新能源之風(fēng)力發(fā)電

經(jīng)歷了數(shù)十年經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程加快，我國(guó)已成為全球第一能源消耗大國(guó)。以前我國(guó)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(yán)重的污染，還有煤礦安全事故時(shí)有發(fā)生。進(jìn)入21世紀(jì)后，汽車使用量爆發(fā)性增長(zhǎng)，我國(guó)又成為了第一石油進(jìn)口大國(guó)。為了改變石化燃料為主的能源結(jié)構(gòu)，我國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(jī)容量，裝機(jī)容量221GW，而排名第二的美國(guó)裝機(jī)容量96.4GW。德國(guó)、印度、西班牙、英國(guó)等國(guó)家也是風(fēng)電大國(guó)。

我國(guó)風(fēng)電：從西北到沿海

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

我國(guó)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(yán)重是2012年，棄風(fēng)率17%。西部陸地風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展遇到了瓶頸。于是，風(fēng)電場(chǎng)從西部陸地走向東部海上。

中國(guó)海上風(fēng)電目前總裝機(jī)容量445萬千瓦，市場(chǎng)規(guī)模超過1萬億元，是僅次于英國(guó)、德國(guó)的世界第三大海上風(fēng)電國(guó)家。

2018年廣東省政府工作報(bào)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(chǎng)，建設(shè)世界級(jí)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)基地。陽江面朝南海，擁有海岸線長(zhǎng)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)?；⑦B片化、整體化開發(fā)海上風(fēng)電資源。預(yù)計(jì)到2025年，陽江海域1000萬千瓦海上風(fēng)電裝機(jī)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(zhǎng)期受到海水腐蝕，對(duì)金屬部件以及制造工藝提出了新的挑戰(zhàn)。風(fēng)電的整機(jī)、葉片、電機(jī)、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(cuò)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(cè)量等也會(huì)有其作用。另外在港口機(jī)械、升降臺(tái)、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(gè)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(jī)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(jìn)裝備制造產(chǎn)業(yè)帶一部分。 

渦輪機(jī)占海上風(fēng)電最重要的組成部分，包括機(jī)艙、轉(zhuǎn)子和塔架三大部分。損壞后更換成本很高，常?？梢赃x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(shí)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(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對(duì)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(yán)重，如不進(jìn)行維修無法繼續(xù)使用。激光熔覆可以對(duì)行星輪內(nèi)孔、主軸、行星架（球鐵件）、高速軸等進(jìn)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(dòng)技術(shù)股份有限公司）

美國(guó)曾提出利用激光3D打印技術(shù)制造風(fēng)電葉片。美國(guó)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。事實(shí)上，當(dāng)前用來制造葉片的模具成本高達(dá)1000萬美元，但是每個(gè)模具只能制造大約1000個(gè)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(huì)在到達(dá)其使用壽命之前就已經(jīng)過時(shí)了，進(jìn)一步推高了制造成本。

Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(gè)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(cè)風(fēng)電葉片

風(fēng)電葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件之一，一般由碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備而成。在生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝等過程中，有時(shí)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(cè)都顯得十分重要。

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

對(duì)于激光超聲無損檢測(cè)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(cè)的案例。

現(xiàn)階段，可以看出激光超聲無損檢測(cè)方法擁有非接觸測(cè)量，時(shí)間空間分辨率高，靈敏度高，高效準(zhǔn)確，能在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，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(duì)于其他無損檢測(cè)方式有大量獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

雖然目前還存在這一些技術(shù)難題，包括成本、激光器改進(jìn)、光聲轉(zhuǎn)換效率、以及智能化等問題，但技術(shù)人員對(duì)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(huì)得到解決。

重量級(jí)嘉賓講解激光在風(fēng)電裝置應(yīng)用

ALAT 2020 中國(guó)高能量激光自動(dòng)化加工大會(huì)將于10 月13-14日在深圳國(guó)際會(huì)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(zhǎng)將參會(huì)并作報(bào)告：《高功率激光加工在海上風(fēng)電中的應(yīng)用》。

張瑞華院長(zhǎng)將會(huì)詳細(xì)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(shí)還會(huì)分析當(dāng)前我國(guó)風(fēng)電會(huì)給激光加工帶來什么樣的新要求，具有什么樣的市場(chǎng)潛力。

該會(huì)議主要探討高功率激光焊接、清洗、表面處理等話題，還邀請(qǐng)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(huì)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(bào)告。

掃以下二維碼可報(bào)名參會(huì)

會(huì)議聯(lián)系方式

《激光制造商情》、廣東省激光行業(yè)協(xié)會(huì)

地址：廣東省東莞市莞城區(qū)旗峰路162 號(hào)中僑大廈B 座1505

聯(lián)系人：蘇楚惠

電話：0769-2203 6369

手機(jī)：13602330190； 15625888169(微信號(hào))