科技新銳｜李成良：與“葉片”乘風共舞

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近年來，建材行業涌現出許多杰出的科技工作者，他們為了行業進步攻堅克難，在科技攀登的路上揮灑熱情與汗水;他們的成果涉及到行業內各細分領域，為推動行業各領域節能降耗、綠色低碳發展、安全高質量發展起到了推動作用，為建材行業向著“宜業尚品、造福人類”目標邁進作出了貢獻。

本刊特開設《科技新銳》欄目，報道、展示他們在科技工作中的風采，歡迎讀者朋友共同關注。本期，我們一起來看中材科技風電葉片股份有限公司研發總監李成良與“風”的故事。

李成良

與“葉片”乘風共舞‍

“天蒼蒼，野茫茫，風吹草低見牛羊”，曾是美麗草原風光的真實寫照。今天“風機立、葉片舞，風場發電忙”，在中材科技風電葉片股份有限公司(簡稱“中材葉片”)研發總監李成良眼里，彌山跨谷的風機正將大自然的無私饋贈，源源不斷地變成能源轉型的綠色動力。

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與風共舞

2007年，也是《中華人民共和國可再生能源法》頒布2年后，中國風電發展進入大規模開發應用階段。此時，中材葉片與國外公司聯合開發的第一款1.5MW葉片——Sinoma40.2成功下線。這是全球首個適用于年平均風速為7.5米/秒的III類低風速區葉片，一經面世立刻獲得眾多主機廠的青睞。

風機舞動雖美，但也帶著“鐐銬”—— 這款產品幾乎所有材料都是從國外進口，且單支葉片重達6.2噸……

2007年，李成良正在武漢理工大學復合材料專業讀碩士研究生，同時對風電葉片的設計開發產生了濃厚興趣。他不僅跟隨師兄參與風電葉片的設計項目，碩士課題也是關于大型風電葉片的結構設計與校核分析。2009年3月，研究生畢業后，李成良來到中材葉片設計部工作，開始了與葉片為伴、“與風共舞”的日子。

設計部剛成立不久，團隊成員大多是剛從高校畢業，對葉片設計開發沒有太多經驗。李成良不分晝夜地學習風電葉片的相關知識，常翻閱老一輩風能人撰寫和翻譯的國內外專業書刊，并虛心求教。前輩們的言傳身教，傾囊相授，也不斷激勵著年輕人篤實向前。李成良繼承了前輩們重視學習實踐和嚴謹的科研作風，扎實基礎，不斷進取。

“那時感覺做葉片設計特別有意思，在開展新方案迭代設計時幾乎每天都做到凌晨兩三點，連續幾天也不覺得累。”他至今仍記得獨自完成的第一個項目，“那時沒有葉片結構分析設計軟件，僅憑在讀研究生時自己編的程序，用了10個月時間完成了Sinoma31-1.0MW的自主設計。”

加入設計部1年后，技術、團隊、經驗等各方面條件愈加成熟。2010年年底，李成良帶領團隊從材料、結構和試驗等幾個方面對Sinoma40.2的核心技術進行全面消化吸收和分析校核研究。他發現，可以將原有的雙梁雙副板，改成單梁雙副板，利用幾何剛度特性為其“瘦身”，同時借助“863”國家高技術研究發展計劃“MW級風力發電機組風輪葉片原材料國產化”項目，大膽帶領團隊開展葉片用關鍵原材料的國產化開發及產業化模式的探索。

功夫不負有心人，由李成良團隊改進后的Sinoma40.2重量由原來6.2噸降低至5.9噸，并率先在行業實現了國產材料完全替代進口材料，綜合成本降低10%以上。此后，Sinoma40.2一度成為2007年到2012年中材葉片歷史上最暢銷的產品，助力中材葉片在市場上站穩腳步，一躍成為國內頭部企業。

自此，李成良帶領團隊開啟了自主設計模式，打通了葉片設計開發全流程，為中國葉片行業增添了底氣。

02

迎風而上

低風速區一般是指風速在6米/秒～8米/秒之間的風資源區，據統計，我國可利用的低風速資源面積約占全國風能資源區的68%。低風速區相比高風速地區更接近電網負荷的受用端地區，無“棄風”之虞，機組基本都可滿發。但在低風速區建設風電項目，為獲取更大的捕風量，所需葉片的尺寸更長、重量更重，給軸承、塔筒、傳動部件的載荷和負擔也就更大。為此，當葉片長度增加的同時保證風機運轉的穩定性和發電效率的提升一度成為業內需要解決的難題。

為攻克低風速區大葉片設計核心技術，李成良帶領團隊開啟葉片完全自主設計研發模式。經過10個月不懈努力，終于于2011年9月將1.5MW葉片的適用風區進一步降到6.5米/秒，并在項目實施過程中，全球首創了葉片最優風能利用率覆蓋最寬風速區間方法，提出基于遺傳算法的氣動和結構多目標自動尋優設計理論，實現低風速區發電量最大化的低載荷傳遞，解決同平臺機組匹配更大葉輪問題，突破了國產化原材料僅在葉片局部使用的局限，成功實現了國產原材料體系在風電葉片中的大規模應用。他帶領團隊自主開發了“葉片長度設計”程序，通過大量風場數據計算，該葉片的長度被精確定義到45.17米，葉片型號被命名為“Sinoma45.2”。

為加快葉片設計迭代，減少復雜的葉片三維模型建模時間，李成良還指導團隊實現了葉片外形設計與Catia軟件的二次開發，完成了“葉片三維建模”軟件的開發與應用，大大提升了葉片外形設計效率。為實現葉片與主機最優設計，他曾連續兩個月與客戶吃住在一起，終于在同年年底完成所有設計。

2012年3月，首支Sinoma45.2葉片成功下線，在德國DEWI-OCC認證機構和主機廠見證下，葉片順利通過了全尺寸靜力試驗，并于4月30日在安徽來安風電場成功并網發電。同年10月，該款產品獲得了完全自主設計葉片的首個國際認證——DEWI-OCC認證。這標志著中材葉片繼2010年推出自主開發的Sinoma42.2低風速葉片之后，向超低風速葉片技術領域挺進并再次取得突破，為低風速風區打開了一個新的開闊市場空間，是全球第一臺1.5兆瓦93米風輪直徑的超低風速機組。

為更好地檢驗葉片性能，李成良帶領團隊突破了疲勞測試中一系列技術難題后，于2013年5月30日，完成兩個方向400萬次的疲勞試驗，并獲得了北京鑒衡認證中心的認可，成為國內首個能夠自主完成大葉片疲勞測試的葉片制造商。

Sinoma45.2的成功開發，贏得了風電業主和主機廠的廣泛認可，截止到2016年實現銷售收入超過20億元。在此基礎上，中材葉片于2013～2017年又成功開發了多款超低風速葉片：1.6MW-Sinoma50.4、1.8MW-Sinoma51.9、2.0MW-Sinoma50.2/56.8、2.5MW-Sinoma59.5/63.5和3.0MW-Sinoma68.6.將葉片適應風區進一步降低到年平均風速5.5米/秒以下，實現了低風速區、超低風速區產品的全覆蓋，滿足了各種風資源環境需求。

03

乘風破浪

2016年，市場上的主流風電葉片長度在50米左右、重量在10噸以內，受設計、材料、制造等多方因素限制，產品成型周期普遍為48小時。

“質量要更加可控，成本要更低，具有更高性價比，這是面臨的形勢和挑戰，如果不能適應市場和行業發展的需求，企業很可能被市場淘汰。”隨著對產品設計開發實現過程中認識和理解的提升，李成良意識到在解決設計和工藝問題時要從不同維度思考與處理問題。“研發結合生產，生產反饋設計;設計易于制造，創新驅動未來;要通過‘集成創新設計+柔性智能制造’設計出易于制造的葉片。”為此，他帶領團隊進行了風電葉片模塊化設計、原材料套裁優化和專屬自動化設備開發，實現了60米級以上、20噸重量風電葉片產品24小時的成型周期。

針對95%以上大型葉片采用的葉根預埋螺套連接承載低、結構復雜和成本高等問題，李成良帶領團隊通過2年時間的努力，攻克了結構設計、工藝設計、測試驗證等技術難題，最終形成了具有自主知識產權的一體化曲面隨型件葉根預埋連接技術，同時發明背靠背測試方法破解了試驗件動態不平衡難題，提出一套仿真和實驗交互驗證的界面強度分析理論，靜力和疲勞承載能力比引進技術高出40%和23%，通過了DNVGL和TUV權威認證，獲得國內首個部件認證。該技術先后被成功應用于Sinoma68.6、Sinoma76.5、Sinoma80.8、Sinoma83.6、 Sinoma85.8、及Sinoma90等幾十款葉片，實現了國內風電葉片在葉根預埋連接技術上的首次突破，打破了國外技術的壟斷。

隨著風電技術的不斷進步，單機功率越來越大，海上葉片不斷向大型化方向發展。“20多年過去了，風電行業‘一個機型打天下’的時代早已不復存在。‘十四五’期間，風電機組多品種、定制化的趨勢愈加明顯，葉片開發也要適應市場變化，做好定制化設計。”李成良表示，海上環境對葉片防護、壽命的要求高，隨著葉片長度增加還會帶來一些新問題。

為解決海上葉片大型化與輕量化矛盾，李成良帶領團隊通過對碳纖維預浸料真空成型和碳纖維織物液體成型技術研究，確定了碳纖維預浸料評價技術標準，攻克了碳纖維鋪放的工藝難題，完成了固化工藝、材料匹配及配套輔助材料的研究，成功解決了碳纖維在大型風電葉片上結構設計、工藝驗證、質量控制及批量應用等關鍵技術問題。

Sinoma75-6.7MW海上抗臺風型大葉片從來自海內外33家企業的42件參選產品中脫穎而出，榮獲第二十四屆“中國復材展-JEC”優秀創新產品獎，該產品于2017年完成開發，是國內首個自主開發的海上抗臺風大葉片，也是同期海上功率最高風輪最大的葉片，首次采用碳纖維主梁真空灌注成型工藝，開創了國產碳纖維應用新方向。

他還帶領團隊率先將低成本可回收芯材PET替代PVC和進口輕木、快干型水性涂料替代油性涂料，推動了葉片制造的“綠色發展”。李成良作為專業標準技術委員，帶領團隊參編的IEC 61400-5首個葉片標準已經頒布實施，他作為技術骨干主持或參與多項國家科技項目，獲省部級科技獎8項，發表論文30余篇，獲授權專利27項。

進入風電平價新時代，葉片面臨著更大的成本和技術壓力，李成良正帶領團隊進行百米級葉片開發的挑戰。

“任何技術發展都是一項長跑，要勇于創新，創新是企業的核心，沒有創新企業就失去了競爭力，特別是沖在科研一線的工程師，要敢于突破固有思維，敢于挑戰科技權威，敢于打破技術壟斷，要有敢于沖擊世界一流的領跑精神。這些年，葉片給我帶來了很多東西，它帶我走過祖國的高山、灘涂、草原、峽谷……”望著草原上飛旋的葉片，李成良感慨地說：“自己就像葉片中的一員，與葉片一起乘風共舞，在葉片研發的路上，飛得更高……”

本刊記者 / 李媛