海上風機葉片進入“百米級時代”

2021年12月13日

北極星風力發電網  來源:中國能源報  作者:李麗旻  

關鍵詞: 風電葉片 碳纖維 海上風電

北極星風力發電網訊:風電葉片是風力發電機將風能轉化為機械能的重要部件之一,素有風力發電機“靈魂”之稱。近日,東方電氣自主研制、擁有完全自主知識產權的B1030A型風電葉片在山東制造基地下線。該葉片長度103米,是目前我國已下線的最長風電葉片。

今年2月,長度達102米的10兆瓦-SR210型葉片,在江蘇鹽城基地實現發貨交付,它既是世界上最長的10兆瓦風電葉片,又是國內首款百米級超長柔性碳纖維葉片。自此以后,多家整機制造企業陸續宣布百米級風電葉片下線。在業內人士看來,我國海上風機葉片“百米級時代”已到來。隨著風機葉片不斷刷新長度,風電市場也對葉片原材料提出了更高要求。

葉片大型化趨勢明顯

一直以來,大功率風機是風電降本的主要手段,隨之而來的,則是葉片尺寸的不斷增加。“葉輪直徑越長,掃風面積越大,發電量越大”,這已是業界普遍達成的共識。

據行業研究數據,我國風機葉片大型化趨勢已十分明顯,新增風電機組平均風輪直徑已由 2008年的65米提升至2018年的120米。近兩年,葉片長度的增長更是讓風輪直徑進一步增加。

今年2月,中國船舶集團宣布10兆瓦海上風機正式下線,配套葉片長度達102米,這也是我國首個長度超過100米的風機葉片。隨后,9月,上海電氣風電集團發布消息稱,長達102米的海上風電葉片問市,今年11月,東方電氣集團宣布自主研制、擁有完全自主知識產權的長達103米的葉片正式下線,再度刷新我國葉片紀錄。

葉片長度的“成長空間”遠不止于此。截至目前,明陽智慧、通用可再生能源、維斯塔斯等整機制造商也已陸續發布研發規劃,宣布將推出更高單機功率和更大葉片尺寸的海上風機。根據明陽智慧發布的消息,該公司正在研發單機功率為1.6萬千瓦的海上風機,預期葉片長度為118米。今年10月,國際整機巨頭維斯塔斯宣布將推出單機功率為1.5萬千瓦的海上風機,預計風機葉片長度能夠達到115.5米。

葉片材料急需輕量化

有測算顯示,葉片重量增加與葉片長度的立方成正比,葉片長度的快速提升就意味著葉片重量的快速增長。

多位業內人士在接受記者采訪時表示,風機、葉片等設備尺寸的提升,實際上已經大幅提高了風電運輸成本,尤其隨著風電走向深海遠海,葉片等大型零部件的運輸更是一大難題。

記者了解到,風機葉片主要原材料包括樹脂基、粘接劑、芯材以及增強材料等,而玻璃纖維是目前市面上主要的增強材料組成。在業內人士看來,傳統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構的高性能纖維材料,含碳量超 90%,具有質量輕、高強度、耐腐蝕、抗疲勞等優異性能,目前已被廣泛應用于航空航天、基礎設施、工業應用等多個領域。

“將碳纖維應用于葉片中,將能夠有效減輕葉片質量,增加葉片強度,尤其在海上高鹽高濕的環境下,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。”一位葉片制造從業人士告訴記者。

碳纖維國產化進程加快

“百米以上的風機葉片不得不用到碳纖維,但實際上,受到全球新冠肺炎疫情影響,近期全球大宗商品不斷漲價,這也包括了碳纖維。在過去的一年里,碳纖維價格漲幅已超過30%。”某風電從業人士指出。

市場研究機構民生證券發布的數據顯示,目前風電風機材料成本占比在95%以上,其中葉片占風機材料成本20%左右。對于國家補貼即將退坡的海上風電行業來說,降本壓力已蔓延至全產業鏈,碳纖維的經濟性成為未來葉片發展的關鍵影響因素。

此前,有業內人士向記者透露,實際上,我國碳纖維市場供應仍較為依賴進口,除了碳纖維本身的性能外,影響碳纖維增強復合材料的性能還有膠和樹脂的配方,并且涉及復雜的生產過程和固化工藝。“國際碳纖維生產廠家交付能力跟不上需求,而國產碳纖維則面臨著大規模生產性能不穩定等難點,這一現狀很可能對大尺寸葉片批量化生產帶來挑戰。但近年來,碳纖維國產化進程已逐步加快,現階段國內碳纖維行業發展已十分迅速,與美日等國的差距也在不斷縮小,商業化產品的整體性能預期將有所提升。”

上述風電從業人士則指出,風電葉片對碳纖維的應用需求將為國產碳纖維行業提供了良好的契機,如果國內碳纖維行業能夠與風電行業形成良好的互動,將有助于推動碳纖維在風電行業的批量應用,形成良性循環。


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