新能源之風力發電

經曆了數十年經濟快速發展，工業(ye) 化進程加快，我國已成為(wei) 全球第一能源消耗大國。以前我國的的能源結構大約60%以上依靠煤炭，不僅(jin) 在生產(chan) 、使用帶來了嚴(yan) 重的汙染，還有煤礦安全事故時有發生。進入21世紀後，汽車使用量爆發性增長，我國又成為(wei) 了第一石油進口大國。為(wei) 了改變石化燃料為(wei) 主的能源結構，我國大力投入新能源、清潔能源設施的建設。從(cong) LNG天然氣、水力發電、光伏發電、核電，到風力發電、地熱能、沼氣能等，均有較大的發展。

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

我國背靠亞(ya) 歐大陸，麵朝太平洋，擁有豐(feng) 富的風力資源，內(nei) 陸主要集中在新疆、甘肅、內(nei) 蒙等地區，沿海主要集中在海南、廣東(dong) 、福建、浙江等東(dong) 南省份。多年來政府非常重視風力發電的開發，中國是世界風能領域的領導者，擁有世界三分之一以上的風電裝機容量，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、英國等國家也是風電大國。

我國風電：從(cong) 西北到沿海

習(xi) 近平主席近日在聯合國大會(hui) 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(zheng) 於(yu) 2030年前達到峰值，努力爭(zheng) 取於(yu) 2060年前實現碳中和。因此，可以預見風力發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力發展規模，占全球總量約三分之一。新疆、甘肅等擁有豐(feng) 富風電資源的西部地區，就由於(yu) 人口和工業(ye) 較少，消納不了這麽(me) 多電。加上向東(dong) 部輸電設施不完善、成本增加，導致棄風限電的情況常常發生，最為(wei) 嚴(yan) 重是2012年，棄風率17%。西部陸地風電場的發展遇到了瓶頸。於(yu) 是，風電場從(cong) 西部陸地走向東(dong) 部海上。

中國海上風電目前總裝機容量445萬(wan) 千瓦，市場規模超過1萬(wan) 億(yi) 元，是僅(jin) 次於(yu) 英國、德國的世界第三大海上風電國家。

2018年廣東(dong) 省政府工作報告明確要求加快布局發展海上風電，以陽江市為(wei) 主戰場，建設世界級風電產(chan) 業(ye) 基地。陽江麵朝南海，擁有海岸線長458.6公裏，常年風力資源豐(feng) 富。已有三峽、明陽智慧、中廣核、中節能、粵電、華電等一批大型風電開發企業(ye) 集聚陽江，規模化、連片化、整體(ti) 化開發海上風電資源。預計到2025年，陽江海域1000萬(wan) 千瓦海上風電裝機將全部建成投產(chan) ，總投資近2000億(yi) 元。

激光技術助力風電站裝置

海上風電裝置建設於(yu) 淺水中，長期受到海水腐蝕，對金屬部件以及製造工藝提出了新的挑戰。風電的整機、葉片、電機、塔筒、電梯、鋼管樁及導管架、等關(guan) 鍵裝備部件大多數是大型金屬構件，在這方麵激光的金屬加工將有不錯的發揮空間，以激光切割、激光焊接、激光熔覆、表麵處理為(wei) 主，另外激光清洗、激光測量等也會(hui) 有其作用。另外在港口機械、升降台、金屬鑄造等領域也能廣泛用到激光技術。 

在這些金屬零部件方麵，如今已有明陽、金風、龍馬等17個(ge) 總投資近200億(yi) 元的風電裝備製造企業(ye) 落戶陽江風電裝備製造基地。明陽風機葉片，中水電四局塔筒、塔架，粵水電塔筒已投產(chan) ，陽江風電裝備基地也是珠江西岸先進裝備製造產(chan) 業(ye) 帶一部分。 

渦輪機占海上風電最重要的組成部分，包括機艙、轉子和塔架三大部分。損壞後更換成本很高，常常可以選擇激光修複。 

激光熔覆是指以不同添料方式在被熔覆基體(ti) 表麵上放置被選擇的塗層材料經激光輻照使之和基體(ti) 表麵一薄層同時熔化，並快速凝固形成稀釋率極低，與(yu) 基體(ti) 成冶金結合的表麵塗層，顯著改善基層表麵的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從(cong) 而達到表麵改性或修複的目的，既滿足了對材料表麵特定性能的要求，又節約了大量的貴重元素。 

風電零件如主軸、轉架等在維修過程中經常發現拉毛或磨損嚴(yan) 重，如不進行維修無法繼續使用。激光熔覆可以對行星輪內(nei) 孔、主軸、行星架（球鐵件）、高速軸等進行修複，極大提高了零件的二次利用率，減少了維修成本，並縮短了齒輪箱維修周期。

 激光熔覆後的行星架軸頸 （圖片來源：南京安維士傳(chuan) 動技術股份有限公司）

美國曾提出利用激光3D打印技術製造風電葉片。美國能源部希望能夠使用3D打印技術使當前的製造方法更有效率，進而實現成本節約。事實上，當前用來製造葉片的模具成本高達1000萬(wan) 美元，但是每個(ge) 模具隻能製造大約1000個(ge) 葉片。更加麻煩的是，由於(yu) 風能技術的發展速度很快，這些葉片常常會(hui) 在到達其使用壽命之前就已經過時了，進一步推高了製造成本。

Sandia國家實驗室，甚至還曾經發明過增材製造技術——激光直接成型 （LENS），這是一種能夠打印複雜金屬部件的粉末3D打印工藝；還有Robocasting，這是一個(ge) 通過加壓針使陶瓷漿料注漿成型成為(wei) 三維部件，然後在窯爐裏燒製硬化。

激光超聲無損檢測風電葉片

風電葉片是風力發電機組的核心部件之一，一般由碳纖維或玻璃纖維增強複合材料製備而成。在生產(chan) 、運輸、吊裝等過程中，有時候葉片難免出現孔隙、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(wei) 代表的非接觸式超聲無損檢測技術則是研究的熱點。

對於(yu) 激光超聲無損檢測技術，目前取得的成果已經很可觀，並有諸多應用於(yu) 複合材料無損檢測的案例。

現階段，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，高效準確，能在線實時檢測，適用葉片複合材料各種複雜結構和各種惡劣環境，相對於(yu) 其他無損檢測方式有大量獨特的優(you) 勢。

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

重量級嘉賓講解激光在風電裝置應用

ALAT 2020 中國高能量激光自動化加工大會(hui) 將於(yu) 10 月13-14日在深圳國際會(hui) 展中心（新館）舉(ju) 辦，陽江市五金刀剪產(chan) 業(ye) 技術研究院張瑞華院長將參會(hui) 並作報告：《高功率激光加工在海上風電中的應用》。

張瑞華院長將會(hui) 詳細講解目前風電哪些關(guan) 鍵部件用到了激光製造技術，同時還會(hui) 分析當前我國風電會(hui) 給激光加工帶來什麽(me) 樣的新要求，具有什麽(me) 樣的市場潛力。

該會(hui) 議主要探討高功率激光焊接、清洗、表麵處理等話題，還邀請了西安交大、新疆大學、廣汽本田、湖南大學、華中科技大學、陽江市五金刀剪產(chan) 業(ye) 技術研究院、新會(hui) 中集集裝箱、南開大學、銳科激光、聯贏激光等多家單位參與(yu) 作技術報告。

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