3M中國有限公司風(fēng)電事業(yè)部經(jīng)理陶理——“葉片前緣侵蝕與風(fēng)機年發(fā)電量的損失”。

　　【陶理】：大家好，今天很高興來到這個論壇跟大家交流。在風(fēng)電項目中大家比較多的，知道的是我們的葉片保護膜和貼膠，日常生活中還有防護口罩，汽車貼膜，3M是一家以創(chuàng)新和產(chǎn)品多元化為著稱的世界五百強企業(yè)，我在這家企業(yè)服務(wù)了將近12年。

　　我們公司最早成立于1902年，我們進入中國是30年，是一家具有百年歷史的老店。公司全球銷售是318億美金，在研發(fā)方面投入很多資源和力量。我們在可再生能源方面為我們的風(fēng)電客戶著力提供高效可靠的解決方案，因為我們要保證在整個風(fēng)機20年的壽命中，在風(fēng)場的運轉(zhuǎn)是可靠和安全。3M有46個技術(shù)平臺，每個技術(shù)平臺由一個字母來代表，比如說AB就是粘膜，我們希望核心技術(shù)膜、粘接劑等這些技術(shù)平臺的交叉研究不同的產(chǎn)品滿足風(fēng)電客戶的需求。

　　我們的產(chǎn)品主要是葉片表面防護，葉片結(jié)構(gòu)材料和葉片制造工藝中都有提供。在葉片表面有葉片前緣防護解決方案，在葉片制造過程中，很多葉片廠都用我們的無色透明貼膜。我們在葉片的修補上有修補的膩子，目前整個市場業(yè)主也有很大的需求，是希望提高風(fēng)機的發(fā)電效率，增加風(fēng)場的回收，我們有渦輪發(fā)生器的解決方案。現(xiàn)在葉片的工藝制造促使葉片的設(shè)計有不同的提升，尤其是在氣動或者減噪方面，TPI有一款葉片是為國外的主機廠制造，這個葉片上就加了渦輪發(fā)生器建噪的配件，這就是用我們的膠帶，保證了強勁的粘接和抗疲勞性，保證在20年的運行過程中不會脫落。

　　有一個值得關(guān)注的問題是去年西門子在2014年度第四季度財寶披露風(fēng)能部門遭受巨大的財務(wù)損失，主要是來自陸上風(fēng)機主軸和陸上和海上葉片所產(chǎn)生的費用。這些損傷，大量的支出主要是來自于葉片前緣侵蝕以及撕裂，主要發(fā)生的部位是葉片的尖端往的部位。

　　這些是葉片前緣腐蝕的照片，隨著越來越長的葉片要求，以及風(fēng)場面臨的極端環(huán)境，目前市場上現(xiàn)有的涂料不能完全滿足抵抗侵蝕的要求，3M風(fēng)電葉片保護膜還是市面上最佳抗侵蝕的解決方案。我們的客戶他們也在尋求有沒有液態(tài)的保護膜可以取代3M的產(chǎn)品。這是風(fēng)場不同的年限產(chǎn)生的不同侵蝕程度，葉片的前緣侵蝕是所有的葉片都會碰到的，無論在什么風(fēng)場，什么油漆，葉片的長度，都會出現(xiàn)葉片前緣侵蝕的問題，侵蝕主要是取決于風(fēng)場周圍的環(huán)境，葉片的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和表面處理。高速的風(fēng)中夾帶的顆粒物和雨水是導(dǎo)致侵蝕的主要原因。從葉片侵蝕的程度可以分為三個層次：一個是油漆磨穿，最嚴重的是出現(xiàn)分層的現(xiàn)象。

　　這是德國GKA風(fēng)電公司提供給我們，一般葉片前緣腐蝕產(chǎn)生的問題，在葉尖三米的位置出現(xiàn)腐蝕的前面，距離葉尖10米的位置是非常微小的侵蝕，這也是我們給客戶的推薦，基本上葉片前緣侵蝕發(fā)生最嚴重的或者你希望能夠達到最經(jīng)濟的防護是從葉尖到整個葉片長度的三分之一，如果你想比較完好的防護你的葉片，你可以防護的措施是從葉尖到整個葉片的二分之一處。

　　葉片的前緣其實是不是只對葉片的外觀造成影響，還是對它的氣動造成影響，我們公司做了風(fēng)動的研究測試，我們做這個研究是在兩年半前，我們已經(jīng)跟業(yè)內(nèi)同行介紹過我們這個研究，如果是搞氣動的話，應(yīng)該對我們這個研究組的教授有一定的認識。我們這個測試是在小尺寸的異型模型上用計算機模擬人為制造前緣侵蝕，分為九種等級，我今天展示的是其中三種比較典型的等級。通過在三層不同的侵蝕狀態(tài)，在風(fēng)動里面的測試和計算機的模擬來估算年發(fā)電量的損失。

　　其實麥加昨天的展示也展示了我們的研究成果，我當(dāng)時看到的時候是非常驚訝的，也有一些生氣，因為畢竟這是我們3M跟邁克教授一起搞的長達一定時間的理論研究。我們同行非常推崇3M在前緣防護這個領(lǐng)域的研究，我們的理論研究原封不動的復(fù)制到他們的PPT，顯示了對我們公司在前緣侵蝕領(lǐng)域的尊重。

　　這個是ROM的研究資料，ROM也是發(fā)表如果你的葉片是粗糙的，這個粗糙很有可能是你的前緣侵蝕造成的，你維修的話，對你發(fā)電量的增長會有3%到8%。有趣的是現(xiàn)在業(yè)主也希望在風(fēng)機上進一步提高發(fā)電效率，增加風(fēng)場的營收。我們渦流發(fā)生器，在一千多臺風(fēng)機上安裝的效果平均年發(fā)電量提升是2.3%到2.6%。葉片前緣侵蝕三種不同的狀態(tài)對年發(fā)電量的下降，最低的是4.2%的下降，最高的達到20.5%。對于業(yè)主來說，與其花錢裝渦流發(fā)生器，還不如考慮更好的防護你的前緣，甚至出現(xiàn)問題盡快維修也是對你提高發(fā)電量的損失，早日把投資回報收回，我們也做了投資回報率跟凈獻值的測算，一般點狀侵蝕一般會出現(xiàn)整個葉片服役年限在半年到4年，這樣的情況如果做維修的話，你收回投資是3.7個月，如果已經(jīng)達到封層的現(xiàn)象，這一般是葉片出現(xiàn)5到6年，如果做維修，2.4個月就可以收回投資回報。

　　海上風(fēng)機5兆瓦也是一樣的，我們風(fēng)電葉片保護膜的特點是，我們產(chǎn)品具有非常悠久的應(yīng)用經(jīng)驗，我們最早是保護直升機的護翼，過去20年里面已經(jīng)有超過15萬的風(fēng)機葉片安裝了我們的保護膜，我們的保護膜還有白色和黑色的供客戶選擇，因為這個產(chǎn)品是從產(chǎn)線上出來的，它已經(jīng)是固化的成品，所以膜的厚度是均一，這跟涂層不一樣，怎么樣保證你刷的油漆是控制好厚度的是非常關(guān)鍵的。

　　說到施工，有些人說我們的保護膜不好施工，我覺得是熟能生巧，最早在國內(nèi)葉片廠貼，一開始比較生，但是現(xiàn)在兩個工人30分鐘就能貼一個葉片。在售后方面我們非常強調(diào)好的產(chǎn)品要有好的施工，TPI維修部門經(jīng)過3M的培訓(xùn)，他們提供的是非常好的快速，便捷，以及完好的貼膜施工質(zhì)量。

　　說到環(huán)境，我們知道涂料在高濕度的情況下比較難施工，因為聚氨酯的涂料會吸收濕氣，這樣會造成涂料里面會有一些空隙，這會影響它的防護效果，而我們貼膜本身是濕貼法，甚至在下小雨的時候還可以施工。無論是性能也好，還是施工，都是非常方便的。

　　這是我們的保護膜的產(chǎn)品體系，我們的保護膜有三種不同的寬度，100毫米，152毫米，254毫米，長度是33米，貼這個膜還有一些配件，要在膜的周圍打封邊劑保證膜不會脫落，在葉尖我們推薦客戶涂一下底涂劑。我在2010年向國內(nèi)市場推薦這款膜的時候，這款膜至少給客戶防護7到8年，所以我覺得介紹除膜劑沒有意義，其實我們有除膜劑的產(chǎn)品，在膜上面涂上涂膜劑可以方便去除殘膠。

　　有人說3M的膜只能防護5年，這是福建的一個風(fēng)場，它的環(huán)境是高溫，高濕，05年建設(shè)，06年發(fā)電，12年風(fēng)場因為發(fā)現(xiàn)葉片出現(xiàn)了破損的現(xiàn)象，這個風(fēng)場是龍巖收益非常好的風(fēng)場，所以他們非常重視維修，葉片的長度是25米，風(fēng)機是來自西班牙一家風(fēng)機主機廠，進口到中國的時候就帶著3M的膜。維修隊伍上去查看，貼了3M膜的區(qū)域都是完好的，這也是非常清晰的說明在高溫、高濕，國內(nèi)的風(fēng)場，6年保護膜完好。

　　這個技改項目，因為業(yè)主看到膜卓越的防護性能，做了維修之后，當(dāng)時用了三家不同的面漆，但是在三家不同面漆的上面重新再貼了3M的膜。這個是保護膜在東北風(fēng)場使用4年后的效果，也是非常清晰的，貼膜的區(qū)域都是完好的，白的部位是維修過的。這是海南的維修項目，當(dāng)時主機的葉片，海南的環(huán)境和福建比較相似，甚至更惡劣，對于葉片的前緣侵蝕非常厲害，當(dāng)時業(yè)主發(fā)現(xiàn)葉片前緣侵蝕非常厲害，所以加貼了3M的保護膜，這是丹麥哥本哈根的風(fēng)場，這個風(fēng)場離岸3.5公里的海上風(fēng)場，2000年開始6臺風(fēng)機都裝了我們的保護膜，5年之后檢查沒有葉片需要維修的10年進行維修，四分之一的膜破了，四分之三的膜還是好的。另外我們的保護膜就像給葉片穿上了防彈衣，即使膜破了葉下的涂層還可以像保護層。

　　國內(nèi)外的案例，過去20年在高原，沿海，高海拔，海上風(fēng)場超過15萬支葉片都貼著3M的防護膜，最新的項目是海上風(fēng)電是6兆瓦的海上風(fēng)機。2001年，很多客戶跟我說我們沒有葉片有前緣侵蝕的問題，因為整個中國風(fēng)電行業(yè)風(fēng)機蓬勃發(fā)展安裝也是在2007年開始的，現(xiàn)在越來越多客戶意識到前緣侵蝕確實是嚴重的問題。前緣侵蝕對所有的葉片來說都是嚴重的挑戰(zhàn)，它會導(dǎo)致嚴重的年發(fā)電量的下降，而我們貼膜單從膜的材料是1500到2000元一支，視葉片長度的大小，提供的防護是可以5到10年不等，關(guān)鍵看風(fēng)場的環(huán)境，無論是預(yù)先維護，還是出現(xiàn)問題及早維修，整個投資收益都是少于5月。

　　大家還是比較熱可雨蝕測試是可以模式葉片風(fēng)場中真實環(huán)境的情況。上面是涂層，右邊是涂層的雨蝕試驗。下面是貼了膜的，因為膜并不是不會壞，到了一定的時間它還是會壞的，這也是風(fēng)場貼了膜的，在一定的年限之后膜壞了，它跟雨蝕實際膜的壞的情況差不多。為什么雨蝕試驗是檢驗葉片侵蝕防護材料是不是好，主要是因為雨蝕對葉片的侵蝕并不是縱向直接的沖擊，最主要的還有一個是橫向的沖擊，硬質(zhì)的材料受到雙向的沖擊，經(jīng)過沖擊之后的表面被破壞的微小結(jié)構(gòu)就是前緣侵蝕的開始，所以我們覺得彈性材料能夠吸收能量，而我們的保護膜延展性達到500%，不管是縱向沖擊，還是橫向的沖擊都可以很好的吸收沖擊的能量，達到極強的防護效果。

　　這是丹麥的雨蝕試驗標(biāo)準測試參數(shù)，為什么用這些紅顏色把測試參數(shù)標(biāo)出來，有時候你拿到的客戶給你雨蝕測試試驗報告很漂亮，但是很有可能在風(fēng)場實際運作中并不能體現(xiàn)相同的效果。舉一個真實的案例，西班牙這家主機廠商在葉片制造開始就用3M的膜，兩年前不買我們的膜，選用了前緣涂料，因為測試的實驗室數(shù)據(jù)非常漂亮，今年又找我們，重新用我們的膜，因為他用這個涂料兩年也抗不住。

　　你測試的環(huán)境，雨蝕測試下面是轉(zhuǎn)盤，下面是雨低，旋轉(zhuǎn)的速度是非常重要的，旋轉(zhuǎn)的速度就是模擬葉片在正常高速運轉(zhuǎn)中的加速，旋轉(zhuǎn)速度一般是在125米每秒到150米每秒，參數(shù)不一樣，同一種材質(zhì)出來的測試結(jié)果也不一樣。還有就是樣品基材，是直接貼膜，還是還原葉片的初始狀態(tài)，就是基材加膩子，底漆，再加前緣防護資料做測試，即使同一個前緣防護材料效果也不一樣的。另外樣板的膜厚，如果這個膜厚是1千微米，或者500微米，測試出來的結(jié)果也不一樣的，1千微米的防護效果肯定比500微米的漆層防護效果好，當(dāng)你拿到給你的測試報告，你就應(yīng)該要問他的測試參數(shù)是怎樣的。還有一個非常關(guān)鍵的是制樣時候的濕度，因為濕度對涂料的敏感性非常到，當(dāng)你在50%制樣實驗室出來的效果很好，但是在風(fēng)場不可能濕度達到50%，尤其在華南這些雨水比較多的氣侯，你的濕度不可能維持50%，你的防護效果是會下降的。

　　這是我們公司競爭品，我每次給客戶送樣，我們都非常清晰的按照我們的要求，這些測試參數(shù)都要列在下面，在下面這些測試參數(shù)情況下，5小時前緣就出現(xiàn)了這樣的嚴重的侵蝕，這張不是3M去送樣，是我們競爭對手自己公布的材料，它的尖端速度是140米每秒，同一種材料不同的參數(shù)出來的雨蝕效果不一樣的。從競爭對手的雨蝕試驗?zāi)銜l(fā)現(xiàn)左邊是最早出現(xiàn)侵蝕的，往后屬于下降，這也是為什么葉片越長，速度越快，葉尖越容易受到侵蝕。

　　這個是同一款材料試驗兩時出現(xiàn)點狀的侵蝕，到18個小時出現(xiàn)非常嚴重的侵蝕，大家看到的這個黑色是已經(jīng)成洞了，說明損傷非常嚴重。這個是我們的保護膜，這下面是我們測試的環(huán)境，9小時可以看到細小的前緣侵蝕的現(xiàn)象。這個是我們研發(fā)的第一款前緣涂料，為什么我們還研發(fā)涂料？兩年多前我們掉了客戶，因為客戶都有自己的偏好，可能有的還是比較喜歡油漆，3M是以不斷創(chuàng)新為著稱的公司，所以我們研發(fā)了我們的前緣漆，第一代前緣漆相同的測試環(huán)境，雨蝕試驗18個小時沒有任何變化。

　　第一代涂料我們做了4千小時UV的老化，再做雨蝕試驗，經(jīng)過老化以后的涂料，我們做了9個小時沒有任何變化。我們4千小時的老化試驗，用的是UVA，黑色的是UVA，綠色的是UVB，黑色的是跟自然光譜非常接近，我們也是盡可能模擬正常的自然光對產(chǎn)品紫外線的沖擊，所以我們用UVA做加速老化的試驗。

　　我們又研發(fā)了第二代前緣防護涂料，第一代在國內(nèi)沒有推，我們在溫濕度這塊兒的可操作空間比較小，國內(nèi)的工廠可能從條件來看，不像國外工廠那樣控制得非常好，我們第一代油漆已經(jīng)在國外用了一年多，為了國內(nèi)客戶，我們把固化時間縮短，同時他的溫度和濕度在拉長，我們在原來配方的基礎(chǔ)上添加了有專利的添加劑，保證在85濕度下固化性能能夠達到跟第一代一樣的效果。3M的添加劑添加了之后，使涂料表面有一層膜，可以防止水氣的吸收，水氣的吸收會造成涂料里面的空隙，最終的效果會大大降低你的防護效果，所以我們新的產(chǎn)品在85%的濕度下，保留了原來很好的雨蝕效果。膜厚是350微米。這個是我們新一代涂料最新的測試，85%的濕度，18個小時沒有任何變化，測試的參數(shù)跟前面說的一樣。