目前,我国大规模风能开发利用主要集中在风能资源丰富的高风速区,而我国的风力资源中Ⅲ类(IEC标准)风资源居多,是接近Ⅰ类和Ⅱ类风资源总量的两倍。为满足低风速区域长叶片设计低载、降重的要求,需要从气动和结构设计两方面采取措施。针对我国低风速资源状况,首次提出了以极限载荷为主要约束的多目标优化方法,在叶片设计中加以应用;通过降载机理分析和方法研究,解决了扫风面积增大后载荷增大的问题。通过超常规的高尖速比设计首次实现低风速条件下高尖速比10的设计,在增加风能捕获的同时控制载荷;在叶片尖部区域选用低载高效翼型,在叶片根部和总部选用大厚度翼型,提高叶片的结构效率,有效减少结构重量。
在国内率先建立了集基础理论、气动结构设计、载荷分析、材料、工艺、检测研究为一体的先进的风电叶片研发平台,形成了具有完全自主知识产权的系列化叶片研发体系。采用徐建中院士提出的“预弯预扭”全新三维概念设计,提高了风能利用效率和出功,降低对叶片刚度要求;发展了应用于结构铺层设计和结构仿真的三维模型一体化方法;发展复合材料结构优化方法,开发优化计算程序并在叶片设计中加以应用;开发了具有自主知识产权的高升阻比、稳定失速特性、前缘粗糙度低敏感性系列翼型的设计和仿真技术,建立了先进翼型数据库;自主研发水加热系统,对吸注树脂进行真空吸注过程中的真空消泡技术研究,同时优化真空辅材铺设方式,降低树脂混合物中气泡对叶片质量的影响,有效的提高了叶片吸注成型质量,提高产品成型稳定性。
完成了850kW/1.0MW/1.5MW/2.0MW/3.0MW系列风轮叶片设计、制造和检测工作,产品达到国际先进水平,由合作企业实现了批量生产,也可适用于更大功率风电机组。对于推动我国自主研发的系列化风电叶片产业化发挥了重要的作用。