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风力机叶片“一体化”成趋势
时间:2015-02-04 15:26:14      

  ■ 本报记者 康佳媛

    基于对经济、政治、环保等因素的综合考量,各国政府都已经将风能纳入综合能源解决方案,风能产业得以迅猛发展。面对强有力的可持续发展势头,风力发电机组叶片作为风电设备最关键部件,所需材料、生产工艺越发受市场关注。

    

    

  当今,多数大型风力发电机的叶片均由多种复合材料制成,应用在机舱罩,轮毂,塔架等关键部位,其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。业内专家表示,风力机叶片制造商需要全新的一体化复合材料设计解决方案,才能满足不断增长的市场需求,以更快的速度开发出价格更具竞争力的产品。
  叶片“大型化”考验企业实力
  虽然我国是风资源大国,但是陆地上超过50%的风资源都属于“低风速”资源,风速在全年3/4以上的时间里保持在每秒5米~7米之间,无法达到每秒近10米的额定风速。因此,要捕捉并充分利用低风速资源、实现风机满负荷发电,就必须提高风电叶片的捕风能力,研制功率大、叶片长的风电叶片。
  风机大型化趋势的日益明确,使得大风力叶片的生产能力成为衡量企业实力的标准。
  中国南车株洲研究所旗下时代新材公司自主设计的2兆瓦56.5米低风速叶片,于2014年7月中旬通过静力试验考核,并于7月底签下首笔订单。中材科技风电叶片有限公司在2014年投资15亿元,新上15套3兆瓦、6兆瓦的模具,年产大功率海上风电叶片800套,并在2014年11月正式推出亚洲最长、世界第三长的风机叶片sinoma77.7。新疆金风科技股份有限公司与上纬精细化工有限公司成立合资工厂,生产叶片用树脂材料,为大型叶片的研制打通上游产业链。首期项目于今年第二季度投产,可年产4万吨树脂,第二阶段将再增加6万吨的产能。
  江苏恒神纤维材料有限公司副总裁易明表示,“叶片大型化”并不是意味着只追求体积大的叶片,而是要将长度的设计全方位结合机组性能、载荷、发电量、可靠性及噪音等因素进行综合考量。如海上的风电机组,不仅要求叶片加轻量化,还要具备很强的抗台风能力。“叶片的研发思路需要通过整体优化设计才能达到最优的使用成本。”易明说道。
  碳纤维复合材料将担重担
  当风机叶片长度增加时,重量的增加快于能量的提取,因为重量的增加和风叶长度的立方成正比,而风机产生的电能和风叶长度的平方成正比。随着叶片长度的增加,风力发电装置对增强材料的强度和刚度等性能提出了新的要求,玻璃纤维复合材料性能已经趋于极限,因此,在发展更大功率风力发电装置和更长叶片时,寻求性能更好的复合材料势在必行。
  易明认为,要实现叶片大型化,大丝束碳纤维复合材料将挑重任,国外风电市场已经将大丝束碳纤维复合材料列为叶片首选材料。 
  远景能源科技有限公司董事长张雷同样看好大丝束碳纤维复合材料。他指出,为保证在极端风载下叶尖不碰塔架,叶片必须具有足够的刚度。减轻叶片的重量,又要满足强度与刚度要求,最有效的办法是在主承力梁上利用碳纤维增强效果。
  张雷表示,从技术角度来讲,当风力机超过3MW、叶片长度超过40米时,在叶片制造时采用碳纤维已成为必要的选择。根据测算,叶片越长,使用碳纤维材料就越有优势,因为碳纤维材料不但轻,而且强度很高,从而在使主梁重量有效降低的同时,还可以使叶片其他部分减重。换言之,更高的强度促使被减轻的重量在更长的叶片身上呈现几何式增长,从而使更长的叶片在使用碳纤维材料时,综合成本更低。
  技术整合解决方案引起重视
  然而目前,国内碳纤维复合材料之所以在风力叶片上的应用远落后于世界进程,主要原因是缺乏自主设计的知识产权。“国内自主生产的碳纤维复材目前还达不到大功率风电装置的长久使用要求,原材料大量进口的后果就是自主知识产权的丧失。尽管我们希望国内碳纤维产业早日在风电领域获得一份认可,但却不希望因进攻尽力而重复出现2010风电大跃进导致市场低迷的后果。这是一个长过程,企业需要付出,市场需要等待。”张雷无奈的表示。
  此外,在改善叶片质量的同时,风电装备的其他零部件制造能力、传动及控制技术、运维能力等也要考虑突破。以海上风电市场为例,虽然市场十分广阔,但是国内外的风电技术整合能力还没有达到炉火纯青的地步。海上风电的最大挑战是风险管理。以往各个厂商的竞争层面是在风机报价上,不少风电场投资商也愿意比较价格,但在张雷看来,企业应该去关注怎样提高发电效率,在价格差距不大的情况下,谁能把风机的发电效率做到极致,谁才是最大赢家。

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