解决海上风的挑战

海上风力挑战

海上风力资产的设计、制造和运营都面临着腐蚀、疲劳、侵蚀、雷击和生物污染等一系列挑战。随着对海上风能的依赖日益增长，应对这些挑战并保持海上风力涡轮机的可用性将变得越来越重要。这里讨论了一些影响基础、过渡件和涡轮叶片的材料挑战。

基础和过渡件挑战

随着海上风电场转向增加水深并且旨在用较大的涡轮机操作，因此需要相应地进行基础设计。这导致了均匀尺寸的增加和使用夹套结构的兴趣增加，这两者都具有新的制造挑战。通过高通量制造的成本降低，需要通过高通量制造和先进的制造方法来驱动。

恶劣的海洋环境意味着单桩基础受到内外腐蚀。内部腐蚀会因捕获的海水的有限交换而加剧，而间歇性的电解接触会在飞溅和潮汐带造成广泛的腐蚀。此外，人们还担心微生物引起的腐蚀和生物污垢。在过渡件上也有高能见度涂层的要求。然而，传统的油漆系统可能遭受损坏和紫外线降解，需要昂贵的维护。

这里存在与疲劳有关的挑战，包括在最初的打桩操作过程中加载的影响，以及风和波浪对结构的循环加载。海床的组成和任何发展中的生物污垢都可能加剧这些疲劳困难，这增加了水动力负荷，并给常规检查和维护带来挑战。

涡轮叶片的挑战

通过使用较大的涡轮刀片，已经实现了效率和降低成本的显着改进，下一代复合刀片结构的长度超过100米。⁴然而，向更大的叶片移动也会造成物流障碍。制造商面临着将叶片运输到安装现场的挑战，他们正在考虑分段叶片设计，可以在最终安装前进行现场粘合。增加涡轮叶片尺寸的提议受到重量的限制，这意味着更轻的材料，如热塑性泡沫和替代复合材料正在考虑。更轻的叶片允许更容易的安装和维修，以及提高性能。然而，在复合材料的制造中存在着一些固有的困难，如纤维的不对称和树脂分布的不一致，这可能导致疲劳强度降低。

疲劳对涡轮叶片的影响是一个持续的挑战，每个叶片在其生命周期中要承受超过1亿次的加载循环。^v前缘侵蚀和冰的堆积也加剧了叶片的循环载荷。

前缘侵蚀是由雨水、冰和颗粒物质的反复冲击造成的，导致空气动力学效率的损失，并可能危及叶片的结构完整性，导致水进入和紫外线损伤。即使是少量的前缘侵蚀也会导致年能源产量下降约5%。⁶

涡轮机的高度增加和刀片的跨度都提高了雷击的风险和修复的成本。雷击可能导致涡轮机叶片的损失和电气系统的损坏。虽然存在现有的雷击保护系统，但由于水分进入，失效仍然可能发生，分离器带的分离以及叶片表面的侵蚀，以及其他因素。

TWI能提供什么?

TWI可以通过材料，焊接，涂料，建模，传感器和复合材料的专业知识，协助海上风剥削的当前和未来挑战。我们已经有助于探索海上风力行业面临的许多挑战的解决方案，如通过Hiperwind，MIMRee和皇冠项目该公司正在通过使用热喷涂铝涂层来解决腐蚀问题。

• 材料专业知识

我们的材料专业知识包括解决与腐蚀，疲劳和骨折相关的问题。

• 焊接

作为焊接和连接各方面的专家，TWI可以帮助开发高吞吐量/低成本的制造方法。

• 涂料

TWI可以协助解决包括雷击保护，前缘侵蚀保护，耐腐蚀，防污和防冰的问题。

• 造型

TWI的建模专业知识和结构完整性知识可用于确保您的资产尽可能长的服务。

• 传感器

传感器可用于远程监控螺栓，刀片，系泊链和其他关键部件。

• 检查

我们对非破坏性测试方法的广泛了解继续用于监控海上风力涡轮机，为未来设计提供重要信息。

• 复合材料

TWI继续在整个业务领域推进复合材料研究，这意味着我们可以帮助刀片接头设计、材料选择和开发复合加入．

关于TWI如何帮助您的海上风电项目，请与我们联系。

参考

i海上风能是第一个与政府达成部门协议的可再生技术，https://www.renewableuk.com/news/440922/Offshore-wind-is-first-renewable-technology-to-agree-Sector-Deal-with-Government.htm

ii海上风电行业招股说明书，2018年10月，

III海上风能价格将30％的人涌入新的历史新高，https://www.independent.co.uk/news/business/news/offshore-wind-power-energy-price-falls-record-lenewable-a9113876.html.

iv https://www.ge.com/reports/extreme-measures-107-meters-worlds-largest-wind-turnine-blade-longer-football-field-heres-looks-like/

v https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5706232/

vi https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s1364032119305908.

七世https://www.economist.com/britain/2019/09/21/lessons-from-britain-the-worlds-biggest-offshore-wind-market

八世https://www.equinor.com/en/what-we-do/hywind-where-the-wind-takes-us.html

第九https://www.euractiv.com/section/energy/news/worlds-second-floating-wind-farm-sets-sail-for-portugal/

x https://www.independent.co.uk/news/business/news/offshore-wind-power-energy-price-falls-record-low-renewables-a9113876.html

习https://windeurope.org/wp-content/uploads/files/policy/position-papers/Floating-offshore-wind-energy-a-policy-blueprint-for-Europe.pdf