很少人知道，激光在風電裝置的應用
發布人：激光論壇組委會 發布時間：2020-09-29
經歷了數十年經濟快速發展，工業化進程加快，我國已成為全球第一能源消耗大國。以前我國的的能源結構大約60%以上依靠煤炭，不僅在生產、使用帶來了嚴重的污染，還有煤礦安全事故時有發生。進入21世紀后，汽車使用量爆發性增長，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構，我國大力投入新能源、清潔能源設施的建設。從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、丹麥等國較早開發了風電，荷蘭的風車聞名世界；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，擁有豐富的風力資源，內陸主要集中在新疆、甘肅、內蒙等地區，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。習近平主席近日在聯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、甘肅等擁有豐富風電資源的西部地區，就由于人口和工業較少，消納不了這么多電。加上向東部輸電設施不完善、成本增加，導致棄風限電的情況常常發生，最為嚴重是2012年，棄風率17%。西部陸地風電場的發展遇到了瓶頸。于是，風電場從西部陸地走向東部海上。中國海上風電目前總裝機容量445萬千瓦，市場規模超過1萬億元，是僅次于英國、德國的世界第三大海上風電國家。2018年廣東省政府工作報告明確要求加快布局發展海上風電，以陽江市為主戰場，建設世界級風電產業基地。陽江面朝南海，擁有海岸線長458.6公里，常年風力資源豐富。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集聚陽江，規模化、連片化、整體化開發海上風電資源。預計到2025年，陽江海域1000萬千瓦海上風電裝機將全部建成投產，總投資近2000億元海上風電裝置建設于淺水中，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。風電的整機、葉片、電機、塔筒、電梯、鋼管樁及導管架、等關鍵裝備部件大多數是大型金屬構件，在這方面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、表面處理，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、金屬鑄造等領域也能廣泛用到激光技術。在這些金屬零部件方面，如今已有明陽、金風、龍馬等17個總投資近200億元的風電裝備制造企業落戶陽江風電裝備制造基地。明陽風機葉片，中水電四局塔筒、塔架，粵水電塔筒已投產，陽江風電裝備基地也是珠江西岸先進裝備制造產業帶。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。損壞后更換成本很高，常常可以選擇激光修復。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的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，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重，如不進行維修無法繼續使用。激光熔覆可以對行星輪內孔、主軸、行星架（球鐵件）、高速軸等進行修復，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股份有限公司）美國曾提出利用激光3D打印技術制造風電葉片。美國能源部希望能夠使用3D打印技術使當前的制造方法更有效率，進而實現成本節約。事實上，當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，由于風能技術的發展速度很快，這些葉片常常會在到達其使用壽命之前就已經過時了，進一步推高了制造成本。Sandia國家實驗室，甚至還曾經發明過增材制造技術——激光直接成型 （LENS），這是一種能夠打印復雜金屬部件的粉末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。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復合材料制備而成。在生產、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代表的非接觸式超聲無損檢測技術則是研究的熱點。對于激光超聲無損檢測技術，目前取得的成果已經很可觀，并有諸多應用于復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，適用葉片復合材料各種復雜結構和各種惡劣環境，相對于其他無損檢測方式有大量獨特的優勢。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未停止，相信經過努力，這些難題終究會得到解決。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，陽江市五金刀剪產業技術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電中的應用》。張瑞華院長將會詳細講解目前風電哪些關鍵部件用到了激光制造技術，同時還會分析當前我國風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、廣汽本田、湖南大學、華中科技大學、陽江市五金刀剪產業技術研究院、新會中集集裝箱、南開大學、銳科激光、聯贏激光等多家單位參與作技術報告。 地址：廣東省東莞市莞城區旗峰路162 號中僑大廈B 座1505手機：13602330190；15625888169(微信號)http://www.www.sinya99.com/index.php/Meeting/index/id/16.html
