风电叶片

对风电叶片服役之后表面状态的调查以及对原厂涂装的反思

朱平

3M中国有限公司, 北京，100176

摘要：截止2011年底，我国累计安装风电机组45894台。“十二五”期间，我国规划风电新增装机70000 MW以上，以单机功率1.5MW估算，装机量不低于4.6万台。五年之后我国风机总量将会达到10万台左右，运转的叶片数目将达到30万支左右。如何确保这些风机安全经济运行是我国风电行业面临的巨大挑战。风叶是风机的吸能部件，风叶的健康高效运转是风机安全经济运行的前提，而风叶服役之后问题最先会出现在表面涂层。本文介绍了风电叶片在我国典型风场服役之后，表面涂层出现的若干问题，并由此反思叶片在制造阶段的涂料选择以及涂装工艺。最后提出若干建议，在叶片制造阶段选用合适的高性能涂料以并提高涂装工作质量，从源头做起为叶片的安全经济运行夯实基础。

关键词：风电叶片；服役之后；表面状态；涂装

Field investigation into surface conditions of wind blades in several typical wind farms and reconsideration about the coating

specification

In China, the total installation of wind turbine generator (WTG) reached 45894 sets with the whole capacity of 62364.2 Mw till the end of 2011. The schemed installation would be no less than 70000 MW according to China’s 12th five year plan. Given the capacity of 1.5 MW for each new WTG, the number would be more than 46000 sets. That means the total WTG installation will exceed 100 thousand after 5 years. There will be 300 thousand plus wind blades operating across China and offering clean energy to China society. It is a big challenge to maintain those WTGs operating smoothly and economically. Wind blades absorb energy for the WTG, its effective and efficient running is the prerequisite for the economy and safety of WTG. Deterioration always occurs on the blade surface first. This paper introduces certain problems about the surface of wind blades in several typical wind farms. Those problems enable us to rethink and reconsider about the wind blade coating products and coating specification during the blade OEM stage. We should select suitable high-quality coating products and optimize coating process, so as to build a solid basic for the safe and economical operation of wind blades. The wind farm owner, wind equipment

manufacturer, coating suppliers all will benefit.

0 引言

我国的《可再生能源法》自2006年1月开始生效，此后我国风电事业进入一个快速发展时期。2006年至2010年，我国风电的年新增装机容量增长均超过100%。我国自2008年开始大规模采用国外先进的设计技术，制造工艺，以及化工原料生产安装大型兆瓦级风电叶片，自2009年开始陆续进行了原料国产化替代工作。风电叶片在我国各地运行之后暴露出了一些问题，从而给了我们宝贵的机会来反思先前的设计，材料以及制造工艺是否适合中国各地的风场环境。

1 风叶在我国典型风场服役之后表面状态的调查

1.1 东南沿海风场

图1:我国6个典型风场

表1：6个典型风场的气候参数（数据来自风场资料以及当地政府网站数据）

龙源南日风电场位于福建省莆田市南日岛（图1），该岛离岸7海里。南日岛气候属亚热带海洋性气候：最高气温35℃，最低气温2℃，年平均气温19.2℃，降雨量年均1300毫米左右。该岛每年9 月到次年2 月为盛风期，风能年可利用小时数可达3800h[1]。风场一期以及二期于2005年完工并网发电。

该风场使用的叶片为25米长度的环氧基材叶片，表面为聚氨酯涂层，叶片R18000至R00000处前缘贴有3M风电叶片保护膜。根据现场调查(图2，图3)，叶片R15000至R18000处前缘胶衣损伤严重，露出底材，叶片表面布满深度直径

1-3mm的点蚀。

距离叶根更近但是没有保护膜的区域出现严重磨损

图3：南日风场叶片损伤，叶片中段，没有保护膜保护的叶片前缘损坏：8号机组3号叶片（左），12号机组2号叶片（中），13号机组2号叶片（右）

1.2 海南沿海风场

该风场位于海南省儋州市（图1），儋州属热带季风气候：太阳辐射强，光热充足年平均光照时数在2000小时以上。该市降雨量年均1815毫米，雨季为5月到10月，伴有台风以及强降雨。该风场风能年可利用小时数可达1800h。

该风场使用的叶片为37.3米长度的聚酯基材叶片，表面涂层为聚酯胶衣。根据现场调查，R22300至R37300处叶片前缘磨损严重，叶片表面其他区域没有点蚀（图4）。

图4：叶片前缘磨损严重（左图损伤部位距离叶尖1m，右图损伤距离叶尖4m）

1.3 苏北沿海风场

该风场位江苏如东（图1），该地属北亚热带海洋性季风气候区，年平均气温15℃，冬季潮湿寒冷，最低气温－5℃；夏季炎热潮湿，最高气温达40℃。年降雨量1050mm，常年阴雨天数在120天左右。年平均日照数为2100 h。该地风能资