新能源之風(fēng)力發(fā)電

經(jīng)歷了數(shù)十年經(jīng)濟快速發(fā)展，工業(yè)化進程加快，我國已成為全球第一能源消耗大國。以前我國的的能源結(jié)構(gòu)大約60%以上依靠煤炭，不僅在生產(chǎn)、使用帶來了嚴重的污染，還有煤礦安全事故時有發(fā)生。進入21世紀后，汽車使用量爆發(fā)性增長，我國又成為了第一石油進口大國。為了改變石化燃料為主的能源結(jié)構(gòu)，我國大力投入新能源、清潔能源設(shè)施的建設(shè)。從LNG天然氣、水力發(fā)電、光伏發(fā)電、核電，到風(fēng)力發(fā)電、地?zé)崮?、沼氣能等，均有較大的發(fā)展。

世界的風(fēng)電資源主要集中在歐洲北海沿岸，如荷蘭、丹麥等國較早開發(fā)了風(fēng)電，荷蘭的風(fēng)車聞名世界；其次是在北美，集中在美國中西部高地；中亞的黑海周邊地帶；還有在東亞、西太平洋沿岸及島嶼一帶。

我國背靠亞歐大陸，面朝太平洋，擁有豐富的風(fēng)力資源，內(nèi)陸主要集中在新疆、甘肅、內(nèi)蒙等地區(qū)，沿海主要集中在海南、廣東、福建、浙江等東南省份。多年來政府非常重視風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)，中國是世界風(fēng)能領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，擁有世界三分之一以上的風(fēng)電裝機容量，裝機容量221GW，而排名第二的美國裝機容量96.4GW。德國、印度、西班牙、英國等國家也是風(fēng)電大國。

我國風(fēng)電：從西北到沿海

習(xí)近平主席近日在聯(lián)合國大會上的講話中宣布：中國將提高“國家自主貢獻”力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取于2060年前實現(xiàn)碳中和。因此，可以預(yù)見風(fēng)力發(fā)電將仍然是我國未來新能源的重要選項。

我國目前已建成全球最大的風(fēng)力發(fā)展規(guī)模，占全球總量約三分之一。新疆、甘肅等擁有豐富風(fēng)電資源的西部地區(qū)，就由于人口和工業(yè)較少，消納不了這么多電。加上向東部輸電設(shè)施不完善、成本增加，導(dǎo)致棄風(fēng)限電的情況常常發(fā)生，最為嚴重是2012年，棄風(fēng)率17%。西部陸地風(fēng)電場的發(fā)展遇到了瓶頸。于是，風(fēng)電場從西部陸地走向東部海上。

中國海上風(fēng)電目前總裝機容量445萬千瓦，市場規(guī)模超過1萬億元，是僅次于英國、德國的世界第三大海上風(fēng)電國家。

2018年廣東省政府工作報告明確要求加快布局發(fā)展海上風(fēng)電，以陽江市為主戰(zhàn)場，建設(shè)世界級風(fēng)電產(chǎn)業(yè)基地。陽江面朝南海，擁有海岸線長458.6公里，常年風(fēng)力資源豐富。已有三峽、明陽智慧、中廣核、中節(jié)能、粵電、華電等一批大型風(fēng)電開發(fā)企業(yè)集聚陽江，規(guī)?；?、連片化、整體化開發(fā)海上風(fēng)電資源。預(yù)計到2025年，陽江海域1000萬千瓦海上風(fēng)電裝機將全部建成投產(chǎn)，總投資近2000億元。

激光技術(shù)助力風(fēng)電站裝置

海上風(fēng)電裝置建設(shè)于淺水中，長期受到海水腐蝕，對金屬部件以及制造工藝提出了新的挑戰(zhàn)。風(fēng)電的整機、葉片、電機、塔筒、電梯、鋼管樁及導(dǎo)管架、等關(guān)鍵裝備部件大多數(shù)是大型金屬構(gòu)件，在這方面激光的金屬加工將有不錯的發(fā)揮空間，以激光切割、激光焊接、激光熔覆、表面處理為主，另外激光清洗、激光測量等也會有其作用。另外在港口機械、升降臺、金屬鑄造等領(lǐng)域也能廣泛用到激光技術(shù)。 

在這些金屬零部件方面，如今已有明陽、金風(fēng)、龍馬等17個總投資近200億元的風(fēng)電裝備制造企業(yè)落戶陽江風(fēng)電裝備制造基地。明陽風(fēng)機葉片，中水電四局塔筒、塔架，粵水電塔筒已投產(chǎn)，陽江風(fēng)電裝備基地也是珠江西岸先進裝備制造產(chǎn)業(yè)帶一部分。 

渦輪機占海上風(fēng)電最重要的組成部分，包括機艙、轉(zhuǎn)子和塔架三大部分。損壞后更換成本很高，常常可以選擇激光修復(fù)。 

激光熔覆是指以不同添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固形成稀釋率極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。 

風(fēng)電零件如主軸、轉(zhuǎn)架等在維修過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)拉毛或磨損嚴重，如不進行維修無法繼續(xù)使用。激光熔覆可以對行星輪內(nèi)孔、主軸、行星架（球鐵件）、高速軸等進行修復(fù)，極大提高了零件的二次利用率，減少了維修成本，并縮短了齒輪箱維修周期。

 激光熔覆后的行星架軸頸 （圖片來源：南京安維士傳動技術(shù)股份有限公司）

美國曾提出利用激光3D打印技術(shù)制造風(fēng)電葉片。美國能源部希望能夠使用3D打印技術(shù)使當(dāng)前的制造方法更有效率，進而實現(xiàn)成本節(jié)約。事實上，當(dāng)前用來制造葉片的模具成本高達1000萬美元，但是每個模具只能制造大約1000個葉片。更加麻煩的是，由于風(fēng)能技術(shù)的發(fā)展速度很快，這些葉片常常會在到達其使用壽命之前就已經(jīng)過時了，進一步推高了制造成本。

Sandia國家實驗室，甚至還曾經(jīng)發(fā)明過增材制造技術(shù)——激光直接成型 （LENS），這是一種能夠打印復(fù)雜金屬部件的粉末3D打印工藝；還有Robocasting，這是一個通過加壓針使陶瓷漿料注漿成型成為三維部件，然后在窯爐里燒制硬化。

激光超聲無損檢測風(fēng)電葉片

風(fēng)電葉片是風(fēng)力發(fā)電機組的核心部件之一，一般由碳纖維或玻璃纖維增強復(fù)合材料制備而成。在生產(chǎn)、運輸、吊裝等過程中，有時候葉片難免出現(xiàn)孔隙、裂紋、分層、缺膠等缺陷，使用過程中的跟蹤檢測都顯得十分重要。

超聲無損檢測一直是使用頻率較高的檢測手段，所以超聲回波檢測、相控陣檢測、空氣耦合超聲檢測、電磁超聲檢測以及激光超聲檢測等為代表的非接觸式超聲無損檢測技術(shù)則是研究的熱點。

對于激光超聲無損檢測技術(shù)，目前取得的成果已經(jīng)很可觀，并有諸多應(yīng)用于復(fù)合材料無損檢測的案例。

現(xiàn)階段，可以看出激光超聲無損檢測方法擁有非接觸測量，時間空間分辨率高，靈敏度高，高效準(zhǔn)確，能在線實時檢測，適用葉片復(fù)合材料各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)和各種惡劣環(huán)境，相對于其他無損檢測方式有大量獨特的優(yōu)勢。

雖然目前還存在這一些技術(shù)難題，包括成本、激光器改進、光聲轉(zhuǎn)換效率、以及智能化等問題，但技術(shù)人員對激光超聲技術(shù)的探索從未停止，相信經(jīng)過努力，這些難題終究會得到解決。

重量級嘉賓講解激光在風(fēng)電裝置應(yīng)用

ALAT 2020 中國高能量激光自動化加工大會將于10 月13-14日在深圳國際會展中心（新館）舉辦，陽江市五金刀剪產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院張瑞華院長將參會并作報告：《高功率激光加工在海上風(fēng)電中的應(yīng)用》。

張瑞華院長將會詳細講解目前風(fēng)電哪些關(guān)鍵部件用到了激光制造技術(shù)，同時還會分析當(dāng)前我國風(fēng)電會給激光加工帶來什么樣的新要求，具有什么樣的市場潛力。

該會議主要探討高功率激光焊接、清洗、表面處理等話題，還邀請了西安交大、新疆大學(xué)、廣汽本田、湖南大學(xué)、華中科技大學(xué)、陽江市五金刀剪產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院、新會中集集裝箱、南開大學(xué)、銳科激光、聯(lián)贏激光等多家單位參與作技術(shù)報告。

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