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風(fēng)電葉片越來(lái)越長(zhǎng) 復(fù)合材料功不可沒(méi)

中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào) 發(fā)布時(shí)間:2020-08-20 16:15:23

  近年來(lái),隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率的快速提升,風(fēng)電葉片正朝著大型化、輕量化、智能化方面發(fā)展,這對(duì)葉片材料的強(qiáng)度和剛度等性能提出新的要求。那么,如何優(yōu)化復(fù)合材料生產(chǎn)工藝,提升材料性能,確保風(fēng)電葉片穩(wěn)定可靠?

  在近日舉行的第六屆中國(guó)國(guó)際風(fēng)電復(fù)合材料高峰論壇上,國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司董事長(zhǎng)褚景春說(shuō):“復(fù)合材料創(chuàng)新應(yīng)用是推動(dòng)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的一支重要力量,也是實(shí)現(xiàn)風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)重要引擎。我們要?jiǎng)?chuàng)新前沿技術(shù),研制全新的高強(qiáng)度、輕量化碳纖維復(fù)合材料,保障風(fēng)電行業(yè)低成本高質(zhì)量發(fā)展。”

  復(fù)合材料作用重要

  近年來(lái),風(fēng)電葉片實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展,葉片長(zhǎng)度從2015年的40-50米增長(zhǎng)至如今的80-90米甚至100米以上。在葉片制造技術(shù)不斷地升級(jí)過(guò)程中,復(fù)合材料是風(fēng)電葉片的核心材料,起到至關(guān)重要的作用,決定著葉片的成本、性能、價(jià)格。

  “風(fēng)電復(fù)合材料是風(fēng)電葉片所必需的材料,特別是對(duì)葉片的性能、強(qiáng)度有著重大影響。”中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)高級(jí)顧問(wèn)杜廣平說(shuō),當(dāng)前,風(fēng)電行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代,大容量風(fēng)電機(jī)組將成為主導(dǎo)產(chǎn)品,而復(fù)合材料質(zhì)量和性能直接關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組的質(zhì)量和成本。

  褚景春說(shuō):“無(wú)論是陸上風(fēng)電還是海上風(fēng)電,風(fēng)電機(jī)組逐漸走向大型化,這就需要大葉片支撐。當(dāng)葉片達(dá)到一定長(zhǎng)度后,復(fù)合材料創(chuàng)新應(yīng)用起到很重要的作用。一方面,可以使得葉片更長(zhǎng)、更輕、性能更優(yōu);另一方面,也能改善風(fēng)電機(jī)組氣動(dòng)荷載,提高發(fā)電量,降低度電成本。”

  “葉片設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響到風(fēng)電整機(jī)的性能和發(fā)電效率。”浙江恒石纖維基業(yè)有限公司產(chǎn)品研發(fā)部經(jīng)理夏曉林表示,使用新型復(fù)合材料,可以提升風(fēng)電葉片力學(xué)性能、疲勞性能,縮短葉片生產(chǎn)周期,降低葉片生產(chǎn)成本。“比如,葉片使用聚氨酯材料,其力學(xué)性能提升幅度在15%-20%。同時(shí),葉片主梁成本可以降低5%-10%”。

  亟待降本增效

  隨著葉片行業(yè)的快速發(fā)展,葉片材料相關(guān)領(lǐng)域取得較大突破,但仍存在性能、成本等方面的瓶頸。

  杜廣平認(rèn)為,葉片長(zhǎng)度、重量、載荷、發(fā)電量、成本等多個(gè)條件制約了高性能、大容量、超長(zhǎng)、輕量化風(fēng)機(jī)葉片的發(fā)展,而這些制約因素說(shuō)到底是風(fēng)電葉片復(fù)合材料創(chuàng)新應(yīng)用。一方面國(guó)產(chǎn)風(fēng)電葉片復(fù)合材料相關(guān)性能有待提高,另一方面復(fù)合材料的成本有待降低。

  目前,葉片成本約占風(fēng)機(jī)價(jià)格總成本的20%左右,葉片材料占葉片成本80%,甚至85%以上。

  夏曉林說(shuō),當(dāng)前,市場(chǎng)主流高性能材料主要有兩大類:一類是玻璃纖維的材料,一類是碳纖維材料。而這兩種高性能復(fù)合材料的價(jià)格相對(duì)較高。“因此,開(kāi)發(fā)一種性能介于玻璃纖維和碳纖維之間,使用性價(jià)比高、優(yōu)質(zhì)、能批量使用的新材料是葉片復(fù)合材料發(fā)展的趨勢(shì)”。

  “對(duì)國(guó)內(nèi)大部分廠家而言,碳纖維是昂貴的材料。在葉片中注入碳纖維成本高,工藝難度較大。同時(shí),就目前而言,生產(chǎn)碳纖維葉片尚存在一定難度。”上海艾郎風(fēng)電科技發(fā)展集團(tuán)有限公司技術(shù)中心技術(shù)總監(jiān)助理劉華偉說(shuō)。

  此外,不容忽視的是,目前復(fù)合材料商存在對(duì)復(fù)合材料工藝重視不足和研究不足。與國(guó)外先進(jìn)復(fù)合材料商相比,國(guó)產(chǎn)復(fù)合材料商創(chuàng)新能力不強(qiáng),對(duì)材料的特性、工藝、制作規(guī)程等方面缺乏相關(guān)研究。

  技術(shù)創(chuàng)新突破瓶頸

  針對(duì)國(guó)產(chǎn)風(fēng)電復(fù)合材料存在的諸多問(wèn)題,如何提升其性能、穩(wěn)定性,降低成本?

  “應(yīng)考慮如何擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)碳纖維材料在風(fēng)電葉片上的應(yīng)用。”中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)張博明說(shuō),近年來(lái),碳纖維在業(yè)態(tài)上應(yīng)用處于蓬勃發(fā)展的爆發(fā)式增長(zhǎng)趨勢(shì),但碳纖維材料應(yīng)用以國(guó)外產(chǎn)品為主,國(guó)產(chǎn)碳纖維材料應(yīng)用亟待擴(kuò)張和破局。碳纖維制造企業(yè)需要盡快發(fā)展具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的碳纖維生產(chǎn)技術(shù)。同時(shí),葉片廠商、整機(jī)廠商要與國(guó)產(chǎn)碳纖維制造企業(yè)合作,用國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品替代國(guó)外產(chǎn)品,這對(duì)行業(yè)持續(xù)發(fā)展非常關(guān)鍵。

  張博明還認(rèn)為,復(fù)合材料行業(yè)在風(fēng)電上應(yīng)用的重要趨勢(shì)是自動(dòng)化制造技術(shù)的應(yīng)用。復(fù)合材料自動(dòng)化制造技術(shù)的推廣和應(yīng)用,可以降低制造成本、縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量。此外,應(yīng)用的工藝還有很多,比如自動(dòng)鋪放、后處理、自動(dòng)打磨等技術(shù)。

  夏曉林表示,為適應(yīng)葉片大型化發(fā)展趨勢(shì)和成本逐年下降的行業(yè)挑戰(zhàn),需要行業(yè)企業(yè)從材料迭代、工藝改進(jìn)的角度探索研究復(fù)合材料,提升材料的性能、降低生產(chǎn)成本。比如,進(jìn)一步提升聚氨酯的力學(xué)性能、疲勞性能。

  褚景春提出,行業(yè)要不斷推動(dòng)復(fù)合材料技術(shù)創(chuàng)新攻關(guān),加大高性能材料在風(fēng)電領(lǐng)域的創(chuàng)新和應(yīng)用,推進(jìn)碳纖維復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用,確保葉片的穩(wěn)定性。

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