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。各國研制大功率風(fēng)電機(jī)組最需要解決的問題是增大風(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)葉片長度未來將有進(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)車支柱。

　　

　　國外專家認(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。

　　

　　以丹麥和德國為例，這兩個(gè)國家早在上世紀(jì)70年代開始用現(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LMGlassfiber“未來”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。德國葉片制造商N(yùn)ordexRotor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———艾爾姆風(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RoelSchuring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)NavigantResearch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。

　　

　　NavigantResearch日前發(fā)布的報(bào)告稱，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。未來十年，全球風(fēng)機(jī)葉片累計(jì)市場(chǎng)收益有望超過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。

　　

　　“十三五”期間我國將重點(diǎn)開展應(yīng)用研究

　　

　　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。隨著我國風(fēng)電裝機(jī)容量的增長速度不斷加快，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)，未來碳纖維市場(chǎng)將增長更快，亞太地區(qū)占市場(chǎng)的最大份額。特別是發(fā)展中國家，例如印度和中國，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)合增長率持續(xù)增長。

　　

　　有觀點(diǎn)認(rèn)為，中國國內(nèi)碳纖維復(fù)合材料在風(fēng)機(jī)葉片上的應(yīng)用還遠(yuǎn)落后于世界進(jìn)程，主要原因是缺乏自主設(shè)計(jì)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

　　

　　國家能源局印發(fā)的《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五規(guī)劃”》指出，我國將開展大尺寸、大厚度碳纖維復(fù)合材料主承力件成型技術(shù)工程應(yīng)用研究、碳纖維復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片熱載荷與力學(xué)載荷綜合作用研究、碳纖維復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。此前，國家發(fā)展改  革委和國家能源局下發(fā)的 《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016~2030年）》也明確指出，未來將重點(diǎn)研究葉片碳-玻材料混雜及鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　

　　去年11月，國家能源局發(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。未來我國將全面開展中東部，南方地區(qū)分散風(fēng)能資源的開發(fā)，推進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。目前，我國在沿海及內(nèi)陸地區(qū)陸續(xù)開始裝備大量風(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。“十三五”期間，我國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)。