日前，德國宇航中心 (DLR) 的研究者創(chuàng)新性地完成了“智能葉片2（SmartBlades2）”項目的首支葉片。
該葉片長20米，能夠通過彎扭耦合適應(yīng)各種風(fēng)況條件。從2018年開始，該葉片將在位于不萊梅港的弗朗霍夫風(fēng)能與能源系統(tǒng)技術(shù)研究所（IWES）進行一系列加載測試。在SmartBlades2項目中，企業(yè)與研究所合作開發(fā)了大型、高功率風(fēng)力發(fā)電機組的新型技術(shù)。該項目由德國聯(lián)邦經(jīng)濟部和能源部（BMWi）資助實施并完成。
適合各種風(fēng)況
長度大于等于80米的風(fēng)機葉片，在轉(zhuǎn)動過程中，每一個轉(zhuǎn)子葉片都會周期性地靠近地面，再升至200米左右的高度。由于地面與最高點之間風(fēng)力分布的非均勻性，風(fēng)機葉片所承受的風(fēng)力載荷波動劇烈。這就使得風(fēng)機葉片材料常處于高應(yīng)力狀態(tài)下，特別是當(dāng)風(fēng)機在額定輸出功率條件下運轉(zhuǎn)時。另外， 風(fēng)機運營商需要在強風(fēng)條件下嚴(yán)格限制風(fēng)機的運行，而不能最佳地利用風(fēng)能。具有彎扭耦合能力的風(fēng)機葉片能夠使其幾何外形獨立的適應(yīng)各種風(fēng)況。 當(dāng)風(fēng)速較大時，該風(fēng)機葉片能夠通過扭轉(zhuǎn)減小迎風(fēng)面面積，從而降低所承受的風(fēng)力載荷。
在位于德國Stade市的DLR輕量化生產(chǎn)技術(shù)中心（ZLP），DLR復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與適應(yīng)系統(tǒng)研究所的科學(xué)家們生產(chǎn)了一支長20米，具有結(jié)構(gòu)彎扭耦合特性的風(fēng)機葉片。葉片材料（玻纖增強復(fù)合材料、木材和塑料泡沫）的組合放置，不僅能夠使葉片在風(fēng)力載荷作用下發(fā)生后彎，更重要的是能夠產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。DLR復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與適應(yīng)系統(tǒng)研究所SmartBlades2項目經(jīng)理Zhuzhell Mo
ntano Rejas表示：“由于葉片的新型結(jié)構(gòu)更具靈活性，同時能夠是葉片重量更輕，特別是對于超大型風(fēng)機葉片來講，減重尤為重要，能夠使運輸和安裝都更加簡便。”
從2017年12月開始，加載測試已在不萊梅港的弗朗霍夫IWES研究所陸續(xù)展開。在這里，將測試獲得風(fēng)機葉片在極限載荷和正常運行條件下的承載力，以便確認(rèn)葉片性能和變性行為。科學(xué)家們特別關(guān)注了葉片的彎曲和扭轉(zhuǎn)是否能夠完美互補。科學(xué)家們將測量傳感器集成到葉片內(nèi)部，以便能夠精確記錄加載過程中的應(yīng)變數(shù)據(jù)，從而幫助他們觀察結(jié)構(gòu)和材料的變形行為。一旦獲得了理想的承載力，3支完整的同尺寸葉片將在2018年年內(nèi)生產(chǎn)完畢，并將在美國國家可再生能源實驗室（NREL）的實際載荷和氣象條件下開展開放式風(fēng)機測試。
SmartBlades2 項目——智能風(fēng)機葉片
彎扭耦合是SmartBlades2項目準(zhǔn)備開發(fā)的諸多技術(shù)之一。該項目參與單位共11家，分別來自風(fēng)能研究機構(gòu)（DLR，F(xiàn)orWind Hannover and ForWind Oldenburg和弗朗霍夫IWES研究所）以及多家企業(yè)（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）。該項目由德國聯(lián)邦經(jīng)濟部和能源部（BMWi）資助1540萬歐元。該項目旨在開發(fā)更大、更高效的風(fēng)機葉片，以便更有效的開發(fā)風(fēng)能，并提升德國企業(yè)在風(fēng)能領(lǐng)域的競爭力。
項目下一步將對自適應(yīng)后緣襟翼和前緣縫翼開展研究。這兩個概念源于航空領(lǐng)域，與飛機機翼上的襟翼相當(dāng)。另外，研究人員還將進一步開發(fā)葉片的空氣動力學(xué)行為、全系統(tǒng)控制等選擇方法和技術(shù)。
