風(fēng)電葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要部件之一，素有風(fēng)力發(fā)電機(jī)“靈魂”之稱(chēng)。近日，東方電氣自主研制、擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的B1030A型風(fēng)電葉片在山東制造基地下線(xiàn)。該葉片長(zhǎng)度103米，是目前我國(guó)已下線(xiàn)的最長(zhǎng)風(fēng)電葉片。
今年2月，長(zhǎng)度達(dá)102米的10兆瓦-SR210型葉片，在江蘇鹽城基地實(shí)現(xiàn)發(fā)貨交付，它既是世界上最長(zhǎng)的10兆瓦風(fēng)電葉片，又是國(guó)內(nèi)首款百米級(jí)超長(zhǎng)柔性碳纖維葉片。自此以后，多家整機(jī)制造企業(yè)陸續(xù)宣布百米級(jí)風(fēng)電葉片下線(xiàn)。在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，我國(guó)海上風(fēng)機(jī)葉片“百米級(jí)時(shí)代”已到來(lái)。隨著風(fēng)機(jī)葉片不斷刷新長(zhǎng)度，風(fēng)電市場(chǎng)也對(duì)葉片原材料提出了更高要求。
葉片大型化趨勢(shì)明顯
一直以來(lái)，大功率風(fēng)機(jī)是風(fēng)電降本的主要手段，隨之而來(lái)的，則是葉片尺寸的不斷增加。“葉輪直徑越長(zhǎng)，掃風(fēng)面積越大，發(fā)電量越大”，這已是業(yè)界普遍達(dá)成的共識(shí)。
據(jù)行業(yè)研究數(shù)據(jù)，我國(guó)風(fēng)機(jī)葉片大型化趨勢(shì)已十分明顯，新增風(fēng)電機(jī)組平均風(fēng)輪直徑已由 2008年的65米提升至2018年的120米。近兩年，葉片長(zhǎng)度的增長(zhǎng)更是讓風(fēng)輪直徑進(jìn)一步增加。
今年2月，中國(guó)船舶集團(tuán)宣布10兆瓦海上風(fēng)機(jī)正式下線(xiàn)，配套葉片長(zhǎng)度達(dá)102米，這也是我國(guó)首個(gè)長(zhǎng)度超過(guò)100米的風(fēng)機(jī)葉片。隨后，9月，上海電氣風(fēng)電集團(tuán)發(fā)布消息稱(chēng)，長(zhǎng)達(dá)102米的海上風(fēng)電葉片問(wèn)市，今年11月，東方電氣集團(tuán)宣布自主研制、擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的長(zhǎng)達(dá)103米的葉片正式下線(xiàn)，再度刷新我國(guó)葉片紀(jì)錄。
葉片長(zhǎng)度的“成長(zhǎng)空間”遠(yuǎn)不止于此。截至目前，明陽(yáng)智慧、通用可再生能源、維斯塔斯等整機(jī)制造商也已陸續(xù)發(fā)布研發(fā)規(guī)劃，宣布將推出更高單機(jī)功率和更大葉片尺寸的海上風(fēng)機(jī)。根據(jù)明陽(yáng)智慧發(fā)布的消息，該公司正在研發(fā)單機(jī)功率為1.6萬(wàn)千瓦的海上風(fēng)機(jī)，預(yù)期葉片長(zhǎng)度為118米。今年10月，國(guó)際整機(jī)巨頭維斯塔斯宣布將推出單機(jī)功率為1.5萬(wàn)千瓦的海上風(fēng)機(jī)，預(yù)計(jì)風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度能夠達(dá)到115.5米。
葉片材料急需輕量化
有測(cè)算顯示，葉片重量增加與葉片長(zhǎng)度的立方成正比，葉片長(zhǎng)度的快速提升就意味著葉片重量的快速增長(zhǎng)。
多位業(yè)內(nèi)人士在接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示，風(fēng)機(jī)、葉片等設(shè)備尺寸的提升，實(shí)際上已經(jīng)大幅提高了風(fēng)電運(yùn)輸成本，尤其隨著風(fēng)電走向深海遠(yuǎn)海，葉片等大型零部件的運(yùn)輸更是一大難題。
記者了解到，風(fēng)機(jī)葉片主要原材料包括樹(shù)脂基、粘接劑、芯材以及增強(qiáng)材料等，而玻璃纖維是目前市面上主要的增強(qiáng)材料組成。在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，傳統(tǒng)的玻璃纖維材料亟需輕量化材料替代，而碳纖維是目前最具潛力的材料之一。
碳纖維是一種碳主鏈結(jié)構(gòu)的高性能纖維材料，含碳量超 90%，具有質(zhì)量輕、高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)異性能，目前已被廣泛應(yīng)用于航空航天、基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域。
“將碳纖維應(yīng)用于葉片中，將能夠有效減輕葉片質(zhì)量，增加葉片強(qiáng)度，尤其在海上高鹽高濕的環(huán)境下，葉片中碳纖維材料也能夠提升耐腐蝕性能，更加適用于惡劣的氣候條件。”一位葉片制造從業(yè)人士告訴記者。
碳纖維國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加快
“百米以上的風(fēng)機(jī)葉片不得不用到碳纖維，但實(shí)際上，受到全球新冠肺炎疫情影響，近期全球大宗商品不斷漲價(jià)，這也包括了碳纖維。在過(guò)去的一年里，碳纖維價(jià)格漲幅已超過(guò)30%。”某風(fēng)電從業(yè)人士指出。
市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)民生證券發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，目前風(fēng)電風(fēng)機(jī)材料成本占比在95%以上，其中葉片占風(fēng)機(jī)材料成本20%左右。對(duì)于國(guó)家補(bǔ)貼即將退坡的海上風(fēng)電行業(yè)來(lái)說(shuō)，降本壓力已蔓延至全產(chǎn)業(yè)鏈，碳纖維的經(jīng)濟(jì)性成為未來(lái)葉片發(fā)展的關(guān)鍵影響因素。
此前，有業(yè)內(nèi)人士向記者透露，實(shí)際上，我國(guó)碳纖維市場(chǎng)供應(yīng)仍較為依賴(lài)進(jìn)口，除了碳纖維本身的性能外，影響碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能還有膠和樹(shù)脂的配方，并且涉及復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程和固化工藝。“國(guó)際碳纖維生產(chǎn)廠(chǎng)家交付能力跟不上需求，而國(guó)產(chǎn)碳纖維則面臨著大規(guī)模生產(chǎn)性能不穩(wěn)定等難點(diǎn)，這一現(xiàn)狀很可能對(duì)大尺寸葉片批量化生產(chǎn)帶來(lái)挑戰(zhàn)。但近年來(lái)，碳纖維國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程已逐步加快，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)碳纖維行業(yè)發(fā)展已十分迅速，與美日等國(guó)的差距也在不斷縮小，商業(yè)化產(chǎn)品的整體性能預(yù)期將有所提升。”
上述風(fēng)電從業(yè)人士則指出，風(fēng)電葉片對(duì)碳纖維的應(yīng)用需求將為國(guó)產(chǎn)碳纖維行業(yè)提供了良好的契機(jī)，如果國(guó)內(nèi)碳纖維行業(yè)能夠與風(fēng)電行業(yè)形成良好的互動(dòng)，將有助于推動(dòng)碳纖維在風(fēng)電行業(yè)的批量應(yīng)用，形成良性循環(huán)。
