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          競爭白熱化,國內風電大葉片技術格局生變

          2022-12-23 來源:北極星電力網 瀏覽數:653

          北極星風力發電網獲悉,從2008年我國第一片38米長的兆瓦級風電葉片下線,到2022年12月全球最長葉輪直徑260米海上抗臺葉片下線,

           北極星風力發電網獲悉,從2008年我國第一片38米長的兆瓦級風電葉片下線,到2022年12月全球最長葉輪直徑260米海上抗臺葉片下線,不足15年時間國內風電葉片長度增長近3倍之多。近年來,圍繞風電葉片的技術創新此起彼伏,在大型化、材料、設計生產等領域屢獲突破,技術的跨越使葉片無論從長度還是性能都獲得了前所未有的提升。

          在這個過程中,國內風電葉片產業的技術格局也悄然變化。在產業降本增效壓力,以及高質量發展需求下,由風電整機企業主導的技術與材料創新,橫向刷新著風電葉片的長度,縱向刷新著葉片成本與設計能力,成為引領國內風電葉片技術變革的中堅力量,加快風電產業的創新速度。

          長度突破

          在國內大兆瓦機組的持續迭代下,為了捕獲更多的風能,大葉片需求陡增。另一方面,大功率風機是風電降本的主要手段,作為風機三大關鍵部件之一,大葉片自然也成為配合整機技術進步、推動風電成本下降的必要技術創新手段。

          可以說,步入平價后的2021-2022年是我國葉片技術迭代最具代表性的階段。在這兩年的時間內,我國海上風電風電葉片不但快速進入百米時代,更是問鼎全球葉片最長記錄。

          據北極星風力發電網不完全統計,2021-2022年間幾乎每隔2-3個月就會出現一次葉片長度的刷新。

          一直以來,我國風電葉片市場格局相對穩定。截止2020年底,我國有風電葉片產出的企業約20家,中材科技、時代新材、中復連眾、雙瑞風電等以原材料起家并深耕風電葉片的龍頭企業位居市場前列,以東方風電、明陽智能、三一重能等整機商子公司為代表的葉片企業獨具供應鏈優勢,以及天順風能、艾朗科技等民營企業也不逞多讓,盤踞市場第二梯隊。

          但一個現象在近幾年的發展中愈發明顯。隨著整機技術的差異化競爭,為了更好地與整機設計匹配,葉片研發設計的主動權和引導權逐步由材料葉片企業過度到整機企業,以至于2021-2022年間,行業所看到的葉片技術突破絕大部分由整機企業主導實現,一定程度上體現了葉片技術引領格局的變化。

          當然,大葉片也為產業各方帶來諸多挑戰,在葉片大型化趨勢下,葉片的載荷和重量不斷增大,其必然導致的后果就是需要更加強力的傳動系統和塔筒支撐,這使得風電整體造價提升、甚至運行不穩定因素增加。

          因此,對于制造企業來說,技術的投入和發展必須要有前瞻性,未來輕量化、高強度、經濟性將是風電葉片的布局方向,如何通過更加創新的設計思路、材料應用,在增加葉片長度的同時降低重量、保持韌性,成為葉片產業的必經之路。

          材料革新

          葉片三大原材料:玻纖/碳纖維、樹脂、芯材。

          當前,國內陸上風電葉片以玻纖為主,十幾年的發展已經使國內葉片供應鏈實現了樹脂、玻纖的全部國產化,平價前夕瘋狂漲價的巴沙木當前也已回落至穩定水平。但國內高性能碳纖維材料仍然嚴重依賴進口,而在海上超長葉片領域,碳纖維已經成為葉片技術迭代的必選材料。

          碳纖維的相對密度約比玻纖小30%,抗壓強度卻高出40%。研究表明,相同葉片長度下, 引入碳纖維的葉片重量比玻纖可降低約15%的重量。且碳纖維韌性更大,采用碳纖維的葉片彎曲剛度提升,可有效改善葉片的空氣動力學性能,降低葉片對傳動系統和塔筒的負載,從而進一步提升捕風能力和運行穩定水平。

          生產中,碳纖維一般應用于葉片主梁,主梁占比葉片總重量1/3左右。中國建材集團董事長周育先曾在一檔節目中表示,實現主梁等關鍵部分的碳纖維替代可以降低葉片重量20%左右,這對風電系統成本下降、性能穩定將是巨大的貢獻。

          但對于風電葉片而言,碳纖維140-150元/公斤的價格明顯還過于昂貴。昂貴的原因,一方面是國內高性能碳纖維材料嚴重依賴進口,另一方面是國內尚未形成足以支撐我國制造業升級轉型的產能規模。

          2021年國內風電行業使用碳纖維約3萬噸,雖然只是部分葉片用到了碳纖維,但這個使用量已經占全球的30%。在海上風電的發展推動下,預測到2025年,行業對碳纖維的需求將達9萬噸,到2030年可能要增長到20萬噸??梢哉f,碳纖維應用必將成為推動風電葉片產業升級的下一個重要突破口。

          綠色循環

          對風電發展來講,葉片產業可持續發展的另一個重要考量因素就是綠色循環和回收再利用技術上的持續研究和突破。即便現在這個問題尚未迫在眉睫,但建立可再生能源全產業鏈綠色循環體系已經成為全球共識。

          2021年5月,維斯塔斯公布了一項CETEC(熱固性環氧樹脂復合材料)葉片回收技術,可以在風機退役拆除后,將葉片材料用于較低級別產品的二次生產。但維斯塔斯也透露,這項技術真正應用于成品風機還需要6~7年的時間。

          2022年3月,GE旗下LM葉片企業宣布第一支100%可回收的葉片問世。該“零廢”葉片由Elium樹脂和玻璃纖維制成的,Elium樹脂是一種熱塑性可回收樹脂,可用化學回收的先進方法使樹脂完全解聚將玻纖與樹脂分離,從而實現循環使用。

          同樣基于對葉片發展的前瞻性考量,國內企業也積極推動風電葉片循環利用的發展。2021年7月,由鑒衡認證中心、金風科技、中材葉片等公司聯合發起的“風電葉片綠色回收與應用聯合體”成立,旨在建立更加完善的葉片綠色回收與延壽利用技術體系,以破解百萬噸級風電葉片的環保處理難題。

          中國可再生能源學會風能專委會秦海巖秘書長曾分享過布萊恩.阿瑟《技術的本質》一書中的觀點:為了解決新技術帶來的新問題和新需求,會進化出更多的新技術;如果一個國家希望能夠引領先進技術,它需要的不是投資更多的工業院區或培養含糊的“創新”,它需要建立其基礎學科,而且不帶有任何商業目的。

          縱觀國內風電葉片產業發展的十五年,技術的支撐始終處于引領地位。而且,本質上來看,葉片的發展其實就是一部新材料發展史,依托“材料學”這個基礎學科的不斷突破,才有了當前百米級風電葉片的“隨風起舞”。

          全球能源轉型下,新材料、智能制造、綠色供應鏈將是風電葉片發展的三大趨勢,也將成為支撐我國可再生能源高質量發展的中流砥柱。

          【延伸閱讀】

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          閱讀上文 >> 可再生新能源碳減排還得看風電:1-11月風電發電量占比8% 光伏僅3%
          閱讀下文 >> 國華600MW海上風電項目開標!明陽智能預中標

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