝謝大家!


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