德国宇航中心开发新型智能风机叶片

 

       该叶片长20米，能够通过弯扭耦合适应各种风况条件。从2018年开始，该叶片将在位于不莱梅港的弗朗霍夫风能与能源系统技术研究所（IWES）进行一系列加载测试。在SmartBlades2项目中，企业与研究所合作开发了大型、高功率风力发电机组的新型技术。该项目由德国联邦经济部和能源部（BMWi）资助实施并完成。 

 

 

       长度大于等于80米的风机叶片，在转动过程中，每一个转子叶片都会周期性地靠近地面，再升至200米左右的高度。由于地面与最高点之间风力分布的非均匀性，风机叶片所承受的风力载荷波动剧烈。这就使得风机叶片材料常处于高应力状态下，特别是当风机在额定输出功率条件下运转时。另外， 风机运营商需要在强风条件下严格限制风机的运行，而不能最佳地利用风能。具有弯扭耦合能力的风机叶片能够使其几何外形独立的适应各种风况。 当风速较大时，该风机叶片能够通过扭转减小迎风面面积，从而降低所承受的风力载荷。

 

       在位于德国Stade市的DLR轻量化生产技术中心（ZLP），DLR复合材料结构与适应系统研究所的科学家们生产了一支长20米，具有结构弯扭耦合特性的风机叶片。叶片材料（玻纤增强复合材料、木材和塑料泡沫）的组合放置，不仅能够使叶片在风力载荷作用下发生后弯，更重要的是能够产生扭转。DLR复合材料结构与适应系统研究所SmartBlades2项目经理Zhuzhell Montano Rejas表示：“由于叶片的新型结构更具灵活性，同时能够是叶片重量更轻，特别是对于超大型风机叶片来讲，减重尤为重要，能够使运输和安装都更加简便。”      

 

       从2017年12月开始，加载测试已在不莱梅港的弗朗霍夫IWES研究所陆续展开。在这里，将测试获得风机叶片在极限载荷和正常运行条件下的承载力，以便确认叶片性能和变性行为。科学家们特别关注了叶片的弯曲和扭转是否能够完美互补。科学家们将测量传感器集成到叶片内部，以便能够精确记录加载过程中的应变数据，从而帮助他们观察结构和材料的变形行为。一旦获得了理想的承载力，3支完整的同尺寸叶片将在2018年年内生产完毕，并将在美国国家可再生能源实验室（NREL）的实际载荷和气象条件下开展开放式风机测试。

 

 

       弯扭耦合是SmartBlades2项目准备开发的诸多技术之一。该项目参与单位共11家，分别来自风能研究机构（DLR，ForWind Hannover and ForWind Oldenburg和弗朗霍夫IWES研究所）以及多家企业（GE Global Research，Henkel AG & Co. KGaA，Nordex Energy，SSB Wind Systems GmbH & Co. KG，Suzlon Energy Ltd. 以及 WRD Wobben Research and Development GmbH）。该项目由德国联邦经济部和能源部（BMWi）资助1540万欧元。该项目旨在开发更大、更高效的风机叶片，以便更有效的开发风能，并提升德国企业在风能领域的竞争力。

 

       项目下一步将对自适应后缘襟翼和前缘缝翼开展研究。这两个概念源于航空领域，与飞机机翼上的襟翼相当。另外，研究人员还将进一步开发叶片的空气动力学行为、全系统控制等选择方法和技术。