我國(guó)風(fēng)機(jī)葉片行業(yè)經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展，已經(jīng)逐步形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。目前我國(guó)已經(jīng)突破了風(fēng)機(jī)葉片的核心技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵原材料本地化，但與國(guó)外相比仍有差距。我國(guó)要大力發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，就必須大力開(kāi)發(fā)自主技術(shù)，形成自己的設(shè)計(jì)制造體系。
風(fēng)機(jī)葉片材料中碳纖維優(yōu)勢(shì)凸顯
風(fēng)機(jī)葉片是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要部件之一。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家認(rèn)為，風(fēng)機(jī)葉片材料的強(qiáng)度和剛度是決定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。風(fēng)機(jī)葉片材料在經(jīng)歷了木材、布蒙皮、金屬蒙皮以及鋁合金后，玻璃鋼復(fù)合材料被普遍使用。各國(guó)研制大功率風(fēng)電機(jī)組最需要解決的問(wèn)題是增大風(fēng)輪直徑捕獲能量，因而，對(duì)風(fēng)機(jī)葉片材料的要求也越來(lái)越高。彭博新能源財(cái)經(jīng)(BNEF)去年發(fā)布的報(bào)告《陸上風(fēng)電葉片制造與供應(yīng)鏈分析》指出，全球風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度未來(lái)將有進(jìn)一步增加的趨勢(shì)。由于風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)愈發(fā)明顯，大型風(fēng)機(jī)葉片被認(rèn)為是衡量企業(yè)技術(shù)實(shí)力的主要標(biāo)志。隨著葉片長(zhǎng)度的增加，對(duì)葉片材料的性能提出了新的要求，玻璃鋼復(fù)合材料逐漸顯現(xiàn)出強(qiáng)度和剛度等方面的不足。風(fēng)力發(fā)電葉片被普遍認(rèn)為是碳纖維的主要增長(zhǎng)市場(chǎng)，使用輕而強(qiáng)、剛而硬的高性能碳纖維復(fù)合材料，可以避免葉片在風(fēng)載作用下發(fā)生大變形甚至撞擊風(fēng)車(chē)支柱。
國(guó)外專(zhuān)家認(rèn)為，玻璃纖維復(fù)合材料性能已經(jīng)趨于極限，在發(fā)展更大功率風(fēng)電機(jī)組和更長(zhǎng)轉(zhuǎn)子葉片時(shí)，為了既進(jìn)一步減少葉片質(zhì)量，又同時(shí)滿足強(qiáng)度與剛度要求，采用性能更好的碳纖維復(fù)合材料勢(shì)在必行。
各國(guó)逐漸重視碳纖維材料的應(yīng)用
風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)能供應(yīng)鏈中最具價(jià)值的一個(gè)環(huán)節(jié)，國(guó)外許多廠家都將碳纖維復(fù)合材料用于葉片制造中。以丹麥和德國(guó)為例，這兩個(gè)國(guó)家早在上世紀(jì)70 年代開(kāi)始用現(xiàn)代技術(shù)研發(fā)風(fēng)電機(jī)組，已經(jīng)積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，形成了非常成熟的技術(shù)。丹麥LM Glass6ber“未來(lái)”葉片家族中61.5 米、5 兆瓦風(fēng)機(jī)的葉片在梁和端部都選用了碳纖維。德國(guó)葉片制造商N(yùn)ordex Rotor 制造的56 米，5 兆瓦風(fēng)機(jī)葉片的整個(gè)梁結(jié)構(gòu)都采用了碳纖維，他們認(rèn)為葉片跨越一定尺寸后，碳纖維葉片的制造成本并不比玻璃纖維的成本高。
目前，全球各大葉片制造商正在進(jìn)行多方面深入研究，降低葉片制造成本，使碳纖維在風(fēng)力發(fā)電上得到廣泛應(yīng)用。去年，總部位于荷蘭的風(fēng)機(jī)葉片制造商——技爾姆風(fēng)電集團(tuán)公司制造了世界上最大的風(fēng)機(jī)葉片——LM88.4P。它將用于世界上最大的風(fēng)力渦輪機(jī)，其高度達(dá)到180 米，當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)建造完成，可制造8 兆瓦能量，足以對(duì)10000 個(gè)家庭提供電能。據(jù)悉，傳統(tǒng)葉片的鋁制設(shè)計(jì)易受雨水侵蝕，艾爾姆公司的工程團(tuán)隊(duì)選用了一種新研制的材料，研發(fā)出了一種擁有五倍耐久力的涂層。艾爾姆公司的工程副總裁Roel Schuring 認(rèn)為，因?yàn)槭褂米顬閮?yōu)良的組合材料，憑借目前的葉片，公司擁有著離岸產(chǎn)業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。
歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)風(fēng)機(jī)葉片表現(xiàn)出了極大的興趣并進(jìn)行了一系列相關(guān)技術(shù)研發(fā)和探索。根據(jù)清潔能源技術(shù)研究機(jī)構(gòu)Navigant Research 對(duì)22 家風(fēng)機(jī)制造商和18 家獨(dú)立風(fēng)機(jī)葉片制造商的調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，企業(yè)對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的關(guān)注在不斷提升。Navigant Research 日前發(fā)布的報(bào)告稱(chēng)，去年，全球風(fēng)機(jī)葉片市場(chǎng)收益預(yù)計(jì)將達(dá)到66 億美元。未來(lái)十年，全球風(fēng)機(jī)葉片累計(jì)市場(chǎng)收益有望超過(guò)724億美元，其中，亞太地區(qū)將是最大的區(qū)域市場(chǎng)，累計(jì)收益將達(dá)到308 億美元。
風(fēng)機(jī)重量的減少和硬度的增加，有助于葉片產(chǎn)生更多的發(fā)電驅(qū)動(dòng)力。隨著我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量的增長(zhǎng)速度不斷加快，碳纖維復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片制成的容量風(fēng)機(jī)也將成為發(fā)展趨勢(shì)。有報(bào)告預(yù)計(jì)，未來(lái)碳纖維市場(chǎng)將增長(zhǎng)更快，亞太地區(qū)占市場(chǎng)的最大份額。特別是發(fā)展中國(guó)家，例如印度和中國(guó)，風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量最大，并且在一定時(shí)期內(nèi)將以最高的年復(fù)合增長(zhǎng)率持續(xù)增長(zhǎng)。
去年11 月，國(guó)家能源局發(fā)布的《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出，到2020 年底，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量確保達(dá)到2.1 億千瓦以上。未來(lái)我國(guó)將全面開(kāi)展中東部，南方地區(qū)分散風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)，推進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。目前，我國(guó)在沿海及內(nèi)陸地區(qū)陸續(xù)開(kāi)始裝備大量風(fēng)機(jī)，現(xiàn)有風(fēng)機(jī)塔筒也高度不斷提升，低溫環(huán)境下的風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰成為必須考慮的問(wèn)題。由于風(fēng)機(jī)葉片在冬季極易結(jié)冰，影響動(dòng)力平衡，而風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)速較高，離心力較大，在嚴(yán)重失衡情況下，葉片容易發(fā)生斷裂?！笆濉逼陂g，我國(guó)還將著重研究碳纖維復(fù)合材料抗冰風(fēng)機(jī)葉片系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立碳纖維復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片制造標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)。
