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官网介绍风机叶片价格问题
作者: 发布日期:2020-07-31

  我们都知道的是,风机叶片是风机的非常重要的组成部分。风机叶片有着非常多的形态,但是大家或许可以感受到,就算是风机叶片形态各异,但都有一个特点:又长又贵?那么为什么会这样呢?下面就是官网的介绍。

  风电场里给人留下最深刻印象的可能就是那些“大风车”的大叶子了。它们常常显得巨长无比,很多甚至比塔架也短不了多少,打眼一看让人有种“比例失调”的感觉。航空运输史上最长货物运送记录就是由风电叶片在2010年创造的,当时动用了世界上最大的货机,乌克兰的安-225,叶片长达42m。可今天,曾经创纪录的42m已经有些弱爆了,世界上最长的风机叶片已经超过100m,几乎和35层楼等高。

  图1 某海上风电场

  远观去,叶片形制好像极其简单,似乎随便找一根和它们大长棍子顶上去也一样好使。如果告诉你就这些大长片子的造价几乎要占到整个机组里的1/4(要知道一台风电机组的造价可都是千万级的),是所有组件里最昂贵的,会不会把你和你的小伙伴们惊个一锅呆。没错,它们就是那么地“简单高贵”,塔架、发电机这些貌似很有料的大部件都要边边儿站。

  图2 叶片出厂

  那么问题来了,为什么要把叶片整那么长?凭什么又那么贵?

  1 风机为什么那么长

  首先解释为什么要那么长。让机组身材比例和谐一点不行吗?让制造、运输和吊装的“攻城狮”们省点心不好吗?答案是,不是不行,也不是不好,只是不利于钱包大鼓腹发展目标的快速实现。叶片越来越长,越买越贵的直接动因是降低全寿期内的单位发电成本。这听起来似乎有点矛盾,实际上却有着坚实的金算盘做数字支撑。

  叶片长有什么好处呢?答案是它能捕获更多的风能。在风资源领域,叶轮直径是决定发电量极为关键的因素,固定功率下,单位kw扫风面积是影响发电量最关键的指标,也即叶轮直径是决定发电量的最关键指标,捕获风能的大小直接影响了转化后的发电量有多少。

  在任何一个风场,都不可能有365X24小时的高品质风力资源,那些高耸的风车一年内有一大半的时间是静止不转的(转2000~3000小时属比较正常),而更长的叶片可以为那些呆呆思考人生的风车们带来更长的有效工作时间,让它们动起来,舒缓投资人的“静止焦虑症”。

  图3 某陆上风电场

  此外,长叶片是大功率机组不断迭代的必然,即单机功率越大叶片往往也需设计的更长。在有限的服役周期内,人们总希望昂贵的风机能够发出更多的电,于是机组容量从主流的2、3MW,发展到5、6MW,甚至是8 MW、10 MW。没有长叶片这个基础,所有的大容量机组都是空谈,所以大容量需求也在倒逼着叶片“成长”。长叶片修长曼妙的身姿带来的是实实在在的利润,那些“小短腿”们跑一圈可能只能赚5毛,大长腿跑一圈可能就是1块、1块5,对投资人来说买贵点也值啊

  2 叶片为什么那么贵

  任何工业产品只要某一方面的特质达到了某种极限,就意味着要有与之配套的高水准的制造装备和工艺水平。不论这种极限的特征是大是小,是复杂度还是精细度。超大尺度的叶片提高了制造门槛,其生产加工是不折不扣的高端制造。

  在追求极致投资回报的背景下,尺度变大的同时重量又要得到最严格的控制,因为每一千克累赘在风机的生命周期内都将造成可观的经济损失。重量上希望它减一点,再减一点,而叶片的强度却又希望它强一点,再强一点,矛盾显而易见的。叶片越长,最基本的重力载荷也将显著增长,国内某知名厂商叶片的数据:45米以下1.5MW叶片,重量在5~8吨之间;45~59米之间2MW叶片,重量在8.5~13.6吨之间;72米4.5MW叶片,重23.6吨;77.7米6~6.7MW叶片,重31.5吨。而离心力、表面风压等载荷与叶片长度的均呈指数级正比关系,叶片增长对结构强度的挑战可见一斑。

  服役过程中叶片出现强度问题那几乎灾难性的事故,不仅影响有效服役时间,更让投资人抓狂的是高昂的维修费用。重量和强度矛盾的化解,一方面要依靠制造商强大的结构设计能力和生产加工能力(这需要足够优秀的“攻城狮”团队和先进的基础设施),另一方面则需要动则几十吨的高强度复合材料(玻璃纤维、碳纤维,或两者的组合是目前超长叶片制造的主流材料),均价格不菲。

  叶片制造成本属各家商业秘密,公开数据不多,但通过简单的材料测算也可以窥见一二。以碳纤维为例,一公斤碳纤维最廉价的国产也要200元起,东丽等知名进口货常常都是1500元往上走,用作基材的环氧树脂也要30元/kg。一支80米左右的叶片可能在30吨左右(参考某国内厂商数据),即使是玻璃纤维和碳纤维混合使用,仅材料这一项成本也将是相当惊人的。此外新叶片的生产还有模具成本,像30m~40m的小型叶片模具都要300~400万元一套,5/6MW风机用的70多米的叶片模具成本更是它的数倍。

  此外,叶片绝不像看起来那么简单,很多的叶片都要根据风场的风力特点进行定制化设计。要获得空气动力性能优越的叶片需要进行大量的仿真和风洞试验,即便像艾尔姆这样的知名企业,他们本身都开发自己的叶片翼型库,可如果要开发新产品还是要去做大量的试验,以获得更好的叶片升力性能。因为升力哪怕提升1%,其累积的收益也将是相当可观的。

  综上所述通过官网的介绍,我们对于风机叶片的价格问题已经有了更多的了解。风机叶片别看它似乎是很简单的部件,但是实际上风机叶片的设计和生产都是和很多的科技与创新技术联系在一起的。风机叶片贵的理所应当。

 

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