一、检验检测服务天津新能源产业发展
2022年中国风电发电量达到6526亿千瓦时,同比增长40.5%,当年新增装机量和累计装机量世界排名第一,在“十四五”期间风电产业仍面临重大发展机遇,高质量发展风电是实现“双碳”国家战略目标的重要路径。
风电叶片是风力发电机组的核心部件,但缺少有效检测验证给产品质量造成了很大的不确定性,部分风电叶片故障给整个行业带来非常巨大的经济损失。通过理论计算很难对这些“庞然大物”的结构安全性进行准确评估。因此,叶片检测试验就成为验证叶片设计的正确性、可靠性和制造工艺的合理性、评估叶片结构的实际承载能力和提高风电叶片运行安全性的一种有效手段。缺少高标准、国际化的大型叶片综合性试验检测平台,成为了我国风电发展的“拦路虎”。
在上述行业背景下,2020年9月8日,中科国风科技有限公司与SGS通标标准技术服务有限公司集中各自优势资源组建中科国通检测认证(天津)有限公司,建成了世界可检测最长风电叶片及其零部件、原材料的第三方公共技术服务平台。检测平台是在中国科学院徐建中院士的带领下,企业员工和中国科学院的科学家们一起,深刻贯彻执行天津市 “深学笃用,天津行动” 高质量经济发展战略,基于国家级“三个中心及一个实验室”构建的高标准产学研一体化平台。
天津共有18家风电相关企业,风电场装机总规模达到116万千瓦,但此前天津并无风机叶片的专业检验检测机构。中科国通检测认证(天津)有限公司是专业从事风机叶片检验检测的机构。为了支持天津新能源产业发展,天津市市场监管委主动服务,指导该机构申请检验检测机构资质认定。天津市市场监管委在评审现场向该机构提出了设置多场所、按照叶片规格分步取得检测资质的建议,解决了机构的困惑和问题。
该机构检测平台的建成和运行,真正实现了国家风电叶片尖端理论研究的实践落地。此平台的建成是一个整合国家顶尖科研资源、外资优势检测资源,为天津市打造自主创新重要源头和原始创新主要策源地提供战略支撑的具体实践,具有非常深远的社会价值。
二、创新引领发展
1.组织创新
以检测为基础的第三方公共技术服务平台由中国科学院徐建中院士为指导,集合国家能源风电叶片研发(实验)中心技术团队和SGS风能技术实验室团队协同构建,形成尖端理论体系指引,创新技术开发、一流操作团队实施验证的三级组织管理模式,拥有CMA、CNAS、IECRE等国内外资质许可,具备了高起点、高标准、高规范的显著特点,具有持续技术创新,引领国际风电检测技术潮流的能力,同时具备承接国家风能利用相关产业重大科研课题项目的能力和条件,成为独具特色的国际领先的产学研一体化平台。
2.技术创新
中国科学院徐建中院士作为检测平台的首席科学家,一直致力于国家风电技术的发展,率领研究团队积极投身大尺寸风电叶片检测技术的理论研究和实践运用。叶片疲劳测试周期较长,一款80米的叶片,常规循环次数下疲劳测试周期约需要15周。为缩短测试周期,更符合叶片实际受载情况,成功开发出风电叶片双轴疲劳测试系统,实现了对挥舞和摆振方向的同时加载,相较于单轴疲劳测试,测试周期缩短了37.5%。
针对风电叶片静力和疲劳测试过程中传统位移传感器不能准确测量问题,开发了三维视觉位移测量技术,能够实现在静态或动态测试过程测量位置的精确跟踪测量,具备非接触式、随动、高精度、系统准备时间短等显著优点,目前已广泛应用于百米级叶片的检测。
三、工作成效
1.经济效益。检测平台自2020年9月建成正式运行以来至2022年,实现风电叶片检测销售收入2994万元,为5家国内客户、4家国际客户提供了检测技术服务。未来平台将根据国内外风电产业发展的形势和需求持续进行检测能力的投入和建设,延伸检测服务范围,逐步建成具备风电全机组部件检测能力和风电场在线监测评估等方面的综合性检测服务平台,通过技术创新不断提高服务水平,预计2024年叶片检测业务产值达到5000万元,机组部件检测业务产值达到8000万元,到2027年平台各项业务产值突破3亿元,并实现公司整体上市。
2.社会效益:
此检测平台的建成,不仅有效满足了天津市本地风电叶片企业(东汽、时代新材、LM、SGRE等)大型风电叶片检测及开发需求,更向全球高端风电设备制造(VESTAS、WEG、GE等)提供定制化风电叶片测试解决方案,加快了大型风电叶片产品迭代升级的速度,促进了全球海上风电叶片产业的健康发展。
检测平台通过自主创新,开发了世界先进的检测技术,解决了超大尺寸风电叶片测试“卡脖子”问题。此检测平台的建成,标志着中科院工程热物理所重大科研成果进入了实质性转化阶段,也为进一步丰富和完善天津市新能源产业特别是风电产业板块、吸引产业链上下游企业集聚、推动天津市乃至全国新能源产业升级和发展提供了智力支撑与动力之源。
项目的建成将为国内企业开展百米以上叶片的研发测试奠定基础,加速推进我国海上超百米级叶片产业化应用。检测平台的建成并投入运行,成为我国迈入超大型海上风电叶片检测领域先进国家的重要标志,将为我国风电行业的发展和清洁能源的高效利用,实现习主席提出的“30·60”双碳目标发挥关键作用。
四、附录
请参见以下附录
附录一 客户感谢信
附录二 检测平台先进技术简介
检测平台开展了数字图像相关方法在风电叶片测试领域的应用项目,着力解决叶片3D大变形快速准确测量的业内痛点问题,从而在该测试领域达到国际领先水平。
平台目前正在进行100米以上叶片测试的准备工作,使实验室具备8至10个加载点同时加载、单点最大载荷350KN的静力加载能力。在疲劳测试方面具备最小叶片附加固定载荷下,针对不同客户要求,提供挥舞和摆振疲劳测试能力,满足未来国内外客户超大尺寸叶片测试需求。
附录三 检测平台专利和软著申请情况
序号 | 申请号/专利号 | 类型 | 发明名称 |
1 | ZL2018108519857 | 发明 | 一种风电叶片前缘防护系统及施工工艺 |
2 | ZL2018212127577 | 实用新型 | 一种风电叶片前缘防护系统 |
3 | ZL2018108519950 | 发明 | 一种结合了增功、降噪、防雷功能的后缘装置及方法 |
4 | ZL2018212152441 | 实用新型 | 一种结合了增功、降噪、防雷功能的后缘装置 |
5 | ZL2018111070561 | 发明 | 一种风电叶片延长节连接结构 |
6 | ZL2018215501533 | 实用新型 | 一种风电叶片延长节连接结构 |
7 | ZL2019204232434 | 实用新型 | 大尺寸叶片翻转及柔性存放工装 |
8 | ZL2019211571495 | 实用新型 | 一种风力发电机组风轮叶片增功延长节粘接开裂的报警装置 |
9 | ZL2020106926875 | 发明专利 | 一种叶片加长防雷导线连接结构以及防雷装置 |
10 | ZL2020106935658 | 发明专利 | 一种风电叶片监测用光纤光栅传感器 |
11 | ZL2020214164915 | 实用新型 | 一种叶片加长防雷导线连接结构以及防雷装置 |
12 | ZL2020214165161 | 实用新型 | 一种风电叶片监测用光纤光栅传感器 |
13 | ZL2020214166677 | 实用新型 | 一种风电叶片延长节防脱落装置 |
14 | ZL2020214175873 | 实用新型 | 一种风电叶片防雷击保护结构 |
15 | ZL2020214176629 | 发明 | 一种风电叶片局部构件的测试装置及方法 |
16 | ZL2020220202613 | 实用新型 | 一种风电叶片局部构件的测试装置 |
17 | ZL2007101762750 | 发明 | 一种水平轴风车及风电机组叶片的制作方法 |
18 | ZL202121231810X | 实用新型 | 一种风力发电扇叶载荷检测用静态加载梁 |
19 | ZL202121229269X | 实用新型 | 一种风力发电机风机叶片支撑系统 |
20 | ZL2021212293441 | 实用新型 | 一种风力发电叶片叶根支撑装置 |
21 | ZL2021212293456 | 实用新型 | 风机叶片挥舞疲劳测试用叶尖气动降阻装置 |
22 | ZL2021212293935 | 实用新型 | 一种风力发电叶片叶尖支撑装置 |
23 | ZL2021212318203 | 实用新型 | 一种风电叶片测试用连接环存放架 |
24 | ZL2021212322603 | 实用新型 | 一种风电叶片转运及静态载荷检测用吊装梁 |
25 | ZL2021212322641 | 实用新型 | 一种叶片安装用气动螺杆顶压装置 |
26 | ZL2021212322618 | 实用新型 | 一种风电叶片静力测试用拉载倾角测量装置 |
27 | 2021SR1001088 | 软著 | 中科国通风电叶片疲劳测试有限元计算软件V1.0 |
28 | 2021SR0995803 | 软著 | 中科国通风机叶片静力测试数据处理软件V1.0 |
29 | 2021SR0988607 | 软著 | 中科国通风电叶片测试数据处理及报告生成系统V1.0 |
30 | 2021SR0995767 | 软著 | 中科国通风机叶片3D位移不确定度计算软件V1.0 |